Содержание

Введение
1. Какими бывают противогололедные материалы?
2. Характеристики наиболее популярных химических противогололедных материалов
3. Столица в поисках идеального реагента
Заключение
Список использованных источников

Внимание!

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

Введение

Каждую зиму перед администрацией российских городов встает вопрос об обеспечении безопасности как пешеходов, так и автомобилистов. Можно ли найти антигололедные реагенты, имеющие высокую плавящую способность и при этом не оказывающие вредного влияния на здоровье человека и на окружающую среду?

Именно выяснение этого вопроса является целью данного реферата.

Также поставлены следующие задачи:

  • рассказать о том, какими бывают противогололедные материалы;
  • проанализировать химический состав и свойства наиболее популярных противогололедных материалов;
  • выяснить, какие противогололедные реагенты являются оптимальными для использования с точки зрения соотношения их эффективности, экономичности и экологичности.

Данный реферат состоит из оглавления, введения, основной части (включающей в себя три параграфа), заключения и списка использованной литературы.

Существуют ли безопасные и эффективные антигололедные реагенты?

1. Какими бывают противогололедные материалы?     

В первую очередь, следует поговорить о том, какими бывают антигололедные материалы. Чаще всего их делят на фрикционные и химические.

Фрикционные — это, например, гранитная и мраморная крошка/щебень, песок.

Что касается гранитной крошки, которую нередко воспевают защитники экологии, то многолетний опыт использования гранита в качестве фрикционного материала в скандинавских странах показал, что он наносит серьезный вред окружающей среде. Некоторые породы гранита могут быть высоко радиоактивными.  Более того, так как это чрезвычайно твердый материал, он ускоряет износ дорожного покрытия, засоряет газоны и ливневые стоки. Также необходимо отметить, что, вопреки расхожему мнению, повторно использовать гранитный щебень практически невозможно. Очистка камня от масел, бензина и грязи, которые он впитывает за зиму достаточно дорогостоящий процесс. В результате такой “мойки” образуются крайне токсичные отходы — загрязненная вода со специальными средствами для очистки, которую так же необходимо утилизировать. Кроме этого, за время нахождения на дороге, гранит теряет форму и измельчается. Поэтому чаще всего гранитный щебень собирают и утилизируют на свалках. Максимум — используют в качестве подложки под строительство дорог.

Если говорить о песке в чистом виде или в составе пескосоляной смеси (соотношение песка и соли в данном случае составляет примерно — 95% к 5%), то необходимо отметить, что песок — мощнейший загрязнитель воздуха. Он способствует повышению уровня запыленности в городах, а значит провоцирует у людей серьезные заболевания, связанные с органами дыхания, а также аллергические заболевания. Кроме того, песок нарушает кислородный обмен в почве и забивает ливневые стоки. Вывоз песка весной влечет за собой значительные расходы, и при этом сотни тысяч тонн грязного песка оказываются на полигонах недалеко от городов. Ветер разносит песок на значительные расстояния, постепенно превращая территорию в настоящую пустыню.

Из фрикционных материалов наибольшей экологичностью и эффективностью отличается мраморная крошка. Она легко разлагается в почве, разрыхляя ее и улучшая ее структуру, а также не вредит дорожному покрытию. Масштабные исследования, проведенные МАДИ (Московским автомобильно-дорожным государственным техническим университетом), показали, что наиболее эффективным для сцепления колес с дорогой является мраморный щебень фракции 3-7 мм и твердости 400. Более твердые породы способствуют возникновению “роликового” эффекта и эффекта “шрапнели”, а более мягкие материалы колеса автомобилей просто давят.

Однако необходимо отметить, что любые фрикционные материалы являются инертными веществами, они не вступают в реакцию со льдом и не плавят его, а значит, не обеспечивают нормативного сцепления колес с дорогой (согласно ГОСТу 50597-93 коэффициент должен быть не менее 0,3).

В этой связи необходимы химические противогололедные реагенты. К ним относятся  хлориды (хлористый магний, кальций, натрий), нитраты (нитрат магния, кальция), ацетаты (то есть соли и эфиры уксусной кислоты), карбамиды (производные угольной кислоты), формиаты (соли муравьиной кислоты). Более подробно их свойства мы рассмотрим в следующем параграфе.

Закажите работу от 200 рублей

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

2. Характеристики наиболее популярных химических противогололедных материалов

Оговоримся сразу — любое вещество, которое обладает способностью плавить лед, имеет как свои плюсы, так и минусы.

Если оценивать соотношение эффективности и экономичности, не учитывая экологичность, лидировать будут хлориды. Как вы можете увидеть в Таблице 1, их плавящая способность является довольно высокой.

Таблица 1. Плавящая способность веществ, которые используются как противогололедные материалы, при разных температурах

Однако если использовать однокомпонентные противогололедные реагенты на основе одних только хлоридов, можно столкнуться с ситуацией, когда вред от их использования перевесит все кажущиеся плюсы.

Например, хлорид кальция плавит лед быстрее, чем другие хлориды, и имеет самую низкую рабочую температуру. Но в чистом виде на дороге образует скользкую пленку, которая значительно увеличивает тормозной путь автомобиля, а значит приводит к возникновению аварийных ситуаций. Все дело в высокой вязкости вещества (см. Таблицу 2).

Таблица 2. Вязкость некоторых солей противогололедных материалов в зависимости от температуры

Вязкость хлорида кальция уже при -5°C начинает превышать допустимые нормы (напомним, что к использованию не допускаются жидкие противогололедные материалы с вязкостью более 5 сП, а твердые — более 4 Сп), а при -15°C и -20°C, когда данный противогололедный материал с низкой температурой кристаллизации есть смысл использовать, вязкость превышает предельные цифры в 2 раза. Использование хлористого кальция в Санкт-Петербурге зимой 2015-2016 привело к возникновению многочисленных аварий, после этого от данного вещества отказались. Использование жидкого хлористого кальция в Москве запрещено с 2009 года по той же причине.

Противогололедный реагент хлорид натрия (или техническая соль), ввиду своих свойств обладает рабочей температурой до -12°C. Понизить температурный диапазон на короткое время возможно путем значительного увеличения расхода соли, что является крайне негативным фактором для окружающей среды. Использование хлорида натрия ведет к засолению почв и угнетению флоры. Более того, техническая соль (галит) может содержать в себе до 5%  нерастворимого осадка: глины, песка, а также тяжелые металлы и опасные химические элементы: ртуть, свинец, мышьяк, бром в высоких концентрациях.

Кроме того, хлорид натрия и хлорид кальция обладают повышенной коррозионной активностью, а значит оказывают резко негативное влияние на металлические части автомобилей и на металлические и бетонные дорожные конструкции (см. Таблицу 3).

Закажите работу от 200 рублей

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

Таблица 3. Коррозионная активность некоторых веществ, используемых в качестве противогололедных материалов

Что касается хлорида магния, то он является веществом 2-го класса опасности, т. е. крайне опасен для окружающей среды и человека и запрещен к применению приказом Росприроднадзора (см. Таблицу 4).

Таблица 4. Противогололедные материалы: температура действия и класс опасности

Хлорид магния чаще всего встречается в виде минерала бишофита. Формула MgCl2x6H2O — магний хлористый шестиводный. По данным Всесоюзного научно-исследовательского института минерального сырья им. Н.М. Федоровского (ВИМС МПР РФ) в состав бишофитов входят более 65 химических элементов. Количество примесей хлоридов и сульфатов натрия, калия и кальция варьируется в пределах от 5% до 15% от массы. Массовая доля бора, брома, стронция, мышьяка, цинка, селена может достигать промышленно значимых концентраций.

Также противогололедный реагент хлорид магния является токсичным для зеленых насаждений. В сельском хозяйстве бишофит используют в качестве десиканта — вещества, ускоряющего усыхание листьев.

В строительстве широко известно крайне негативное воздействие хлорида магния на цементобетонные покрытия. Так называемая, магнезиальная коррозия, происходит из-за замещения кальция в бетоне на магний, что приводит к разрушению конструкций.

Исследования, проведенные в “Инновационном научно-производственном центре текстильной и легкой промышленности” показали, что хлористый магний — одна из самых агрессивных солей по воздействию на обувь и меховые изделия. Даже 10% раствор бишофита приводит к короблению, частичному снятию отделочного покрытия лицевого слоя, не удаляемым белым разводам.

В бишофитах содержатся в значительных концентрациях соединения потенциально токсичных элементов (первого и второго классов опасности): тяжелых металлов, галогенов – фтора, брома и йода. Последние в высоких концентрациях представляют потенциальную опасность для растений и животных, а также для человека.

Согласно заключению испытательной лаборатории “Реактив” ФГУП  ИРЭА в растворе природного бишофита было обнаружено превышение допустимого содержания химических веществ, в частности селена в 20 раз, что не соответствует нормам ОДН 218.2.027-2003. Селен и большинство соединений с селеном являются токсичными для человека даже в средней концентрации, а концентрация селена в бишофите очень велика.

Нужна работа? Есть решение!

Более 70 000 экспертов: преподавателей и доцентов вузов готовы помочь вам в написании работы прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

Учитывая, что бишофит оказывает существенное негативное влияние на здоровье человека, животных и на окружающую среду, как противогололедный реагент он применяться не должен.

Практически все плавящие лед вещества, если они применяются как однокомпонентные противогололедные реагенты, имеют свои недостатки.

Нитраты губительны для растений. Ацетаты пахнут уксусом, обладают невысокой плавящей способностью и при этом их стоимость доходить до 100 тысяч рублей за тонну. Карбамиды не влияют на обувь и мех, малотоксичны, но работают до -4°C.

Формиаты — одни из наиболее перспективных веществ для зимнего содержания дорог благодаря ряду уникальных свойств: коррозия в 8 раз ниже, чем у натрия хлора, биоразложение на воду и углекислый газ и быстрое выведение из почв, практически нейтральное воздействие на обувь, 4 класс опасности (малоопасные вещества), малая токсичность.

Но и у них есть свои недостатки. Работает формиат натрия при температуре до -19°C. К тому же его отличает высокая стоимость — до 40 000 рублей за тонну.

Очевидно, что золотой середины  с точки зрения эффективности, экологичности и экономичностим можно достичь лишь в многокомпонентных противогололедных материалах.

3. Столица в поисках идеального реагент

Поиск экономичного, экологичного и эффективного состава для борьбы с гололедом начался в Москве в двухтысячных годах. Были привлечены ученые ведущих исследовательских институтов России. В ходе исследований выяснилось, что в определенных пропорциях хлорид натрия разрушает скользкую пленку, которую создает на дороге хлорид кальция. А также эти две соли вместе намного лучше плавят лед, чем поодиночке. Добавление даже небольшого количества формиата значительно снижает корродирующие свойства хлоридов, а в купе с биофильными элементами повышает “дружественность” противогололедного материала к окружающей среде.

Закажите работу от 200 рублей

Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.

Подробнее Гарантии Отзывы

Влияние на обувь, почву, металл у такой комбинации оказалось намного ниже, чем у других хлоридных реагентов,  а эффективность в разы выше. Благодаря правильному сочетанию компонентов удалось добиться максимально возможного для реагентов  класса безопасности — 4го.

К выводу, что многокомпонентные противогололедные реагенты экологичны, пришли и ученые шведского национального дорожно-транспортного исследовательского института VTI. Они подтвердили, что сочетание хлоридов натрия и кальция с формиатами и биофильными добавками оказывает наименьшее влиянием на экологию. Их исследования позже подтвердили во Франции в дорожном институте.

Итак, в Москве с 2011 года стали  бороться с гололедом комбинированным ПГР на основе хлоридов натрия, кальция и формиата натрия. Для дворов и тротуаров был рекомендован специальный состав с мраморной крошкой, формиатом и хлоридом натрия. Решение о применении такого реагента на тротуарах было вызвано катастрофически высоким уровнем травматизма в Москве: за один сезон в травмпункты с переломами позвоночника, костей, черепно-мозговыми травмами обращалось по 8-9 тысяч человек. За первый же сезон использования такой методики число пострадавших от гололеда в Москве сократилось в 2,5 раза. И продолжает сокращаться до сих пор.

Хотя заметьте, погодные условия для образования гололеда с каждым годом в столице ухудшаются: количество переходов через ноль увеличилось почти в 4 раза за 5 лет.

Вот данные статистики: за ноябрь-декабрь 2015 года с травмами от падения на улицах Москвы в больницы обратилось всего 105 человек. За весь сезон 2014-2015 года подобных обращений в столице зарегистрировано 1322. Для такого огромного города, как Москва, это совсем небольшие цифры. В других городах такое количество травмировавшихся возникает за 2-4 недели.

В Таблице №5 вы можете увидеть, какие противогололедные материалы использовались в городе в Москве в разное время.

Таблица 5. Хронология использования антигололедных материалов в г. Москве

Таким образом, можно сделать вывод, что противогололедные реагенты, имеющие в своем составе формиат натрия, являются наиболее подходящими для использования в крупных городах с точки зрения эффективности и экологичности. Они оказывают минимальное воздействие на металлы, эффективно плавят снег и не вредят здоровью человека и окружающей среде.

Заключение

В процессе написания данного реферата был сделан вывод, что все существующие антигололедные реагенты имеют свои достоинства и недостатки. Найти какое-то одно вещество, которое при применении в качестве противогололедного реагента будет сочетать в себе три “Э”: эффективность, экономичность и экологичность — невозможно.

Поэтому, когда в 2011 году из-за пугающе высокого травматизма столице потребовались качественные противогололедные реагенты, ученые занялись разработкой именно многокомпонентного средства, состав которого был бы сбалансированным и позволял бы нейтрализовать недостатки отдельных компонентов.

Был сделан вывод о необходимости применения многокомпонентных противогололедных реагентов с формиатами в составе. Они нетоксичны и безопасны для здоровья человека. В частности, хлориды натрия и кальция по отдельности — вещества 3 класса опасности, тогда как формиат натрия и антигололедные реагенты на его основе — 4 класса, то есть малоопасные вещества. К тому же формиат натрия является мощным ингибитором коррозии. Однако применение формиата натрия в чистом виде нецелесообразно из-за высокой стоимости этого вещества и из-за того, что оно эффективно работает только при температуре до -19°C.

Примером активно использующегося и хорошо зарекомендовавшего себя в столице многокомпонентного реагента с содержанием формитатов является “Бионорд” производства Уральского завода противогололедных материалов (УЗПМ).

Список использованных источников

1. ГОСТ 12.1.007-76 «ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности».
2. ГОСТ 33181-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к уровню зимнего содержания
3. ГОСТ Р 50597-93 Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения
4. Сравнительный анализ вязкости противогололедных материалов, Росдорнии, 2011г.
5. Разъяснения о возможности применения бишофитов №39/22-РЭТ от 14.05.212