Поиск по сайту
Авторизация
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?

Изучение эффектов добавления противообледенительных добавок в материалы поверхности тротуара

A study of the effects of adding ice retardant additives
 to pavement surface course materials

Michael Wright Meng (Yons), Mice, Mciht

April 2013

Образование льда и снега на поверхности тротуаров является повторяющейся проблемой, создающей опасные условия для вождения, ограничивая общественную мобильность, а также имеющие неблагоприятные экономические последствия. Текущие операции зимой в основном состоят из правильно своевременном применении антиобледенительных химикатов на поверхности дорожного покрытия для предотвращения возникающих опасных ситуаций.

Было бы желательно разработать новые и улучшенные способы модификации поверхности дорожного покрытия, чтобы предотвратить или, по крайней мере, задержать накопление льда и ослабить связь льда с тротуаром; чтобы лед, который образует было легче удалить. Такое развитие событий может привести к экономическим, экологическим и безопасным выгодам для поставщиков услуг и  участников дорожного движения зимой.

Недавние исследования определили "перспективные" химические добавки, которые, как представляется, имеют потенциал, чтобы обеспечить приемлемые рабочие характеристики противообледенительной, а также требования, касающиеся жизни групп поверхности дорожного покрытия, экономических и экологических факторов. Тем не менее, исследования, относящиеся к производительности и долговечности химически модифицированного асфальта для целей антиобледенительных и механизмов, посредством которых химические вещества переносятся на поверхность покрытия сильно ограничена (например, противогололедные реагенты http://vumpel.ru/reagent).

Исследование, описанное в данной работе пытается внести свой вклад в поле путем оценки воздействия, что "перспективные" химические модификации формиата натрия и силиката натрия оказывают на противообледенительную производительность и долговечность асфальта.

Исследование предоставляет обширные данные о том, как химически модифицированный асфальт ведет себя с точки зрения компактности, жесткости, усталости, остаточной деформации и сопротивление скольжению, относительно стандартных курсов асфальтовой поверхности, при стандартных условиях испытаний и после поглощения с высоким содержанием влаги.

Исследование дает более глубокое понимание того, как химическая добавка может быть переведена из битумных мастик и битумных материалов на поверхность дорожного покрытия. Исследование также оценивает потенциальное снижение температуры замерзания и адгезии льда , которые могут быть получены с помощью специфических химических концентраций. Исследование оценивает результаты лабораторных испытаний, в сочетании с трех полных испытаний масштаба сайта в Великобритании, направленных на более реплицировать изменчивость в зимних погодных условий и торговли.

В исследовании делается вывод о том, что добавление химических составов антиобледенительных, состоящих из формиата натрия и силикат натрия не значительно снижают производительность асфальт при воздействии ряда стандартных методов испытаний, в том числе уплотняемость асфальта , жесткость, остаточная деформация и сопротивление скольжению.

Включение химических составов с обледенением может, однако, привести к повышенной восприимчивости к ухудшению в присутствии воды, в сочетании со способностью поглощать влагу из атмосферы. Полигонные испытания показали, что это может привести к повышенному риску раннему разрушению и сокращению срока службы поверхности дорожного покрытия. Тезис рекомендует пересмотренные проверочные тесты и битумная процедура проектирования смесь разработана для оценки потенциального обледенения химических составов, который уделяет особое внимание на выполнение асфальта в присутствии влаги / воды.

В исследовании делается вывод, что химические составы, антиобледенительные могут быть переданы из в битумной мастики на поверхность дорожного покрытия. Химический перенос на поверхность дорожного покрытия в значительной степени зависит от относительной влажности и количества и расположения поверхностных пустот. Перенос химических составов с обледенением на поверхность дорожного покрытия может уменьшить температуру замерзания поверхности дорожного покрытия и / или уменьшить адгезию льда.

1. Предпосылки

Образование льда и снега на дороге создает опасные условия вождения, ограничивает общественную мобильность и имеет негативные экономические последствия. Опасные условия движения обусловлены снижением коэффициента трения между шинами и дорожного покрытия поверхности, а наличие льда не всегда невидимы для пользователей дороги. Для того, чтобы обеспечить, насколько это возможно, что дорожные пользователи могут путешествовать безопасно и с минимальными потерями в холодных и суровых климатических условиях, шоссе власти обязаны обеспечить адекватный уровень зимнего обслуживания. Зимний сервис "собирательный термин для всех специалист по зимнему operations" (Road Liaison Group 2005). По оценкам Thornes (2003a), что стоимость содержания местных автодорог авторитетных британских свободный от мороза, снега и льда был в районе £168 млн.  за 2001 год к 2002 году.

Текущие операции зимой в основном состоят из применения антиобледенительных химикатов на поверхность дорожного покрытия. Химическое антиобледенения материал определяется COST (2002) в качестве `вещества, которое изменяет свойства снега и льда с помощью физического или химического means`. Химические антиобледенители могут быть применены в качестве упреждающего (антиобледенения) или реактивными (обледенения) зимних дорожных процедур. Основная функция химической антиобледенителя применяется реактивно, чтобы разорвать связь между поверхностью дороги и вышележащих льда. Это дает возможность передачи трафика, чтобы механически разбить разрыхленной лед или снег и разойтись его от жертвы торговли области дороги. Еще более эффективное использование антиобледенители является применение его превентивно, названный противообледенительной. "Анти-обледенения снега и льда контроль практика предотвращения образования или развития связанного снега и льда путем своевременного применения точечного химического замораживания depressants" (Ketchman и др 1996).

Ряд различных химических веществ, антиобледенительных используются по всей Европе. К ним относятся хлорид натрия, хлорид магния, хлорид кальция, кальций ацетат магния, ацетат калия, мочевина, спирты и гликоль. Самый популярный антиобледенения химическое вещество, используемое по всей Европе является хлорид натрия, широко известный как дорожная соль. Хлорид натрия был впервые использован в 1930-е годы для снега и борьбы со льдом в целях обеспечения общественной мобильности и менее опасных дорожных условий и с 1970 года.

"В США на шоссе используется около 10 миллионов тонн дорожной соли каждый год" (TRB 1991). Это, безусловно, является самой популярной химической антиобледенителем "потому что это надежный, недорогой и простой в обращении, хранении и применении продукт" (TRB 1991). По оценкам Kuemmel и Hanbali (1992), что выгоды прямых пользователей по $6,50 за каждый $1, который тратится на обслуживание в течение первых четырех часов после нанесения на две полосы шоссе.

Тем не менее, широко признано, что требуются меры по совершенствованию существующей практики для того, чтобы сделать операции обслуживания зимой  более рентабельным и уменьшить хорошо освещаемые неблагоприятные воздействия на окружающую среду (Schraunfnagel 1965, Avery 1973, Backman и др., 1986 и D'Itri 1992). К их числу относятся деградация окружающей среды вдоль обочины (дикая природа / растительность), коррозия транспортных средств и  инфильтрации натрия  питьевой воде. В последние годы были внесены изменения в  практике использования химических методов, применение предварительного смачивания и улучшенное распространение методов для уменьшения таких воздействий. Тем не менее, на сегодняшний день альтернативные методы были хуже, чем применение соли при использовании её на  сети шоссе в целом. Это связано с причинами, которые ранее были обобщены в докладе 1978 года о технических, экологических и экономических аспектах антиобледенительных шоссейных солей на Национальной конференции государственных законодательных органов, которая гласит "несколько альтернатив для антиобледенительных солей были исследованы или исследуются, но они, как правило, слишком дороги, наносит ущерб шоссейным структурам, более токсичны, чем антиобледенительные соли или не так эффективны".

Нарастание льда и утрамбованный снег на асфальте и портландцементных бетонных поверхностях шоссе является постоянной проблемой, и в настоящее время способы борьбы далеки от удовлетворительных. Это из-за необходимости продолжения применения антиобледенительных химикатов в течение зимних месяцев. Это приложение должно быть правильно позиционировано, чтобы предотвратить небезопасные последствия развивающимся методам и имеет значительные экономические последствия, связанные с трудом, оборудованием и материалами. Поэтому было бы "желательно разработать новые и улучшенные способы модификации поверхности шоссе, чтобы предотвратить или, по крайней мере, задержать нарастание льда, и ослабить связь льда с тротуаром, так, что лед, который образуется легче удаляется" (Baum и др 1992).

Одной из областей, которые ранее были рассмотрены с целью улучшения существующей практики является модификация поверхности дорожного покрытия. И физические и химические модификации поверхности дорожного покрытия являются кандидатами для предотвращения образования льда или для снижения прочности сцепления до уровня, который позволяет быстро, полный, и низкой силы удаления льда или уплотненного снега (Baum и др 1992). Концепция модифицированных поверхности тротуаров антиобледенительных должна выступать в качестве предварительного антиобледенителя путем снижения температуры, при которой образуется лед. Такие продукты не предназначены для устранения зимнего содержания, но задерживают образование льда и уменьшить потребность в зимнее содержание.

Целый ряд фирменных антиобледенительных поверхностей были опробованы в последние годы. Первая поверхность противообледенительной разработана в 1970-е годы был продукт под названием Verglimit. Verglimit является запатентованная асфальтированную тротуар, который содержит хлорид кальция гранулы, инкапсулированные в льняном масле и каустической соды. Запатентованный добавка вызвало значительный интерес с испытаний, проведенных по всей Европе, Японии, Канаде и Соединенных Штатах.

Во время испытаний Verglimit, неподтвержденные сообщения были сделаны из низкого сопротивления скольжению при сухой погоде, с такими проблемами, которые конкретно обвиняют в ДТП со смертельным исходом, рядом консультантов в то время. Эти проблемы были объединены с уменьшению срока службы из-за растрескивания и выкрашивания поверхности дорожного покрытия, согласно некоторым исследованиям, срок службы дорожного покрытия может быть уменьшено до 50% (Stuart и Mogawer 1988). Эти исследования свидетельствуют о более строгие рекомендации, такие как от Turgeon (1989) `нет будущего Verglimit участков не должны быть построены, если проблемы прессовые не будут решены, раскрытие трещин и сколов может быть уменьшена и холодной сухой зимой антиобледенительные характеристики displayed`.

В то же время, как развитие продукта Verglimit, Программа стратегического шоссе исследований (Баум и др., 1992) провел исследование с целью выявления химических веществ, которые могут быть размещены в износом асфальта, чтобы уменьшить температуру замерзания поверхностных скоплений льда и ослабить ледяной тротуар связь. Это исследование выявило несколько перспективных соединений, которые включали водорастворимые органические и неорганические соединения и масла. В исследовании использовали продукт Verglimit в качестве контроля для сравнения других потенциальных добавок.

Литература исследования в антиобледенительных присадок показало, что исследования в области де- обледенения дорожного покрытия за пределами добавок Баума и др. (1992) исследование было строго ограничено и рекомендуемые добавки, кажется, не были опробованы. Это может быть из-за проблем, связанных с сопротивление скольжению и долгий срок службы. Например, Wuori (1993), когда речь идет о недостатках сопротивление скольжению и срок службы продукта Verglimit, говорится, что `из-за этих недостатков и общей обеспокоенности по поводу химических добавок ............ никакой работы не было сделано с химической additives`. Поэтому, казалось бы, что исследования, проведенные за последнее столетие было сосредоточено на улучшении испытанный метод засолки дорог, а не более революционное решение повторяющихся проблем, вызванных льдом на дорогах.

В последние годы ограниченное количество антиобледенительных поверхности конечно продукты появились на рынке, а именно продукта Safelane. Safelane является накладываемым запатентованная система, разработанная Michigan Tech University, состоящий из абсорбционной агрегата, которые имеют возможность хранить предварительно примененные обледенения жидкости. Характеристики этих испытаний США N приводят к первой пробе Великобритании в 2007 году на подходе Southbound A46 к A428 в рамках Дорожного Агентства операционной MAC область 11.

Это может свидетельствовать об изменении отношения к модификации дорожного покрытия в целях защиты от обледенения. Несмотря на эти изменения отношения, отсутствие фундаментального понимания того, как поверхность может быть физически и химически модифицированы в целях содействия противообледенительной, преимущества таких приложений и последствия модификации на механические свойства асфальта до сих пор существует.

2. Постановка задачи

Разработка дорожного покрытия добавки противообледенительной имеет потенциал для снижения температуры, при которой образуется лед. Снижение всего на несколько градусов Цельсия может значительно уменьшить количество предупредительных работ, осуществляемых в настоящее время в Великобритании, с потенциалом повышения уровня безопасности, сокращение использования хлорида натрия и связанный с ним воздействие на окружающую среду и экономические выгоды.

Первоначальные исследования по Baum и соавт. (1992) и фона исследования показывают, что отдельные химические добавки имеют потенциал, чтобы обеспечить приемлемые рабочие характеристики противообледенительной, а также соответствующие критериям, относящиеся к поверхности дорожного покрытия жизни, экономических и экологических факторов. Несмотря на выявление необходимости разработки модифицированной поверхности дорожного покрытия, чтобы уменьшить накопление льда, исследования, связанные с производительностью и долговечности противогололедных химических модификаций и механизмов, с помощью которых передаются химические вещества сильно ограничено.

Единственное существенное исследование модифицированного асфальта для целей антиобледенительных проводимых Баум и др. (1992) предоставил первоначальное ранжирование потенциальных добавок на основе предварительных испытаний. В исследовании признали потенциал ряда водорастворимых солей и гидрофобных жидкостей. В исследовании Baum и соавт. (1992) успешно достигает своих целей, предоставляя предварительное тестирование для определения перспективных добавок.

Однако современные знания и научно-исследовательские проекты, такие как исследования Baum и соавт. (1992) не обеспечивают детальное представление о производительности противообледенительной и механические свойства асфальта.

Предыдущие исследования не рассматривали эффективность противообледенительной достигнутый при антиобледенительной химикаты смешиваются в тротуар поверхности курса и / или механизм, с помощью которого передается химическое вещество. Это происходит потому, что большинство химических испытаний было проведено на решениях химического вещества и не на модифицированном конечно тротуар поверхности. Поэтому надбавки за изменение поведения химического вещества при смешивании с битумом и смешивают в поверхностные курсы асфальта не были сделаны.

Первоначальное исследование Baum и соавт. (1992) требовалось для скрининга большого числа химических веществ, для того, чтобы выделить наиболее перспективные химические вещества. Этот процесс скрининга был прежде всего основан на способности отдельных химических веществ угнетающих температуру замерзания воды. Поэтому исследование не отражает преимущества низкой поверхностной энергии материалов для снижения адгезии льда, которое было показано, чтобы быть успешным во многих альтернативных применений (например, передних кромок крыльев самолетов и воздушных телефонных проводов).

Исторический пробный сайт данные из предыдущих продуктов (например, Verglimit) имеет равные ограничения. производительность от обледенения была основана на визуальном наблюдении точки замерзания. По этой причине точное исполнение не были обоснованы и требования срока службы таких систем существенно различаются. Нет детальные исследования жизни противообледенительной для химически модифицированных курсов поверхности не были зарегистрированы.

Механические характеристики химически модифицированного асфальта имеет равное значение для выполнения противообледенительной. Важность этого была подчеркнута предыдущими продуктами вопросов, связанных с сопротивлением скольжению, растрескивание и сообщил в начале разложения.

Скрининг исследование Baum и соавт. (1992) при условии, упрощенно измерения механических характеристик с точки зрения стабильности и Маршалла потока для ранжирования целей. Тем не менее, изучение эксплуатационных параметров индивидуальной асфальтовых выходит за рамки проекта.

Исследование также подтверждает, что рекомендуемые химические вещества имеют тенденцию поглощать значительные количества влаги, и этот эффект наблюдался на протяжении полигонных испытаний. Баум и др. (1992) предполагают, `высокое поглощение влаги с помощью расплывающийся соли может привести к проблемам слипание в сумке доставки, если там были проколы, расширение и трещин дорожного покрытия, и слишком высокая скорость влажности вызывает эксудацию добавки, что приводит к скользким дорога conditions`. Несмотря на эти проблемы не исследование последствий этого поглощения влаги не проводилось, и роль это свойство будет играть в связи с неисправной предыдущих продуктов, связанных с прочностью и сопротивлением скольжению, неизвестно.

Дальнейшее исследование в Антиобледенительные и механических характеристик рекомендуемых добавок Баумом и соавт. (1992), похоже, не было предпринято. Это может быть из-за проблем, поднятых продуктом Verglimit. Последние разработки альтернативной тротуарных добавках, похоже, не обеспечили решение, в связи с тем, что они не являются в настоящее время экономически выгодным для применения на дорогах Великобритании или из-за экологических последствий.

Этот тезис направлен на улучшение понимания физической работоспособности противообледенительной и механических воздействий на поверхности курсов асфальта при включении отборный диапазон составов антиобледенительных.

Выводы

Этот отчет оценил первоначальную эффективность противообледенительной с точки зрения понижения температуры замерзания и уменьшения льда. Анализ погружных систем контроля колес показало, что в течение долгого времени химический наполнитель вымывается с поверхности дорожного покрытия.

Представляется логичным, что выщелачивание химических веществ приведет к снижению производительности противообледенительной системы с течением времени и в какой-то момент модифицированные поверхности дорожного покрытия, не в состоянии обеспечить преимущества противообледенительной.

Рекомендуется, чтобы будущая работа проводилась с целью оценки факторов, влияющих на долговечность исполнения противообледенительной и скорости выщелачивания. Она может включать в роли:

• Содержание воздуха;

• Климатические условия, такие, как относительная влажность и осадки;

• Торговый трафик;

• Противогололедная химия;

• Концентрация химических модификаций.

Общая цель будущей работы должна установить связь между этими параметрами и производительностью противообледенителей со временем, и прогнозировать срок службы химических антиобледенительных составов. Это позволит поставщикам услуг зимой проводить оценку затрат  таких продуктов и создать матрицу на основе риска, который устанавливает, когда традиционные зимние погодные условиях следует наносить противообледенители на поверхность дорожного покрытия.

Используемые источники

  1. Adept/RSTA. (2011). Service Life of Road Surface Treatments. Adept/RSTA. May 2011.

  2. Ahmad, N (2010). Asphalt Mixture Moisture Sensitivity Analysis. Second Year Report, Unpublished Report. Nottingham University. 2010.

  3. Barnes, H.A (2000) “A handbook of elementary rheology”, Institute of Non Newtonian Fluid Mechanics, University of Wales, ISBN 0-9538032-0-1.

  4. Bhasin, A. (2006), “Development of methods to quantify bitumen-aggregate adhesion and loss of adhesion due to water”, PhD Thesis, Texas A&M University.

  5. Bridge, P. (2007). Non-invasive Road Weather Sensors. Published at 4th National Conference on Surface Transportation Weather. Transportation Research Board. Indianapolis. December 2007.

  6. British Board of Agreement (2004). `Guidelines Document for the Assessment and Certification of Thin Surfacings for Highways`. July 2004.

  7. BS EN 58:2004. British Standard. Bituminous and Bituminous Binders – Sampling Bituminous Binders. British Standards Institution. London.

  8. BS EN 12697-11:2005. British Standard. Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt - Determination of the affinity between aggregate. British Standards Institution. London.

  9. EN 12697-12:2003. British Standard. Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt - Determination of the water sensitivity of bituminous specimens. British Standards Institution. London.

  10. BS EN 12697-22:2003+A1:2007. British Standard. Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt – Wheeltracking. British Standards Institution. London.

  11. PD 6691: 2010. British Standard. Guidance on the use of BS EN 13108 Bituminous mixtures. Material specifications. British Standards Institution. London.

  12. DfT (2010). Road Casualties Great Britain:2010. Annual Report. Department for Transport. Published 2011.

  13. Findlay Irvine (2010). Managing your Network for Skid Resistance. Micro Griptester. Product Data. 2010.

  14. Grikol (2009). Ruwendo Consulting, eee.se/grikol/index(eng).html, Accessed on July 2009.

  15. Hammoum,F.,de La Roche, C. Piau, T, Stafni, C. (2002) Experimental investigation of fracture and healing of bitumen of pseudo-contact of two aggregate. Proceedings of the 9th International conference on asphalt pavement. CD, Copenhage. 2002.

  16. Hassan , Y, Halim, O, Razaqpur, A, Bekheet, W and Fahra, M (2002). Effects of Runway Deicers on Pavement Materials and Mixes: Comparison with Road Salt. Journal of Transportation Engineering. July/August 2002.

  17. Highways Act (2003) Section 41 (1) of the Highways Act on the 31st October 2003

  18. Highways Agency Network Management Manual. Part 5 – Winter Service. Version 1, Amend 5a, Issue March 2007.

  19. Jin, Y.C., Liu G, Gutiw, P.L. and Widger, A. (2004). “Spatial distribution of de-icing salt in roadside areas along Saskatchewan Highway #46 after 10 years in service.” TR-96, 5th Transportation Specialty Conference of the Canadian Society for Civil Engineering, Saskatoon, Saskatchewan, Canada.

  20. Keskinen, A. (2009). Results of the Second Innovation Seminar. Project Roadidea 215455. May 2009.

  21. Kim, Little and Song (2003). Mechanistic evaluation of mineral fillers on fatigue resistance and fundamental material characteristics. TRB Annual Meeting Paper no.03-3454.

  22. Levoguer C. L. and Williams D. R., (2003) “Dynamic Vapour Sorption Application Note 17, Measurement of the Surface Energies of Pharmaceutical Powders using a Novel Vapour Adsorption Method” , Surface Measurement Systems Ltd., UK.

  23. Little et al. (2003) “Moisture Damage Evaluation of Asphalt Mixture by Considering Both Moisture Diffusion and Repeated Load Conditions,” Transportation Research Record, No. 1832, Jounal of Transportation Reseach Board, pp. 42-49, Washington, D.C..

  24. Little, D and Bhasin,A (2006). Using Surface Energy Measurements to Select Materials for Asphalt Pavement. National Cooperative Highway Research Program. NCHRP Web-only Document 104. December 2006.

  25. Lu, Qing, John T. Harvey, Carl L. Monismith (2007) Investigation of Conditions for Moisture Damage in Asphalt Concrete and Appropriate Laboratory Test Methods: Summary Report. Institute of Transportation Studies, University of California, Davis, Research Report UCD-ITS-RR- 07-45

  26. Manual of Contract Documents for Highway Works (2008). Series 900 Bituminous Pavements. Clause 942 – Thin Surface Course Systems. Highway Agency. November 2008.

  27. Mangold, T. (2000). Road Salt Use for Winter Maintenance. A Review of Impacts, Alternatives, and Recommendations for the St. Paul Campus Stormwater Management Plan December 2000.

  28. Martins, A, Rand,D Weitzel,D, Sebally, P, Lane,L, Maupin,G (2003). Moisture Sensitivity of Asphalt Pavements. Transport Research Board. California. February 2003.