Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Обеспыливание автомобильных дорог

Предотвращение усиленного износа дорожных покрытий


Предотвращение усиленного износа дорожных покрытий

Основная задача обеспыливания автомобильных дорог и аэродромов сводится к связыванию продуктов износа материала покрытий, уменьшению концентрации пыли до пределов, обеспечивающих экологические требования и нормальную видимости При обеспыливании одновременно достигается резкое уменьшение износа материала покрытий в сухое время года (особенно при использовании каменных материалов малой прочности). При использовании для обеспыливания органических вяжущих материалов, особенно при устройстве различного рода поверхностных обработок и пропиток, эффект уменьшения износа покрытий может наблюдаться и в периоды увлажнения.

Исходя из изложенного обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов с грунтовыми и облегченными покрытиями следует рассматривать как частный случай их краткосрочного улучшения.

Все основные способы обеспыливания дорог и аэродромов можно разделить на следующие: механическое удаление пыли смыванием, сдуванием, засасыванием в вакуумные устройства; удаление слоя пыли и продуктов поверхностного износа грейдерами, механическими щетками и другими машинами и механизмами; поверхностная обработка или пропитка путем распределения по покрытию связывающих, клеящих материалов и химических реагентов; улучшение путем смешения материала покрытия с вяжущими и клеящими добавками с целью образования верхних конструктивных слоев покрытия с новыми, более высокими эксплуатационными качествами.

Механическое удаление пыли не предотвращает интенсивный износ покрытия и, следовательно, не устраняет основной источник пылеобразования. Этот способ является целесообразным при обеспыливании дорог и аэродромов с капитальными покрытиями, а при наличии грунтовых и неулучшенных покрытий может использоваться лишь в отдельных случаях кратковременной эксплуатации, особенно при неустойчивой погоде, когда жаркие лни часто сменяются дождями.

При сравнении способов обеспыливания, основанных на поверхностных обработках и пропитках материала покрытий, со способами, предусматривающими смешение материалов с обеспыливающими добавками, предпочтение, как правило, следует отдавать первым, так как они обеспечивают наибольшую простоту производства работ и возможность выполнения их без перерыва движения. Смешение следует применять в тех случаях, когда наряду с обеспыливанием предполагается обеспечить общее повышение прочности покрытия.

Теоретической основой обеспыливания автомобильных дорог и аэродромов является учение об адгезии и аутогезии, с позиций которого можно объяснить возникновение сил связанности между частицами пыли и покрытием, а также образование связей между частицами пыли.

При механическом обеспыливании эти силы по возможности должны быть ослаблены, во всех остальных случаях обеспыливания силы адгезии и аутогезии необходимо искусственно увеличивать, чтобы они оказались больше сил, вызывающих отрыв пылеватых частиц от покрытия. Рассмотрим основные факторы, определяющие адгезию пыли к твердым поверхностям.

Адгезия в основном определяется молекулярными и капиллярными силами и электростатическим взаимодействием частиц в зоне контакта. При наличии на покрытии слоя вяжущего и клеящего материала адгезия определяется липкостью этого слоя. Отрыв частиц в этом случае может происходить, если преодолеваются адгезионные силы между пылеватыми частицами и вяжущим материалом или когезионные силы материала вязкого слоя.

В воздушной среде (при относительной влажности воздуха свыше 65%) основной составляющей сил адгезии являются капиллярные силы. Молекулярные и электростатические составляющие адгезии пыли в воздушной среде большого практического значения не имеют.

Из уравнения видно, что капиллярные силы тем больше, чем больше поверхностное натяжение жидкости и лучше смачиваемость контактирующих поверхностей, поэтому для географических районов с достаточно высокой относительной влажностью воздуха (не менее 0,35) перспективно использование материалов, обеспечивающих увеличение капиллярных сил связанности (например, гигроскопических солей). Для районов с небольшой относительной влажностью воздуха предпочтительнее использование веществ, обладающих вяжущими и клеящими свойствами.

При искусственном повышении связности материала покрытия, кроме количественных показателей, необходимо учитывать и качественные показатели образующихся новых связей и, в первую очередь, показатель их обратимости (разрушение- восстановление).

Беспыльность покрытия при ограниченном расходе добавок легче всего может быть обеспечена при образовании обратимых связей. В этом случае разрушаемые движением агрегатные образования и продукты износа будут вновь объединяться и закатываться. При необратимом же характере связей беспыльность покрытия будет обеспечена лишь при большой прочности его верхнего слоя, т.е. тогда, когда не будет значительного износа материала покрытия. Особую роль обратимость связей приобретает на дорогах при совмещенном автомобильном и гусеничном движении. Практически беспыльность и устойчивый характер работы покрытий на таких дорогах можно обеспечить только в случае, когда между частицами покрытия образуются обратимые связи.

Для дорог с автомобильным движением и аэродромов наиболее эффективным способом обеспыливания является обработка покрытий органическими вяжущими материалами, способными длительное время сохранять свое клееобразное состояние. В этом случае на поверхности дороги может образоваться эластичный поверхностный коврик в результате связывания вяжущим продуктов износа материала покрытия. К таким вяжущим материалам прежде всего следует отнести вязкие и жидкие битумы, дегти и смолы, нефти, масла, различные эмульсии на основе уже перечисленных вяжущих, а также различные побочные продукты и отходы промышленности, содержащие в своей основе термопластичные органические материалы, обладающие связующими свойствами. При этом с целью достижения высокого обеспыливающего эффекта вяжущие должны обладать высокой проникающей способностью в материал покрытия и легко смачивать минеральные частицы, быстро растекаясь по их поверхности.

С большим успехом могут применяться отходы и побочные продукты химической переработки древесины, содержащие и клеящие вещества – лигносульфонаты. Эффективно использование и гигроскопических солей при условии принятия мер против усиленной коррозии металлических частей транспортных средств.

При обеспыливании гигроскопическими солями пары воды, содержащиеся в воздухе, поглощаются поверхностью соли. При этом гигроскопические соли могут либо расплываться в условиях влажного воздуха, либо образовывать с водой кристаллогидраты, либо адсорбировать воду физически или физико-химически.

Наиболее перспективны гигроскопические соли, расплывающиеся на воздухе: хлориды кальция и магния, хлорид железа, перхлорат магния (ангидрон), карналлит, каинит, хлорид натрия.

Поглощение воды этими веществами и их растворение происходит за счет того, что пары воды, содержащиеся в воздухе, при соприкосновении с солью образуют на ее поверхности раствор в очень незначительном количестве. Если давление водяного пара над этой жидкостью меньше парциального давления водяного пара в воздухе, то пары воды будут осаждаться на веществе и оно будет растворяться. Гаким образом, чем меньше остаточное давление водяного пара, тем будет более гигроскопичной. При этом наибольшей эффективности следует ожидать от тех веществ, которые способны образовывать концентрированные растворы с высоким осмотическим давлением.

Эффективность обеспыливающего действия таких солей в значительной степени будет зависеть также от скорости вымывания их водой из верхнего слоя покрытия автомобильной дороги. Уменьшить же вымывание солей можно путем добавления вяжущих или клеящих материалов.

Снижение или полное устранение пылеобразования при использовании вяжущих материалов достигается за счет склеивания частиц пыли между собой и с материалом покрытия.

Среди вяжущих и клеящих материалов ввиду дешевизны и доступности особый интерес представляют различные лигносульфонаты и специальные продукты на их основе (лигнодор и др.). Лигносульфонаты представляют собой кальциевые, натриевые, аммонийные или магниевые (чаще кальциевые)ч:оли лигносульфоновых кислот.

При образовании лигносульфонатов происходит замещение атомов водорода сульфогрупп соответствующими катионами, а метилольные группы остаются свободными. Поэтому макромолекулы лигносульфонатов принципиально являются реакционно способными: они могут вступать в реакции катионозамещения, конденсации с аминами, фенолами и другими соединениями, а также способны к твердению под действием повышенных температур.

Большим недостатком лигносульфонатов является их легкая растворимость в воде. Известен целый ряд способов придания лигно-сульфонатам водонерастворимости. Эти способы основываются на термической обработке, использовании кислот и окислителей, замещении в лигносульфонатах катионов кальция катионами алюминия и др.

Анализ этих способов позволяет сделать вывод, что существующие способы перевода лигносульфонатов в водонерастворимое состояние имеют существенные недостатки, что вызывает необходимость продолжения поисков новых, более рациональных способов придания грунтам водостойкости и достаточной механической прочности.

В настоящее время для обеспыливания дорог применяется специальный продукт, получаемый на основе технических лигносульфонатов — лигнодор. Он более эффективен, чем лигносульфонаты, но, к сожалению, также не обеспечивает полной водонерастворимости.

Применяемые для обеспыливания автомобильных дорог и аэродромов вяжущие материалы можно разделить на две группы. Первую группу составляют материалы, которые могут длительное время сохранять клееобразное состояние (например, битумы, нефтеполимер-ные смолы, дегти, эмульсии). Вторую группу составляют материалы, которые, затвердевая, образуют твердые, механически прочные структуры (например, цементы, многие смолы холодного твердения, известь и др.

При использовании материалов первой группы обеспыливающий эффект бывает, как правило, выше, так как образующиеся при движении автомобилей и самолетов продукты износа материала покрытия (содержащие большое количество пылеватых частиц) связываются вяжущим, образуя эластичный поверхностный коврик. В случае применения материалов второй группы такой эффект не достигается. Основным фактором, обеспечивающим обеспыливание покрытий в этом случае, является образование высокопрочного и износостойкого защитного слоя.

Для достижения высокого обеспыливающего эффекта материалы первой группы, наряду с хорошими адгезионными и адгезионными качествами, должны обладать хорошей проникающей способностью в малопористые минеральные системы (какими являются обычно покрытия дорог и аэродромов из грунтов и каменных материалов), легко смачивать минеральные частицы и быстро растекаться по их поверхности. Лишь в этом случае можно обеспечить пропитку обеспыливающими материалами поверхностного слоя или материала покрытия на сравнительно большую глубину.

Проникающая способность жидких реагентов прежде всего зависит от их способности смачивать минеральные .частицы, а мерой смачиваемости является скорость растекания реагентов по поверхности твердого тела (по поверхности минеральных частиц). Для улучшения смачивающей способности жидкостей необходимо уменьшать их поверхностное натяжение, что может достигаться использованием поверхностно-активных веществ. Для повышения эффективности органических вяжущих применяются различные методы их модифицирования.

Существующий опыт обеспыливания облегченных покрытий автомобильных дорог и аэродромов свидетельствует о существенном уменьшении их износа.

К сожалению, обобщающих данных о том, насколько уменьшается износ покрытий при их обработке различными материалами, пока нет. Это объясняется тем, что многочисленные работы по обеспыливанию дорог проводятся в разных погодных условиях, с использованием различного расхода материалов, сильно различаются состав и интенсивность движения проходящих по таким дорогам машин, имеют место различия в эксплуатационных мероприятиях, проводимых на дорогах, и т.д. Поэтому пока можно привести лишь весьма приближенные данные о продолжительности обеспыливающего действия разных материалов. Здесь же приведем лишь характерные примеры успешного проведения работ по обеспыливанию дорог и данные о снижении износа материала покрытий.

Наибольшее количество таких данных относится к повышению износостойкости покрытий при их обработке органическими вяжущими материалами на основе нефтяных и сланцевых битумов методами поверхностных обработок и пропиток.

Обработка гравийных и щебеночных покрытий маловязкими сланцевыми битумами при небольшой интенсивности автомобильного движения может предотвратить износ таких покрытий в течение всего летнего периода. В этих же условиях на необработанных покрытиях износ может достигать 5- 6 см.

При устройстве поверхностных обработок с использованием модифицированных битумов срок их службы, увеличивается до нескольких лет. Так, например, в Норвегии на дорогах с гравийными покрытиями при поверхностных обработках разливают 1,5-2,0 л/м2 битума с добавкой к нему 1% жирных аминов с последующей россыпью минерального материала с размером частиц от 10 до 19 мм. Срок службы таких покрытий составляет 3-4 года, при двойной обработке – 5-6 лет.

В Канаде практикуются поверхностные обработки при расходе битума 2,0-2,7 л/м2 с россыпью щебня размером до 19 мм. Через год производится вторичная обработка. Такие поверхностные обработки на дорогах служат до 10-11 лет.

Отмечается эффективность обеспыливания гравийных дорог Сибири при использовании сырой нефти и лигносульфонатов. Предложена композиция для обеспыливания дорог, включающая лигносу-льфонаты (44,7-47,0%), жидкое стекло (5,0-10%), кремнефтористый натрий (0,5-1,0%), остальное – вода.

В последнее время в Финляндии наряду с хлоридом кальция для обеспыливания гравийных дорог все шире используется жидкий битум. Его применение позволяет увеличить срок службы поверхностных обработок до 10 лет.

Интересны результаты работ по укреплению и обеспыливанию автомобильных дорог сульфитно-спиртовой бардой (ссб) в карьерах Криворожского бассейна. Интенсивность движения большегрузных автомобилей-самосвалов на этих дорогах достигла 3,5 тыс. авт./сут. Под воздействием такого движения бетонные и железобетонные покрытия разрушались в течение первых двух лет. Дороги с покрытиями из скальных пород вскрыши требовали частого ремонта и обеспыливания. Обработка покрытий из материала вскрыши сульфит-но-спиртовой бардой обеспечила эксплуатацию их в течение 4 мес без ремонта. Пылеобразование, а следовательно, и интенсивный износ материала покрытия стали наблюдаться лишь через месяц после улучшения дорог ссб.

По данным Московского научно-производственного центра НПО Росдорнии [23j, применение лигнодора при норме расхода 1,8-2,2 м/м2 на автомобильных дорогах с гравийными, щебеночными и другими дорожными покрытиями позволяет уменьшить их износ в 3-5 раз и устранить пылеобразование в течение 40- 45 сут.

На рис. 1 представлены результаты экспериментальных работ, выполненных К. П. Глинской. Эти данные свидетельствуют, что при использовании гигроскопических солей износ материала покрытий можно уменьшить в 2-3 раза.

Рис. 1. Износ материала покрытия на кольцевой опытной дорожке при обработке поверхности различными гигроскопическими солями:
а – покрытие из топочного шлака с добавкой пылеватого суглинка (15%); б – покрытие из кирпичного боя с добавкой пылеватого суглинка (20%); 1 — без обработки; 2, 3, 4 — обработка поверхности соответственно хлоридом кальция, хлоридом магния, карналлитом

Таким образом, можно сделать вывод, что в ряде случаев затраты на обеспыливание дорог могут быть полностью компенсированы за счет уменьшения затрат сил и средств, требующихся на восполнение слоя износа.





Похожие статьи:
Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Обеспыливание автомобильных дорог

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум