Введение к работе
Рост автомобильного парка предъявляет все более высокие требования к содержанию автомобильных дорог. Особенно ухудшаются условия для движения автомобиля в зимнее время, когда на дорожном покрытии образуются снежно-ледяные образования или происходит обледенение покрытия.
Образование зимней скользкости приводит к существенному понижению сцепных характеристик покрытия, что и является причиной снижения уровня безопасности движения и роста ДТП.
Одной из основных проблем зимнего содержания является ликвидация и предупреждение зимней скользкости. Вопросам борьбы с зимней скользкостью, равно как изучению процессов ее образования и предупреждения уделяется пристальное внимание ведущих организаций и специалистов.
Как известно, способами борьбы с зимней скользкостью являются тепловой, фрикционный, механический, химический и комбинированный. В настоящее время наиболее эффективным считается химический способ ликвидации и предупреждения зимней скользкости, который основан на распределении химических противогололедных реагентов (ПГР). Требования к ПГР во многих странах стандартны: низкая температура эвтектики, высокая плавящая способность, минимальное экологическое воздействие, низкая коррозионная активность при взаимодействии с металлическими частями транспорта и дорожных сооружений. Однако для безопасного и комфортного движения основным требованием является обеспечение требуемых сцепных качеств покрытия.
Существуют различные методики оценки влияния ПГР на сцепные качества дорожных покрытий при обработке их раствором реагента с целью предупреждения льдообразования и борьбы с ним. Благодаря подобным исследованиям многими специалистами был отмечен так называемый эффект последействия применения реагента, который влечет за собой существенное снижение главного
параметра – коэффициента сцепления. Эффект последействия заключается в снижении сцепных характеристик покрытия при образовании на нем пленки раствора реагента. Появление раствора на дорожном покрытии может происходить вследствие различных причин: пленка концентрированного раствора реагента, распределяемого при активном или предупреждающем способе борьбы с обледенением, образование пленки раствора в результате взаимодействия льда с твердым ПГР и т.д. В большинстве случаев при всех равных условиях результат однозначный: на гладких мелкошероховатых покрытиях коэффициент сцепления претерпевает недопустимое снижение.
Находясь на поверхности покрытия, пленка раствора подвергается активному воздействию со стороны многочисленных внешних факторов и основным из них являются транспортные средства. Колеса автомобилей разбрызгивают реагент, выдавливая слой жидкости из зоны контакта колеса с покрытием. Часть раствора переносится колесами, на поверхности покрытия таким образом остается достаточно тонкий слой раствора. Но даже такой тонкий слой раствора снижает сцепные характеристики ниже нормативных показателей. Возникает некоторый парадокс: самый эффективный способ борьбы со снижением коэффициента сцепления, в той или иной степени (в зависимости от вида реагента) сам способствует его снижению. В нынешнее время все существующие реагенты ориентированы на производителя, т.е. на финансовый аспект и плавящую способность. Была создана масса всевозможных композиций ориентированных именно на эти условия. Но, в связи с тем, что реагенты, имея необходимую плавящую способность, тем не менее, снижают сцепные характеристики покрытия, представляется целесообразным, изучив в первую очередь эффект последействия, оптимизировать состав таких композиций и на другие показатели.
Актуальность диссертационной работы заключается в решении актуальной задачи, повышения сцепных качеств покрытия
при применении химических противогололёдных реагентов. В исследовании последовательно анализируются факторы, влияющие на сцепные качества покрытия, такие как реагент, температура, концентрация реагента.
Предлагается интегративная характеристика рабочего состояния раствора реагента – вязкость, которая дает надёжную корреляцию с величиной коэффициента сцепления.
Рассматриваются вопросы регулирования и снижения вязкости растворов за счёт оптимизации композиции состава реагентов и добавок сульфокислотной группы типа алкилбензолсульфонат натрия (толуола). Эти включения в состав снижают вязкость раствора и способствуют повышению сцепных качеств покрытия.
По сути предлагается решение важнейшей отраслевой задачи.
Основная идея работы состоит в повышении эффективности применения химического способа борьбы с снежно-ледяными образованиями, при использовании ПГР за счет изучения основных свойств их растворов, оптимизации составов с учетом полученных данных и внедрении добавок типа ПАВ из группы сульфокислот с целью снижения негативного последействия раствора реагента на сцепные качества покрытия.
Объектом исследования являются основные применяемые противогололедные химические материалы и их композиции.
Предмет исследования закономерность снижения сцепных характеристик покрытия в зависимости от увеличения вязкости применяемых реагентов при образовании растворов.
Цель диссертационного исследования - повышение сцепных характеристк дорожного покрытия при применении химических противогололедных материалов.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
Выявление интеграционной характеристики применяемых реагентов, влияющих на сцепные качества.
Влияние состава, концентрации и температуры раствора реагентов на вязкость.
Влияние раствора противогололедных реагентов и их композиций на сцепные качества покрытий.
Создание модели оптимизации состава раствора реагентов для получения максимальных значений сцепных качеств покрытия.
Исследование влияния ПАВ группы толуолсульфокислот на снижение вязкости раствора ПГР.
Рекомендации по оптимизации состава применяемых реагентов и их композиций.
Научная новизна результатов работы заключается в разработке противогололедных реагентов и их композиций с минимальным воздействием на снижение сцепных качеств покрытия.
Научная новизна работы по отдельным вопросам:
Определена зависимость вязкости раствора от вида реагента, его концентрации и температуры;
Определена зависимость сцепных качеств покрытия от вязкости раствора реагента;
Разработана модель оптимизации состава реагентов с минимизацией свойст по вязкости.
Практическая ценность. Результаты данной работы предназначены для выбора состава и оптимальной концентрации жидкого противогололедного реагента с минимальным снижением сцепных качеств покрытия, а также соответствующих добавок, регулирующих вязкость, при нахождении раствора ПГР на покрытии.
Достоверность теоретических решений и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами настоящего исследования.
Личный вклад заключается в самостоятельном научном исследовании автора, выполненным под руководством научного
руководителя. Все основные положения, выводы и результаты, полученные в работе, теоретические выводы принадлежат автору.
На защиту выносятся:
Исследование противогололедных материалов и их композиций с целью выявления минимального воздействиея на снижение сцепных качеств покрытия;
Определена зависимость вязкости растворов реагента от их концентрации и температуры;
Определена зависимость вязкости растворов реагентов и сцепных характеристик покрытия;
Разработана модель оптимизации состава реагентов с минимизацией свойств по вязкости.
Внедрение результатов работы
Результаты исследования внедрены в учебный процесс МАДГТУ (МАДИ) курса эксплуатации автомобильных дорог и улиц, а также в курс повышения квалификации работников дорожного хозяйства г. Москвы.
Методики проведения испытаний введены в курс лабораторных работ при обучении студентов на кафедре химии.
Ряду производственных организаций предложены варианты оптимизации раствора по составу реагентов и добавок, снижающих вязкость раствора.
Апробация работы и публикации по теме диссертации
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на конференциях и семинарах: VIII-я студенческая научно-исследовательская конференция дорожно-строительных специальностей МАДИ (ГТУ)(г.Москва 2007 г.); 66ая научно-методическая и научно-исследовательская конференция МАДИ (г.Москва 2008 г.); 68ая научно-методическая и научно-исследовательская конференция МАДИ (г.Москва 2010 г), а также
на заседаниях кафедры «Строительство и эксплуатация дорог» МАДИ (2006-2010 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Результаты исследования изложены на 146 страницах основного текста, включающего 57 рисунков, 9 таблиц, библиографию из ____ наименований.
