Многокомпонентные антигололедные материалы

Реферат

Очевидно, что применение реагентов для борьбы с гололедом необходимо, чтобы обеспечить безопасность передвижения пешеходов, а также предотвратить транспортный коллапс на дорогах. Активно ведутся споры по поводу того, какие именно составы целесообразно использовать. Предлагается множество различных средств, как отечественных, так и зарубежных производителей.

Цель данного реферата: определить, какие антигололедные материалы предпочтительнее с точки зрения эффективности и экологичности — однокомпонентные или многокомпонентные.

В связи с этим поставлены задачи рассмотреть характеристики однокомпонентных и многокомпонентных реагентов:

  • с точки зрения коррозионной активности;
  • с точки зрения их влияния на почву и растительность;
  • с точки зрения воздействия на человека;
  • с точки зрения их эффективности в борьбе со льдом.

Данный реферат состоит из введения, основной части (включающей четыре параграфа), заключения и списка использованной литературы.

1 Преимущества многокомпонентных противогололедных реагентов с точки зрения их эффективности

Обработка автомобильных дорог, а также пешеходных зон противогололедными материалами (ПГМ) в зимний период является чрезвычайно важным мероприятием. Противогололедные материалы препятствуют снижению коэффициента сцепления колес с дорожным полотном и обеспечивают безопасное передвижение горожан по улицам.

Меры борьбы с гололедом включают в себя:

  • удаление ледяного или снежного слоя с дорожного покрытия;
  • предотвращение появления гололеда.

По своему составу противогололедные реагенты делятся на многокомпонентные и однокомпонентные. Наиболее часто как плавящие вещества используются хлористые натрий и кальций.

В ходе научных исследований установлено, что смесь из трех частей хлористого натрия и одной части хлористого кальция осуществляет плавление льда быстрее, чем отдельно взятый хлористый натрий.

При этом такая смесь проникает в слой льда за 2 часа значительно глубже, чем каждый из этих двух реагентов по одиночке.

Для борьбы с зимней скользкостью CaCl 2 используется при температуре до — 34 С. Создание оптимальных смесей хлоридов натрия и кальция позволяет применять многокомпонентный противогололедный реагент при более низких температурах, чем хлористый натрий.

72 стр., 35830 слов

Борьба с осложнениями при эксплуатации механизированного фонда ...

... часть, .1 Общие сведения о месторождении Таныпское месторождение расположено на юге Пермской области, в 195-200 км. южнее г.Пермь. В административном отношении месторождение находится в пределах Уинского и Чернушинского ... приняты на баланс в 1970 году. Позднее, в течение 1970-1978 г.г. Таныпское месторождение вводится в активную разработку и разбуривание разведочным и добывающим фондом скважин. ...

Когда CaCl 2 и NaCl применяются в качестве реагентов для борьбы с зимней скользкостью совместно, они дополняют друг друга. В этой смеси CaCl2 абсорбирует влагу из внешней среды, в результате реакции выделяется тепло, воздействие влаги и тепла увеличивает скорость растворения NaCl.

За счет экзотермического процесса растворения CaCl 2 возрастает скорость растворения NaCl и таяния льда. Гранулы глубже проникают сквозь лед к поверхности дорожного покрытия, и раствор разрушает сцепление льда и покрытия, что облегчает механизированную уборку льда и снега.

Таким образом, использование смесей из нескольких солей позволяет достичь преимуществ по плавящей способности и эффективности отслоения льда перед однокомпонентными составами.

2 Коррозионная активность многокомпонентных реагентов

В использовании хлористых солей в качестве противогололедных реагентов есть серьезный недостаток — коррозионное воздействие на металлы и цементобетон. При этом коррозионное воздействие хлорида кальция и хлорида магния (бишофит) может достигать более 1 мг/см 2 сут, натрия — 0,8 мг/см2 сут (см. Таблицу 1).

Таблица 1

п/п

Состав образца

Агрегатное состояние

Коррозионная активность мг/см 2 ·сутки

1

Хлорид магния

твердые

1,29

2

Хлорид кальция

1,02

3

Хлорид натрия

0,8

4

Формиат натрия

0,14

Разрушающее действие жидких антигололедных реагентов, как правило, оказывается еще выше, так как в реакцию окисления вступает еще и вода. При таких высоких показателях коррозионной активности противогололедные материалы, состоящие только из хлоридных компонентов, имеют ряд ограничений. Например, согласно ОДМ 218.5.006-2008 “Методические рекомендации по применению экологически чистых антигололедных материалов”, использование на мостовых сооружениях хлорсодержащих реагентов запрещено.

Запрещено использование хлоридов на цементобетонных дорогах в возрасте до 3х лет, так как неустоявшийся цемент легко подвергается разрушению под действием хлоридов.

В связи с этим для снижения коррозионной активности в противогололедные реагенты целесообразно добавлять ингибиторы коррозии.

Ингибиторы коррозии — сложные по составу вещества, тормозящие коррозийные процессы металлов. Однако многие существующие ингибиторы, во-первых — снижают активность солей, а во-вторых — негативно влияют на окружающую среду.

По механизму действия ингибиторы коррозии делятся на:

Пассиваторы, Адсорбционные ингибиторы

Применение пассиваторов в составе противогололедных материалов недопустимо, так как они, вступая в реакцию с металлом, портят внешний вид металлических частей автомобилей. К тому же при взаимодействии с хлоридами они становятся малоэффективными.

Таким образом, при производстве ПГМ чаще всего применяются адсорбционные ингибиторы.

Наиболее эффективными веществами, замедляющими коррозию, в случае с антигололедными средствами являются соединения не только проявляющие ингибирующее действие, но и плавящие снежно-ледяные отложения. Яркий пример — соли жирных органических кислот, самыми популярными их представителями являются формиаты.

Формиаты не обладают запахом, быстро разлагаются на углекислый газ и воду, имеют высокую плавящую способность и низкую коррозионную активность (см. Таблицу 1).

При добавлении в композиции хлоридных реагентов формиат натрия проявляет ингибирующие свойства и снижает их коррозионную активность. Так состав из 20% хлорида кальция и 80% хлорида натрия имеет показатель около 0,79 мг/(см 2 /сутки), а при добавлении даже 10% формиата натрия, потеря стали марки 3 уменьшается на треть. При этом противогололедный реагент сохраняет высокую плавящую способность.

Между прочим, формиат натрия — реагент, нередко использующийся в аэропортах как самостоятельное вещество. В патенте США от 1941 года упоминается об использовании формиата для состава антифриза (Antifreeze composition).

А в 1965 году американские ученые Боез и Бортз (Boies, D B Bortz, S), основываясь на собственных исследованиях, рекомендовали для борьбы с гололедом добавлять в техническую соль (хлорид натрия) формиат, чтобы защитить дорожные и металлические поверхности от разрушения и коррозии, вызванных хлоридами.

Так служба по уборке снега в аэропорту г. Цюриха (Швейцария) использует формиаты с 2005 года. Российские аэропорты — Шереметьево, Внуково и Домодедово тоже используют жидкий формиат натрия — реагент для борьбы с гололедом.

Присутствие формиата натрия в составе ПГР практически в любом количестве (5-94 %), снижает коррозионную активность хлоридов на металл (Ст.- 3) от 0,69 мг/см 2 сут до 0,12 мг/см2 сут при предельно допустимой норме 1,1 мг/см2 сут (ГОСТ 33389 “Дороги автомобильные общего пользования. Противогололедные материалы. Технические требования”).

Так при введении в композицию хлоридов натрия и кальция 5% формиата натрия, коррозионная активность многокомпонентного материала на сталь 3 снижается на 12,66%. При добавлении 11,1% формиата — на 24,05%.

При этом введение формиата натрия в количестве от 5% до 11,1% позволяет снизить коррозионную активность многокомпонентного реагента на металл на 0,017 мг на 1% формиата, а при добавлении его в количестве от 11,1% до 94% происходит снижение скорости коррозионной активности до 0,007 мг на каждый процент введенного формиата натрия.

Формиаты натрия, как наиболее доступные из формиатов, обладают наиболее подходящими качествами для применения в антигололедных композициях.

В настоящее время на рынке противогололедных материалов представлены многокомпонентные композиции с формиатом натрия, воздействие на металл которых лежит в пределах от 0,14 до 0,4 мг/(см2/сутки), что в несколько раз ниже, чем показатели однокомпонентных химических реагентов — хлорида натрия, кальция и магния.

3 Влияние реагентов на окружающую среду

Большим минусом при использовании однокомпонентных противогололедных реагентов является высокая нагрузка на окружающую среду. Если применяется одно и то же вещество, постепенно нарушается баланс микроэлементов в почвах и ухудшается их способность к самоочищению.

При использовании только хлорида натрия, например, возникает переизбыток данного элемента. Это затрудняет обмен и поступление других элементов и может негативно сказаться на плодородии почв. Поэтому целесообразно использовать многокомпонентные противогололедные материалы, содержащие различные биофильные элементы, а также четко соблюдать регламенты применения этих ПГМ.

Негативно отразиться на состоянии почв может накопление анионов хлора при использовании хлорсодержащих реагентов. Поэтому замещение хлорсодержащих солей биоразлагаемыми солями, например, формиатами, снижает воздействие на почвы и растения.

Наблюдения за экологической ситуацией в Москве, а также отслеживание динамики изменения ситуации показали, что добавление биоразлагаемых компонентов в противогололедный реагент даже в количестве 5%-10% приводит к значительному улучшению экологической обстановки (в частности, к снижению засоленности почв).

Данные экологического мониторинга позволяют говорить, что состояние почв в Москве за последние годы значительно улучшилось: снижение уровня засоленности почвы относительно 2009 года в 2-2,5 раза. Очевидно, что снижение засоленности почв связано с установленным в Технологии зимней уборки 2011 года балансом применения 2-х компонентных противогололедных реагентов (20 %) и многокомпонентных противогололедных реагентов, содержащих биоразлагаемые компоненты (в первую очередь, как мы уже говорили, формиаты).

Формиаты — это соли муравьиной кислоты. Соль муравьиной кислоты — органическое соединение, значит, природные экосистемы должны ее утилизировать, в отличие от неорганических солей. И действительно, попадая в почву, соли муравьиной кислоты помогают ей быстрее самоочищаться. К такому выводу пришли ученые Санкт-Петербургского сельскохозяйственного университета. Эксперты вносили в почвы с семенами разные дозы реагентов, в состав которых входили и хлоридные соли, и формиат натрия, а потом имитировали промывание талыми водами, как это происходит весной в природе. Формиат натрия, попадая в почву, не угнетал, а стимулировал активность полезных аэробных бактерий. Те, в свою очередь, быстрее перерабатывали все примеси, поступающие с талым снегом: выбросы автомобилей, мазут, остатки реагентов. Почвы быстрее очищались и восстанавливались.

Таким образом, можно сделать вывод, что использование реагентов с несколькими разными компонентами делает состав почв более сбалансированным и не дает образовываться переизбытку какого-то одного элемента. Последние исследования солей органических кислот — формиатов — показали, что добавление их в состав ПГМ позитивно сказывается на способности почв самоочищаться.

4 Влияние реагентов на человека

Использование противогололедных материалов для борьбы с зимней скользкостью возможно только после проведения комплекса санитарно-гигиенических и токсикологических исследований по обоснованию класса опасности реагента для установления безопасных, безвредных концентраций, которые исключают негативное действие реагентов на окружающую среду и здоровье человека. Обязательность соблюдения гигиенических нормативов регламентируется ФЗ № 52-ФЗ от 30.03.1999г. “О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения”.

Согласно требованиям ГОСТа 33389 “Дороги автомобильные общего пользования. Противогололедные материалы. Технические требования”, а также экологического законодательства Российской Федерации, противогололедные материалы по воздействию на человека должны быть 3 или 4 класса опасности (умеренно и мало опасные вещества).

Класс опасности устанавливается по ГОСТ 12.1.007-76 “Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности”. Согласно данному ГОСТу вредное вещество — это вещество, которое при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности может вызывать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами, как в процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

По воздействию на человека хлорид натрия и кальция являются веществами 3 класса опасности, в то время как формиат натрия — веществом 4 класса опасности. То есть он менее токсичен, чем хлористые соли.

Формиаты малотоксичны для животных и человека благодаря своему органическому происхождению. Еще в 1984 году во Всероссийском научно-исследовательском институте охотничьего хозяйства и звероводства в Кирове ученые в ходе опытов выяснили, что формиат натрия не вызывает раздражения кожи, аллергических реакций, не обладает хронической и генетической токсичностью. Поэтому его можно использовать в качестве безопасного консерванта для кормов животных — в частности, сена для кроликов. Эти ушастые создания известны своей чувствительностью к токсическим веществам, но употребление формиата натрия даже в больших количествах перенесли без вреда для здоровья.

Отсутствие токсического эффекта формиата натрия ученые объясняют тем, что под воздействием соляной кислоты желудочного сока соли муравьиной кислоты распадаются на метан и углекислый газ. Но при этом обработанные данным веществом корма лучше усваиваются животными, что увеличивает массу тела. Исследования советских ученых были неоднократно подтверждены и зарубежными коллегами. Немецкой компанией ADDCON была разработана специальная добавка с формиатом натрия для бройлеров, улучшающая усвоение ими пищи.

Благодаря низкой токсичности и высокому антиоксидантному и атибактериальному эффекту формиат натрия широко используется в медицине. Им обеззараживают помещения, используют в таблетках от похмелья. А недавно ученые из университета Уорика (Англия) установили, что использование формиата натрия в комбинации с препаратом для лечения рака делает воздействие на онкоклетки эффективнее в 50 раз.

Такие свойства делают формиат натрия реагентом, предпочтительным для использования во дворах, парковых зонах, на территории учебных и лечебных заведений. Согласно исследованиям, включение формиата натрия в состав противогололедных материалов с хлоридами позволяет улучшить класс опасности, то есть сделать воздействие антигололедного реагента на человека менее опасным и токсичным.

Заключение

В ходе написания данного реферата было установлено, что использование многокомпонентных реагентов является оптимальным с точки зрения их экологичности, эффективности и влияния на металлы.

Использование реагентов с несколькими разными компонентами обеспечивает сбалансированность составу почв и не дает образовываться переизбытку какого-то одного элемента, а добавление формиатов в состав ПГМ положительно сказывается на способности почв к самоочищению.

Антигололедные материалы с формиатом натрия в составе оказывают минимальное воздействие на металлы. При добавлении в композиции хлоридных реагентов формиат натрия проявляет ингибирующие свойства и снижает коррозионную активность.

Многокомпонентные реагенты являются более эффективными с точки зрения скорости плавления снега. Например, установлено, что смесь из трех частей хлористого натрия и одной части хлористого кальция плавит лед быстрее, чем отдельно взятый хлористый натрий. Однако такая смесь обладает очень высокой коррозионной активностью, поэтому необходимо добавление формиата натрия в качестве ингибитора коррозии. Многокомпонентные реагенты с формиатом натрия к тому же менее токсичны и опасны для здоровья человека. В частности, хлориды натрия и кальция — вещества 3 класса опасности, тогда как формиат натрия и антигололедные реагенты на его основе — 4 класса, то есть малоопасные вещества.

Список использованной литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/antigololednyie-reagentyi/

1. Инженер С.Ю. Розов, канд. тех. наук И.А. Паткина, инженер Ю.Н. Розов (ФАУ «РОСДОРНИИ»), инженер А.Ю. Шестаченко (НКО Ассоциация зимнего содержания дорог) //ст. Использование солей муравьиной кислоты для улучшения свойств противогололедных материалов

2. Кочетков А.В, д.т.н., профессор, академик транспорта, Чванов А.В., заместитель руководителя отраслевого центра внедрения прогрессивных технологий ФГУП «РОСДОРНИИ», Аржанухина С.П., аспирант Саратовского государственного технического университета// ст. Противогололедные реагенты: Растопят снег, расплавят лед…

3. Лопатовская О.Г, Сугаченко А.А Мелиорация почв. Засоленные почвы. Иркутск: Издательство Иркут. Гос. Уни-та, 2010

4. ГОСТ 33181-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к уровню зимнего содержания

5. В.В. Челноков, д.т.н., РХТУ им. Менделеева// ст. Муравьи, грызущие лед, Химия и жизнь, N3,2016, стр 16.

6. Г.В. Кустарев, зав. кафедры “Дорожно-строительные машины” МАДИ, профессор, почетный дорожник РФ// ст. Антигололедные реагенты против коррозии, журнал “Автомобильные дороги”, январь 2016, стр 54

© Реферат плюс