книги из ГПНТБ / Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов

тельно разрыхленный на глубину 15 см. Затем соль перемеши­ валась с грунтом, смесь разравнивалась и уплотнялась [7].

.В Польше для обеопыл-иваініия дорог разливают воду, в. кото­ рую добавляют 20% хлорной извести. В дождливую погоду, кро­ ме того, добавляют сульфитно-целлюлозный щелок. По литера­ турным данным одна поливка действует в течение нескольких ме­ сяцев [Ы8].

В Чехословакии для улучшение дорог ежегодно утилизируется около 2500 г сульфитного щелока (в пересчете на сухое вещест­ во). Щелок применяют в сочетании с известью. Часть сульфит­ ного щелока упаривается до содержания сухих веществ в коли­ честве 25% [98].

Для обеспечения водоустойчивости предложен способ, основан­ ный на свойстве высокомолекулярных фракций лигносульфанатов коагулировать в минеральных кислотах. Так, например, вводя в

лигносульфоінат натрия серную кислоту с удельным весом 1,3, можно получить около 40% лигносульфонатного комплекса. Глав­ ным недостатком является в этом случае необходимость исполь­ зования концентрированной серной кислоты [60].

Дорожники Швеции отмечают, что водоустойчивость покры­ тия, обработанного щелоком или бардой, выше, чем покрытия, обработанного СаСЬ. В сухую же погоду розлив барды или ще­ лока по сравнению с СаСЬ обеспечивает большую износоустойчи­ вость покрытий из каменных материалов. Отмечается, что хоро­ шие результаты обработки могут быть достигнуты лишь при на­ личии плотного гравийного или щебеночного покрытия. При не­ достатке пылевато-глинистых частиц и рыхлом состоянии мате­ риала покрытия хороших результатов от использования барды ,и щелока ожидать нельзя.

Во многих странах идут настойчивые поиски эффективных ме­ тодов придания водоустойчивости материалам, обработанным саб и сцщ. Первое предложение в этой области было сделано еще в

личных предложений перевода кбж в водонерастворимое состоя­ ние. По американскому способу сульфитный щелок обрабатывают известковым молоком, вводимым в таком количестве, чтобы pH среды превысил 11,5. Однако образующийся при этом водоустой­ чивый продукт при высыхании превращался в мелкозернистый порошок, не обладающий вяжущими свойствами [60]. Вполне ес­ тественно, что этот способ нельзя рекомендовать для поверхност­ ных обработок покрытия с целью обеспыливания.

Значительные работы были проведены в Канаде (провинция Квебек), где дороги обрабатывались сулыфитно-целлюлозным ще­ локом на протяжении нескольких сот миль. На 1 м2 дороги рас­ ходовалось 2,25 л раствора сцщ с удельным весом 1,13. Действие щелока сохранялось в течение шести недель. Для гравийных до­

20

рог расход щелока рекомендуется увеличивать до 4—5 л/м7. Для повышения эффективности сцщ дополнительно использовали, известь, хлористый кальцин и смолы [42]. Применяли щелок и для; укрепления песков в Сахаре. Ввиду особых климатических и гид­ рологических условий щелок разливали без добавок окислителей-

В ФРГ для устранения водорастворимости лигносульфонатових концентрированные растворы обрабатываются солями хрома: (біг/охроматом .натрия) [98]. Гирроскоіпичеокне соли применяют & ФРГ в процессе строительства дорог. Так, например, соли MgCI* и СаСЬ рассыпают при постройке щебеночных покрытий для по­ вышения связности верхнего слоя, устраиваемого из каменной мелочи, и улучшения условий формирования покрытия [1117, 123].

В качестве крепителя в США распространен препарат «Ор- зан-АН-3». Он получается в виде порошка при нагревании суль­ фитного щелока с азотосодержащими веществами. «Орзан-АН-3» растворим в воде в любых концентрациях. Он рекомендуется для применения во всех областях использования липносульфоінатов, а следовательно, может быть рекомендован и для целей обеспыли­

дации по обеспыливанию дорог, характерные для зарубежной практики, довольно хорошо известны в нашей стране. Поэтому большой интерес представляют теоретические и эксперименталь­ ные исследования в смежных областях производства с использо­ ванием материалов, пригодных для обеспыливания дорог и аэро­ дромов. Эти работы могут способствовать изысканию путей для совершенствования уже известных и разработки новых способов связывания пыли.

Интересны зарубежные исследования по определению корро­ зийного .влияния гигроскопических солей на металлические части машин. Эти работы производились главным образом в связи с широким применением гигроскопических солей для борьбы с го­ лоледом на автомобильных дорогах. Они имеют, однако, прямое отношение и к случаю обеспыливания дорог.

Проведенными исследованиями в США было выявлено, что кор­ розия стальных частей автомобилей, эксплуатируемых на дорогах, обрабатываемых солями во время гололеда, достигает 0,15 мм в год.

Однако и при езде автомобилей по дорогам, не обработанным солью, коррозия составляет 0,12 мм в год. На основании этого делается вывод, что влияние солей на усиление коррозии сравни­ тельно невелико, тем более что коррозийное действие может вы­ зываться золой, которая иногда рассыпается по обледенелым уча­ сткам дорог (коррозийное действие золы объясняется присутст­ вием в ней серы и сернистых соединений). Использование инги­ биторов (антикоррозийных добавок): полифосфатов, хроматов, бихроматов и других оказалось малоэффективным.

21

Министерство транспортного хозяйства ГДР в 1964—1965 гг. провело специальное исследование воздействия хлористого магния на автомобили и установило, что агрессивность раствора MgC^ •не выше агрессивности воды [30]. Опытами установлено, что талая вода (без соли) иногда бывает более агрессивной, чем раствор соли, особенно ,в промышленных районах, где часть отработанных газов растворяется в воде. Было обнаружено, что коррозия тон­ колистовой стали от хлористого магния с песком не больше чемот влажного песка без соли. Однако соль может вызывать кор­ розию, если она загрязнена агрессивными примесями.

Коррозийное действие солей во время гололеда при влажной погоде проявляется более активно, чем в сухую погоду летом. Поэтому высказываемые иногда опасения о большой коррозии частей автомобилей в случае обеспыливания автомобильных до­ рог гигроскопическими солями часто преувеличиваются. При надлежащем техническом уходе за автомобилями коррозия ме­ таллических частей практически будет почти такой же, как и в обычных условиях. Этот вывод нельзя, однако, полностью распростанять на случай обеспыливания аэродромов, так как хло­ ристые соли воздействуют на авиационные сплавы более энер­ гично, чем на сталь.

Глава 2

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ

§ 5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ И СТРОЕНИЯ ПЫЛЕВОГО ОБЛАКА. УСЛОВИЯ ВИДИМОСТИ ПРИ НАЛИЧИИ ПЫЛИ

Пыль на автомобильных дорогах и аэродромах образуется вследствие истирания, измельчения и выдувания материала по­ крытия, а также за счет заноса на проезжую часть грязи и рых-' лого материала с прилегающих территорий и дорог.

Интенсивность пылеобразования зависит от гранулометриче­ ского и минерального состава материала покрытия, влажности этого материала, метеорологических условий, интенсивности, со­ става и скорости движения автомобилей и .самолетов.

Пыль на дорогах и аэродромах представляет собой типичную дисперсную систему, в которой частицы дисперсной фазы в спо­ койном воздухе оседают с различной скоростью в зависимости от размера частиц, в основном подчиняясь закону Стокса. Такая ■пыль обладает рядом свойств, характерных для любых аэрозоль­ ных систем: повышенной химической активностью (вследствие большой удельной поверхности), способностью адсорбировать га­ зы и пары из окружающей среды, высокой адгезией и другими. Свойства пыли зависят от условий ее образования. В первую оче­ редь, эта зависимость іпроявляется в дисперсном составе.

По размеру пыль можно разделить иа четыре группы: круп­ ную (размер частиц от 50 до 150 мк), которая сравнительно бы-

22

персный состав пыли, взятой в различных районах [77]. Кривые дисперсного состава показывают, что пыль дорог и аэродромов содержит 50—90% частиц размером меньше 0,05 мм (50 мкм). Особенно мелкой является лёссовая пыль. Самой крупной бывает пыль песчаных пустань.

Форма частиц пыли зависит от минерального состава мате­ риала покрытия и характера ее образования. Частицы супесча­ ной пыли, по форме приближающиеся к тетраэдрам, имеют ост­ рые грани. Частицы пыли, образующиеся при истирании извер­ женных горных пород, имеют пластинчатую или игольчатую форму с неровными краями. Пыль осадочных пород состоит из частиц овальной формы с ровными очертаниями. Частицы пыли гравийных покрытий имеют форму, близкую к форме частиц из­ верженных и осадочных пород. Природная пыль песчаных пус­ тынь имеет округлую форму.

Форма частиц влияет на скорость их оседания, что учитыва­ ется введением в расчеты коэффициента сферичности Кс, который выражает отношение поверхности шара с объемом, равным объему данной частицы, к ее поверхности. Для шара правильной фор- - мы /Сс='1, для октаэдра /Сс—0,846, для куба Кс~ 0,806, для тет­ раэдра Кс —0,670 и т. д. Величина Кс будет тем меньше, чем боль­ ше .частицы вытянуты в одном или двух измерениях.

Удельный вес дорожной пыли, несмотря на различное ее про­ исхождение, колеблется в узких пределах — 2,6—2,8 г/см3. При-

23

мерно такой же удельный вес имеет пыль, полученная при дроблении каменных материалов.

По химическому составу основную часть пыли составляет двуокись кремния (кварц). В пыли песчаного происхождения кварцевых частиц может 'быть 92—98%, супесчаного — 80—90, в

Пылеватые частицы имеют большую удельную поверхность. Например, пыль из изверженных горных пород характеризуется удельной поверхностью от 200 до 600 м^/кг. Удельная поверхность, пыли из осадочных пород достигает 100—300 м2/.кг. Поэтому пы­ леватые частицы могут образовывать вокруг себя оболочки из газов. Наличие таких воздушных оболочек затрудняет смачива­ ние частиц пыли жидкостями, что необходимо учитывать при роз­ ливе обеспыливающих растворов.

Мерой запыленности воздуха является концентрация пыли — количество дорожной пыли по весу в единице объема воздуха. Концентрация является и одной из основных характеристик пы­ левого облака, поскольку именно она определяет видимость в пределах пылевого облака.

В соответствии с уравнением турбулентной диффузии [52, 55} изменение концентрации пыли в точке с координатами х, у, z за время t для мгновенного точечного источника происходит по за­ кону

к0— горизонтальная составляющая коэффициента турбулентности; Г^1 + — j— гамма-функция; п — параметр, учитывающий степень.

термической устойчивости приземного слоя атмосферы; и — ско­

рость ветра.

Величина горизонтальной составляющей коэффициента турбу­ лентности обычно принимается равной &о= 0,6 щ, оде иі — ско­ рость ветра на высоте 1 м.

Вертикальная .составляющая имеет следующие примерные зна­ чения: для инверсии Аі='0,'04 и; для изотѳрімии Аі=^0,05 и; для конвекции ki—0,06 и, дде и —скорость ветра на высоте 2 м.

Показатель термической устойчивости п в среднем равен: для инверсии—4,06, для изотермии— 1,0, для конвекции — 0,95. Гам-

24

К2= &

Рис. 3. Схема к определению изменения концентрации пыли по глубине колонны:

воспользуемся схемой, приведенной на рис. 3. Очевидно, что пыль,, поднятая первыми автомобилями, будет давать определенную суммарную концентрацию перед каждым автомобилем, которую аналитически можно определить по формуле

пыли по глубине «колонны» зависит от скорости ветра и и от ди­ станции между автомобилями /. Существенным моментом явля­

о

25

становится постоянной. Это увеличение концентрации пыли в ■среднем равно двукратному. В то же время увеличение дистанции между автомобилями вызывает снижение концентрации пыли (в данном случае увеличение дистанции в 2 раза приводит к сниже­ нию концентрации наполовину).

Далее рассмотрим условия видимости при движении автомо­ билей по пыльным дорогам. Взвешенные в воздухе пылеватые частицы рассеивают лучистую энергию, как и всякие другие аэро­ золи. Ослабление света в замутненной среде пропорционально концентрации примесей. Но прозрачность пыли обусловлена не ■столько самой массой вещества, находящегося между наблюда­ телем и объектом наблюдения, сколько свойствами, присущими дисперсному состоянию этой массы, и свойствами глаза как орга­ на восприятия зрительных впечатлений.

На сетчатую оболочку глаза одновременно воздействуют лу­ чи, отраженные наблюдаемым предметом и фоном, на котором этот предмет наблюдается. Если фон и объект наблюдения имеют ■одинаковую яркость и цвет, то на сетчатой оболочке глаза изо­ бражение предмета сольется (по цвету и яркости) с изображе­ нием фона и предмет будет невидим или же видим очень неясно. Чтобы предмет был виден достаточно отчетливо, между фоном и предметом должен быть относительный контраст яркости выше предела чувствительности глаза

№ , - Н ф ) 2 3

( . )

Нф

где # п и Нф — соответственно яркости предмета и фона; е — порог чувствительности глаза (обычно он равен 0,03).

В противном случае (е<0,03) предмет будет невидим. При этом совершенно неважно, что ярче—фон или предмет [20].

Поскольку частицы пыли ослабляют свет в основном из-за рассеивания, а не из-за его поглощения, то можно считать, что рассеивание света каждой частицей происходит независимо друг ■от друга. Если принять, что свет будет рассеиваться передней

Считая, что при установившемся процессе диффундирования в каждый данный момент число частиц в единице объема и их рас­ пределение по размерам не меняется, по формуле (2.4) и данным дисперсного состава пыли (см. рис. 2) была рассчитана дальность

26

димости влияет мало, однако при меньших концентрациях (осо­ бенно .<0,5 г/м3) это влияние оказывается весьма значительным. Так, при концентрации лёссовой пыли 0,5—1,0 г/м3 дальность ви­ димости оказывается примерно в 1,5 раза меньшей, чем при та­ кой же концентрации пыли горных районов. Все это, несомненно, необходимо учитывать при назначении методов обеспыливания

.дорог и расчете расхода обеспыливающих материалов. Допустимую концентрацию пыли на аэродромах определяют

исходя из двух условий: 1) обеспечения нормальной видимости

.летчику, совершающему посадку самолета, ориентиров посадоч­ ной полосы для точного приземления самолета; 2) обеспечения минимального снижения моторесурса двигателей самолета при эксплуатации его в условиях запыленного воздуха.

Современное аэронавигационное оборудование практически •обеспечивает взлет самолетов при полной потере видимости, од­ нако их посадка осуществляется только при наличии визуальной видимости. Так, по нормам гражданской авиации при посадке реактивных и турбовинтовых самолетов наклонная видимость не должна быть менее 1200 м, а для поршневых самолетов — менее •500 м.

На пыльных грунтовых аэродромах пылевое облако, образуе­ мое при эрозии грунта, маскирует (закрывает) ориентиры ВПП ■от летчика при выводе самолета на посадку, так же оно затруд­ няет и ориентирование при рулении самолета на аэродромах.

27

Маскирующее действие пыли по А. Винклеру и Г. Цандеру определяется формулой

где С — весовая концентрация пыли, г/см3.

Учитывая, что дальность видимости по визирной линии при посадке самолета L связана с высотой облака пыли Н соотноше­

Расчетные значения допустимой концентрации пыли в зависи­ мости от высоты пылевого облака и размеров частиц пыли при­ ведены в табл. 3.

Принимая во внимание, что на аэродромах высота облака пы­ ли редко превышает 25—'30 м, допустимая концентр адня монодисперсной пыли в соответствии с данными таблицы может быть принята равной 0,2—1,0 г/м3. При конкретных расчетах Сд нужно учитывать, что пыль имеет полидисперсный состав. В связи с этим

28

Рис. 6. Схема закрытия взлетнопосадочной полосы облаком пыли

расчет допустимой концентрации полидтюпаротой пыли по уело виям видимости при посадке следует производить по формуле

тойчивой работы двигателей необходимо учитывать, что пыль и песок, попадая с большой скоростью в воздухозаборники турбо­ реактивных (ТРД) и турбовинтовых (ТіВД) двигателей, изменяют ■форму и деформируют поверхность рабочих лопаток компрессора, в результате чего запас устойчивости двигателя значительно сни­ жается. В определенных условиях при некотором количестве пыли и песка, попавших в двигатель, компрессор входит в срывной ре­ жим, т. е. становится неуправляемым. Зная это количество пыли, можно установить предельное число взлетов и посадок (циклов) самолета на грунтовом аэродроме до выхода двигателей из строя при определенной .концентрации пыли в облаке:

где NПр — предельное количество циклов по условию устойчивости работы двигателя; Р — весовое количество пыли, вызывающее пе­ реход двигателя в срывной режим, г; V — объем воздуха, прохо­ дящего через сопло двигателя за один цикл, м3; С — весовая кон­ центрация пыли, г/мг.

Один цикл включает в себя руление самолета на старт и со старта, пробег при посадке и разбег на взлете, опробывание дви­ гателя на стоянке, маневры на ней и ожидание самолета с рабо­ тающими двигателями на старте перед взлетом. В среднем объем воздуха, проходящего через сопло двигателя за один цикл, у со­ временных самолетов с ТРД и ТВД равен приблизительно 2000лД/

На рис. 7 приведен график зависимости предельного количе­ ства взлетов и посадок самолетов с ТРД и ТВД от весовой кон­ центрации пыли, из которого можно установить значение концен­ трации пыли по условию предотвращения перехода двигателя в срыівпой режим.

С другой стороны, допустимая концентрация пыли не должна превышать значения, при котором во время эксплуатации само­

29