Файл: Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов..pdf

почтение, как правило, следует отдавать первым, так как они обе­ спечивают простоту производства работ, а также непрерывность движения по обрабатываемым участкам при их обеспыливании.

Теоретической основой обеспыливания автомобильных дорог и аэродромов является учение об адгезии и аутогезии1, с: позиций, которого можно объяснить возникновение сил связности 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 обеспылива­ ния силы адгезии и аутогезии необходимо искусственно увеличи­ вать, чтобы они оказались больше сил, вызывающих отрыв пыле­ ватых частиц от покрытия. Рассмотрим основные факторы,, опре­ деляющие адгезию пыли к твердым поверхностям.

Адгезия в основном определяется молекулярными и капилляр­ ными силами и электростатическим взаимодействием частиц в зоне контакта. При наличии на покрытии слоя вяжущего и клею­ щего материала адгезия определяется липкостью этого с л о ія . От­ рыв частиц в этом случае может происходить, если преодолева­ ются адгезионные силы между пылеватыми частицами и вяжу­ щим материалом или когезионные силы материала вязкого слоя.

По имеющимся данным [34], в воздушной среде (при относи­ тельной влажности воздуха свыше 65%) основной составляющей сил адгезии являются капиллярные силы. Молекулярные и элек­ тростатические составляющие адгезии пыли в воздушной среде: большого практического значения не имеют.

Величина адгезии, обусловливаемая капиллярными силами FKy. для шарообразной и плоской поверхности выражается зависимо­ стью

JFK= 4тс с г cos Ѳ,.

где о —поверхностное натяжение жидкости; г — радиус шарооб­ разной поверхности; Ѳ — краевой угол смачивания.

Из уравнения видно, что капиллярные силы тем больше, чем. больше поверхностное натяжение жидкости и лучше смачивае­ мость контактирующихся поверхностей, поэтому для географиче­ ских районов с достаточной относительной влажностью воздуха' (не менее 0,35) перспективно использование материалов, обеспе­ чивающих увеличение капиллярных сил связности (например, гиг­ роскопических солей). Для районов с небольшой относительной влажностью воздуха предпочтительнее использование веществ,, обладающих вяжущими и клеющими свойствами:

При искусственном повышении связности материала покрытия,, кроме количественных показателей, необходимо учитывать и. ка­ чественные показатели образующихся .новых связей и, в первую

1 В соответствии с современными воззрениями под адгезией будем понимать взаимодействие пылеватых частиц с поверхностью покрытия (прилипание), а под аутогезией — взаимодействие между пылеватыми частицами (слипание).

ЗЬ

ючередь, показатель их обратимости (разрушение-восстанов­ ление).

Беспыльность покрытия при ограниченном расходе добавок легче всего может быть обеспечена при образовании обратимых связей. В этом случае разрушаемые движением агрегатные обра­ зования и продукты износа будут вновь объединяться и закаты­ ваться.

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 по­ крытия. Особую роль обратимость связей приобретает на дорогах при совмещенном автомобильном и гусеничном движении. Прак­ тически беспыльность и устойчивый характер работы покрытий на таких дорогах можно обеспечить только в случае, когда меж­ ду ічастидами материала покрытия образуются обратимые связи. Основываясь на данных анализа существующего опыта для обес­ пыливания дорог с совмещенным движением, следует, как пра­ вило, рекомендовать лишь гигроскопические вещества.

Для дорог с исключительно автомобильным движением и аэро­ дромов, кроме гигроскопических веществ, большой интерес пред­ ставляют отходы химической переработки древесины, содержа­

сии) и смолы холодного отверждения, способные связывать мине­ ральные частицы с образованием эластичных структур.

Обеспыливание гигроскопическими солями основывается на том, что в воздухе всегда содержатся пары воды. Их количество зависит от температуры воздуха. Эти пары в большей или мень­ шей степени поглощаются поверхностью многих веществ, находя­ щихся в соприкосновении с воздухом. Такая вода называется гиг­ роскопической, а явление поглощения воды — гигроскопичностью.

Характер этого поглощения зависит от состава и строения по­ глотителя. Одни вещества расплываются в условиях влажного воздуха, другие образуют с водой кристаллогидраты, третьи воду адсорбируют физически или физико-химически. В соответствии с этим гигроскопические вещества можно разделить на три группы.

Первую группу образуют вещества, расплывающие на возду­ хе. Механизм поглощения воды и растворения этих веществ мож­ но представить следующим образом: первоначально содержащие­ ся в воздухе пары воды при соприкосновении с твердым веще­ ством образуют на его поверхности ничтожное количество рас­ твора. 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. Процесс растворения закончится, когда концентрация раствора понизится настолько, что давление водяного пара над ним станет равно пар­ циальному давлению водяного пара в воздухе.

Сущность обеспыливания дорог и аэродромов такими веще­ ствами заключается в том, что в результате увлажнения поверх-

32

постного слоя покрытия за счет явления гигроскопичности увели­ чиваются капиллярные силы взаимодействия между пылеватыми частицами. Пылеобразование при этом существенно снижается или исчезает полностью.

Вторую группу составляют вещества, образующие с водой кристаллические образования — кристаллогидраты, содержащие в своем составе воду. К таким веществам относятся кристаллогид­ раты сульфата меди CuSC^-SHoO, сульфата закнсиого железа FeS0 4 -7H20 , перхлорат магпня-ангпдрои Mg(C10.i)6H2C) и др.

Оценивая эффективность этих веществ как обеспыливающих добавок, заметим следующее. В кристаллогидратах общей фор­ мулы МеХ-уН20 (где Me — металл, X — остаток кислоты) вода связана химически. Она входит в кристаллическую решетку кри­ сталлогидрата. Такая химически связанная вода не может уча­ ствовать вторично в процессах увлажнения пылеватых частиц. Поэтому соединения такого типа не могут быть использованы в качестве обеспыливающих материалов.

К третьей группе относятся вещества, адсорбирующие пары воды из воздуха. Наиболее часто для адсорбции паров воды при­ меняется активированный уголь, силикагель (специально обра­ ботанная окись кремния), аскарит (волокнистый технический ас­ бест, обработанный щелочью).

Вещества этой группы адсорбируют воду, связывая ее в своих порах физически или физико-химически. Поэтому такая вода так­ же не может участвовать в процессе увлажнения контактирующихся пылеватых частиц. Таким образом, из числа гигроскопи­ ческих веществ для обеспыливания автомобильных дорог и аэро­ дромов практически могут использоваться лишь вещества первой группы.

Наиболее распространенные гигроскопические вещества, рас­ пыли®ающиеея .на .воздухе, приведены ниже:

Основной характеристикой гигроскопичности вещества явля­ ется остаточное давление водяного пара. Чем оно меньше, тем вещество более гигроскопично.

Гигроскопичными являются также некоторые соли хлорнова­ тистой кислоты, представляющие собой смеси, состоящие из не­ скольких компонентов. Активным началом их гигроскопичности является хлористый кальций. В табл. 4 приведены данные о важ­ нейших химических продуктах, имеющих в своей основе гипохло­ рит кальция.

Реакции образования хлорида кальция протекают по следую­ щим схемам:

'под действием углекислого газа:

Са(ОН ], + СО, -> СаСО, + Н20;

Са(ОС1)2 + 4НОС1 -* Са(СІОя)а -г 4НС|;

2СаС03 + 4НС1 -» 2СаС1, + 2С0, + 2Н20;

под действием прямых солнечных лучей

ЗСа(ОСІ), -> Ca(ClOa)2 -f 2CaCl,;

под действием солен железа и марганца, содержащихся в грунте,

Са(ОС1)2 СаСі2 + 0 2.

Из приведенных реакции видно, что в результате гидролиза гипохлоритов кальция образуются коррозиоииоактивные вещест­ ва: хлорноватистая и соляная кислоты, что является недостатком солей хлорноватистой кислоты как обеспыливающих материалов.

Таким образом, в настоящее время из числа гигроскопических веществ в качестве обеспыливающих материалов наиболее пер­ спективно использование хлоридов кальция и магния (в том чис­ ле карналлита).

Исходя из общей кинетики испарения жидкостей можно пред­ положить, что наибольшей эффективности следует ожидать от таких веществ, .которые способны образовывать концентрироватные растворы с высоким осмотическим давлением.

Длительность обеспыливающего действия гигроскопических солей в большей степени будет зависеть от скорости вымывания их водой из верхнего слоя покрытия. Проникание воды в мате­ риал покрытия и передвижение ее происходит в жидком и паро­ образном состоянии. Перенос паров воды вызывается наличием

34

градиента относительно у,пру,гости па.ров и движением норового воздуха. Пары воды передвигаются из мест с большой относи­ тельной упругостью паров в места с меньшей упругостью. Ско­ рость перемещения зависит от величины градиента, пористости грунта и т. д. Однако основным фактором, определяющим вымываемость гигроскопических солей из верхних в нижние слои по­ крытия, являются осадки в виде дождей.

Уменьшение вымывания гигроскопических солей можно обе­ спечить при помощи вяжущих пли клеющих добавок, уменьшаю­ щих фильтрационные свойства материала покрытия, пли добавок, связывающих молекулы гигроскопических веществ механически или физико-химически и таким образом препятствующих мигра­ ции гигроскопических веществ.

Для повышения эффективности использования гигроскопиче­ ских солей перспективна также разработка методов, обеспечиваю­ щих уменьшение испарения влаги из материала покрытия, обра­ ботанного солями.

Использование вяжущих материалов для обеспыливания авто­ мобильных дорог и аэродромов основывается на склеивании час­ тиц пыли между собой и с материалом покрытия. Применяемые для этой цели вяжущие материалы можно разделить на две группы.

Первую группу составляют материалы, которые могут дли­ тельное время сохранять свое клееобразное состояние (например, нефтеполимерные смолы, битумы, 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 обеспыливаю­ щий эффект бывает, как правило, выше, так как образующиеся при движении автомобилей и самолетов продукты износа мате­ риала покрытия (содержащие большое количество пылеватых час­ тиц) 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 вы­ сокопрочного и износоустойчивого защитного слоя.

Для достижения высокого обеспыливающего эффекта материа­ лы первой группы наряду с хорошими адгезионными и когезион­ ными качествами должны обладать хорошей проникающей спо­ собностью в малопористые минеральные системы (какими явля­ ются обычно покрытия дорог и аэродромов из грунтов и камен­ ных материалов), легко смачивать минеральные частицы и бы­ стро растекаться по их поверхности. Лишь в этом случае можно обеспечить пропитку обеспыливающими материалами поверхност­ ного слоя грунта или материала покрытия на сравнительно боль­ шую глубину.

Проникающая способность жидких реагентов прежде всего зависит от их способности смачивать минеральные частицы', а