Влияние противогололедных реагентов на свойство льда

Сила примерзание льда к поверхности любого дорожного покрытия соизмерима, как правило, с прочностью самого дорожного покрытия. Для понижения сил сцепления наледи с поверхностью дороги эксплуатационные дорожные службы используют два метода применения антигололедных реагентов: профилактический метод и аварийный метод.

Профилактический метод борьбы со льдом заключается в нанесении различных хлоридов до образования льда, а точнее, образование из растворов реагентов пограничного слоя между дорогой и слоя льда. Как известно, если концентрация растворов хлоридов низкая возможно замерзание его с выделением чистого льда, что сопровождается повышением концентрации хлоридов в оставшемся растворе. При дальнейшем понижении температуры относительно "0" концентрация раствора химического реагента постепенно повышается. Растворы хлоридов и различных солей, входящих в состав реагента, распределяются в виде пленок по границам кристаллов льда. Данная пленка нарушает межкристаллические связи и при действии внешних нагрузок служит своего рода смазкой, т.е. способствуют взаимному перемещению кристаллов. Благодаря этому прочность льда с растворами хлоридов, снижается по мере увеличения его насыщенности. Эти пленки могут равновероятно перемещаться в пограничном слое льда, тем самым ослабляя силы смерзания льда и покрытия. Снижение температуры воздуха вызывает уменьшение объема свободного раствора, рассредоточенного в объеме льда, и соответственно повышение концентрации раствора. При этом, сокращается общий объем раствора реагентов, образующего на поверхности кристаллов льда, что приводит к повышению прочности льда и сил смерзания с дорогой. Научно доказано, что наиболее эффективно на коэффициент сцепления льда с дорожным покрытием влияют реагенты, у которых кристаллы не превышает 4 мм.

Аварийный метод применяют, когда после уборки выпавшего снега на дорожном покрытии остаются места, покрытые слоем примерзшего льда. При этом методе распределяются по поверхности льда крупные кристаллы антигололедных реагентов, которые в слое льда образуют каналы, заполненные растворённым реагентом. Установлено, что образование сквозных каналов в толще льда до дорожного покрытия возможно только при определенном соотношении величины кристаллов реагента, температуры воздуха и величины слоя льда. Так, например, при величине зерна реагента до 3 мм и при климатической температуре -15ºС глубина проникновения реагентов всего 10 мм. Глубина проникновения до 30 мм при той же температуре воздуха может быть получена при использовании величины кристаллов противогололедных реагентов размером до 10 мм. Надо знать, что наибольшая глубины каналов достигается в период первых двух часов попадания антигололедного реагента на лёд. На глубину глубины каналов в основное влияние имеет температура воздуха. Снижение температуры вызывает уменьшение глубины каналов. Скорость образования растворов хлоридов зависит от состава применяемых современных реагентов. Например, при использовании хлористого кальция, особенно в начале взаимодействия со льдом, глубина каналов растет в 2 раза быстрее, чем при использовании технической соли - хлористого натрия. Силы, соединяющие лед с дорожным покрытием могут быть разрушены только при условии, что канал заполненный раствором реагентов достигнет верхнего слоя дорожного покрытия, а сам раствор, находящийся в канале, будет иметь достаточную концентрацию при данной температуре воздуха. В этом случае раствор реагентов будет вступать в реакцию с нижним слоем корки льда, и создавать разрушение связи с дорожным покрытием вокруг образованного канала.

Приведенные данные исследований позволяют сделать необходимые выводы, существенные для применения технологии удаления наледи в чрезвычайных ситуациях:
- лед, образовавшийся из низкой концентрации раствора антигололедных материалов, обладает меньшей прочностью и силой смерзания с дорогой по сравнению со льдом образованным из обычной воды;
- изменение физических свойств льда на прямую зависит от химических особенностей насыщения растворами реагентов при их замерзании;
- нанесение противогололедных реагентов с низкими температурами замерзания растворов в нижний слой наледи уменьшает силы сцепления и позволяет почти полностью удалить наледь и укатанный снег механическим или ручным способом. Норма распределения антигололедного материала – 60-120 г/м, размер 3-4 мм кристаллов реагентов является идеальном для применения;
- уменьшение силы смерзания корки наледи высотой до 20 мм с дорогой возможно благодаря образованию подо льдом каналов, заполненных концентрированными соляными растворами. Наледь следует скалывать через 2-3 ч после внесения антигололедных материалов.