книги из ГПНТБ / Обеспыливание автомобильных дорог и аэродромов

В настоящее время среди гигроскопических солей наиболее эффективным обеспыливающим средством считается хлористый кальций. Поэтому при постановке экспериментов он был принят в качестве эталона для сравнения результатов, получаемых при испытании различных солей.

Соли (за исключением карналлита) вносились е виде 20-про­ центных по весу (считая на безводную соль) водных растворов. Карналлит применялся в виде 17-процентного по весу раствора, так как приготовить стабильные растворы более высокой концен­ трации не удается.

Эффективность обеспыливающего действия гигроскопических солей устанавливалась путем определения влияния добавок этих солей на скорость высыхания грунтов при сушке на воздухе при комнатной температуре. Для устранения влияния на результаты эксперимента колебаний температуры н особенно относительной влажности воздуха в каждой серии испытаниям подвергались об­ разцы, изготовленные в течение одного дня. Образцы размером сі=!і —5 см изготавливались при помощи стандартного уплотни­ теля.

Как видно из рис. 8, потеря влаги в процессе сушки происхо­ дит интенсивно лишь в начале опыта, пока концентрация солей

Рис. 8. Зависимость вллжіш-

40

4 t

Рис. 9. Изменение влажности пылеватого суглинка № 102 с добавками гигроскопических солей в зависимости от относительной влажности воздуха;

1 — хлористого магния; 2 — хлористого кальция; 3 — карналлита; 4 — хлористого калия- 5 — без добавок

в почвенно-грунтовом растворе сравнительно невелика. С тече­ нием времени, когда вследствие испарения воды концентрация норового раствора в образце значительно повышается, процесс потери влаги резко замедляется п разница в эффективности дей­ ствия различных солей делается хорошо заметной. Из рисунка следует, что в данных условиях наибольшую эффективность пока­ зал хлористый магний, а наименьшую — хлористый натрий.

Результаты лабораторной сушки грунтов показывают сравни­ тельную эффективность гигроскопических солей, по судить по ним о абсолютных величинах эффективности действия солей в при­ родных условиях, конечно, нельзя. Кроме того, относительная влажность воздуха в условиях комнатной сушки чрезвычайно низ­ ка, имеется только процесс потери влаги, тогда как в природных условиях, даже в случае отсутствия дождей, потеря влаги в днев­

№ 102, обработанная хлористым кальцием, карналлитом, хлорис­ тые магнием и хлористым калием в количестве 3% (на безвод­ ную соль), высушивалась при переменной относительной влаж­ ности.

42

Для этого образцы на 16 ч выставляли на высушивание в ком­ натных условиях при относительной влажности воздуха 34—39%, а затем на 8 ч помещали в воздушно-влажную среду для набора влажности. Относительная влажность воздуха составляла в экс­ периментальной камере 100% в начале эксперимента и снижа­ лась до 75—73% в конце его. Как видно из рис. 9, периодическое помещение образцов в воздушно-влажную среду сильно влияет на их влажность. Так, для хлористого кальция в конце пятого цикла влажность образца комнатного высушивания составляла 5,7%, а для образца переменного режима — 7,2, для карналлита соответ­ ственно— 4,5 и 6,5, для хлористого магния—6,2 и 8,9, для хло­ ристого калия— 1,6 и 2,4 и для необработанного грунта— 1,6 и 2,0%. При последующем досушивании в комнатных условиях в течение пяти суток влажность образцов, быстро снижаясь, при­ ближалась к влажности образцов, подвергавшихся только коль натной сушке.

Далее определяли, насколько интенсивно поглощается влага грунтовыми образцами, помещенными на длительное время в воздушно-влажную среду, т. е. имитировались условия набора влажности грунтами во время ненастной погоды. Как видно из рис. 10, наилучшие результаты получены для образцов с хлорис­ тым магнием и карналлитом. Влажность грунта с добавкой хло­ ристого магния за 160 ч увеличилась в 1,25 раза с добавкой кар­ наллита— в 1,18 раза. Образцы с хлористым кальцием за это время показали увеличение влажности в 1,14 раза, а образцы с хлористым калием лишь в 1,05 раза. Находившийся в этих же условиях образец грунта, не обработанный солями, показал не увеличение, а потерю влажности в 1,96 раза.

Выполненные экспериментальные работы свидетельствуют, что из числа различных гигроскопических солей для обеспыливания дорог в производственных условиях особый интерес представляет карналлит. По своему обеспыливающему действию карналлит близок к хлористому кальцию. Однако стоимость далее обогащен­ ного (искусственного) карналлита гораздо ниже, чем хлористого кальция.

Для выявления эффективности действия природного карналли­ та (карналлитовой породы) высушивали образцы пылеватого су­ глинка № 102, обработанного очищенным карналлитом и карнал­ литовой породой из Верхнепечорского месторождения Вой-Вож (просев через сито 10 мм). Карналлитовая порода при увеличе­ нии расхода продукта на 15—20% может обеспечить тот лее обес­ пыливающий эффект, который достигается при обработке грунта очищенным карналлитом (рис. М).

При использовании гигроскопических солей для обеспылива­ ния особый интерес представляет скорость их вымывания из грунтов, которая в основном и определяет продолжительность обеспыливающего действия солей. Чтобы судить о скорости вымы­ вания различных солей, в лабораторных условиях опытные образ­ цы погрулеали в дистиллированную воду и выдерлеивали в ней в

43

течение заданного времени, после чего определяли количество перешедших в воду солен.

Для предохранения образцов от размокания, а также чтобы исключить возможность увеличения поверхности вымывания за счет образования трещин, образцы перед погружением в воду плотно обертывали фильтровальной бумагой. Дистиллированную воду для замачивания брали в пятикратном количество от веса образцов. Время выдерживания образцов в воде принимали 1 и 4 ч. Количество перешедших, в водную вытяжку солей определяли по хлориону методом аргентометрического титрования (по Мору) и выражали в виде относительной вымываемости ’.

Оказалось,что при одинаковой весовой дозировке солей (вклю­ чая кристаллизационную воду) относительная вымываемость солей различна. Наименьшая наблюдается у бишофита, наиболь­ ш ая— у карналлита. В грунтах, содержащих большое количество

1 Под относительной вымываемостыо понимается количество соли, вымыв­ шейся за данный отрезок времени (1 или 4 </), выраженное в процентах к об­ щему количеству соли, находившейся в образце до вымывания.

44

пылеватых фракций, соли задерживаются лучше, чем в тех, где пылеватых частиц мало.

При определении влияния исходной влажности грунта на от­ носительную вымываемость солей оказалось, что относительная вымываемость возрастает с увеличенной исходной влажностью почти в прямолинейной зависимости.

Разбавленные растворы солей вследствие меньшей вязкости проявляют большую подвижность при передвижении по порам грунта и, следовательно, легче вымываются.

Выполненные эксперименты по вымываемости солей дают воз­ можность сделать несколько практических выводов. Прежде всего эти работы свидетельствуют о влиянии химической природы солей иа интенсивность вымывания их из грунта. На скорость вымыва­ ния .солей влияет также и характер прушта — его гранулометриче­ ский и химический состав. Следовательно, перспективны поиски химических способов дополнительного воздействия на грунты, обрабатываемые гигроскопическими солями, с целью предотвра­ щения интенсивного вымывания этих солей во время дождей.

Эффективность различных видов гигроскопических солей

.должна оцениваться не только их способностью поглощать влагу из воздуха и связывать дорожную пыль, но и способностью про­ тивостоять вымыванию из материала покрытия во время дождей.

Следует отметить некоторую особенность вымываемости кар­ наллита. По изложенным выше экспериментальным данным кар­ наллит показал несколько большую вымываемость из грунтов по сравнению с хлористым магнием и хлористым кальцием. Но опи­ санный выше эксперимент проводился со свежеприготовленными грунтовыми образцами, в которых все соли находились в виде растворов. На практике же по мере высыхания дорожного по­ крытия, обработанного солями, происходит повышение концен­ трации солей в его порогом растворе. При этом хлористый каль­ ций и хлористый магний вследствие высокой их растворимости еще долгое время сохраняются в растворенном состоянии. Кар­ наллит же по мере высыхания порового раствора при повышении концентрации более 17% (по весу) начинает распадаться с выде­ лением тонких игольчатых кристаллов хлористого калия, прони­ зывающих грунтовый материал покрытия и образующих вместе с ним на поверхности крепкую корку, уплотняющуюся под воздей­ ствием движения. При попадании на такую корку дождевой воды растворение этой корки не может происходить сразу (как в слу­ чае обработки покрытия хлористым кальцием, хлористым магни­ ем и др.), так как растворение выкристаллизовавшегося в грун­ товом материале хлористого калия будет затрудняться быстро переходящим в раствор хлористым магнием. Это делает карнал­ лит более устойчивым к вымыванию из дорожного покрытия, осо­ бенно при выпадении кратковременных дождей даже при значи­ тельной их интенсивности.

■Высказываемое предположение подтверждается полевыми на­ блюдениями.

45

Для повышения эффективности обеспыливающего действия гигроскопических солей представляется перспективным создание на дорожных покрытиях, обработанных этими солями, специаль­ ных пленок из химических реагентов — депрессоров, уменьшаю­ щих испарение воды из материала покрытий. В связи с этим были выполнены эксперименты для проверки реальности этого предпо­ ложения. В качестве депрессоров испарения, образующих поверх­ ностные пленки, использовались: диметилалкиламмонийхлорнд, гексадеканол, сульфитно-спиртовая барда. Для исследования эф­ фективности этих веществ изготовляли образцы по стандартной методике из грунта, обработанного гигроскопическими солями.

Чтобы испарение влаги происходило только с верхней грани образцов, боковую поверхность их покрывали эластической плен­ кой. Оставшуюся открытую верхнюю грань образца обрабаты­ вали растворами депрессоров, после чего образцы выставляли на. сушку в комнатных условиях.

Диметилалкиламмокийхлорид (четырехзамещенная соль с R —С]б—С20 и содержанием 67% твердого вещества и 33% воды) применялся в виде водного раствора 3,5-процентной концентрации (в пересчете на сухое вещество). Дозировка депрессора была при­ нята равной 0,1 % к весу сухого, грунта, считая толщину слоя об­ работки в образце равной 1 см.

Исследовали образцы сильнопылеватого суглинка № 51 с до­ бавкой и без добавки хлористого кальция. Поверхность образцов обрабатывали водным раствором диметилалкиламмонийхлорида в количестве 1 см3 на каждый образец, а поверхность контроль­ ных образцов таким же количеством воды. Результаты исследо­ вания приведены на рис. 12, из которого видно, что поверхностная обработка раствором диметилалкиламмонийхлорида грунта с до­ бавкой хлористого кальция равномерно снижает испарение, при­ чем разница в количестве испарившейся воды из образца, обра­ ботанного депрессором, и контрольного остается на протяжении:

46

всего опыта почти постоянной, составляя около 0,6%. Для грунта же, не содержащего гигроскопических солей, разница в потере влаги обработанного и не обработанного депрессором образцов в течение первых пяти суток проявляется более заметно. Через 50 ч влажность обработанного депрессором образца превышает влаж­ ность необработанного образца почти вдвое (8,4 и 4,4%). В даль­ нейшем эта разница в абсолютном выражении резко уменьшается, но в относительных величинах почти не изменяется, превышая влажность необработанного образца почти вдвое на протяжении всего опыта.

Принимая во внимание, что по имеющимся в литературе дан­ ным катиоактпвные ПАВ снижают прочность грунта как в сухом,, так и во влажном состоянии [82] (хотя и обладают ценным свой­ ством восстанавливать водопрочность агрегатов после их много­ кратного разрушения) дальнейшие исследования производились с ПАВ неионогенного характера — гексадекаиолом (цетиловым спиртом) СібН33ОН. Гексадекаиол представляет собой бесцветное кристаллическое вещество с температурой плавления 49,27° С, нерастворимое в воде, но хорошо растворимое во многих органи-. ческих растворителях. В проведенных исследованиях гексадека­ нол применялся в виде растворов в этиловом спирте, керосине и бензине.

Эксперимент показал, что для образцов, обработанных хло­ ристым кальцием, испарение под влиянием гексадеканола посте­ пенно снижается и через 170 ч от начала опыта в абсолютных величинах ниже испарения образцов без гексадеканола на 0,8% к весу сухого грунта (при влажности не обработанного депрес­ сором грунта 7,1 %).

Для грунта, не содержащего гигроскопических солей, сниже­ ние испарения идет неравномерно, достигая максимума через .50 ч от начала опыта (как и для днметилалкиламмонийхлорида), со­ ставляя в абсолютных единицах 2% (при влажности не обрабо­ танного депрессором грунта, равной 5%).

і Примерно такой же характер влияния гексадеканола наблю­ дается и при сушке образцов в условиях переменного режима. Здесь заслуживает внимания то, что у образцов, обработанных, хлористым кальцием, снижение испарения при сушке по абсолют­ ной величине остается в этом случае примерно таким же, как и при сушке в воздушно-сухой среде. Эксперименты, проведенные с растворами гексадеканола в бензине и керосине, положитель­ ных результатов не дали.

Влияние депрессоров на вымывание гигроскопических солей из грунта и их влагоудерживающую способность проверяли' так­ же при введении депрессоров в грунт совместно с солями. В ка­ честве депрессоров применяли: неионогенное поверхностно-актив­ ное вещество (ПАВ)— ОП-7 (ГОСТ 8433—57) — моющее средст­ во, представляющее собой густую вязкую массу, хорошо раство­ римую в воде, катионоактивиое ПАВ — три.метилалкиламмоний

4 7 -

хлорид и полигликолиевые куібовые остатки от производства этнлцелазалывы.

Гигроскопические соли вносились в грунт в виде водного рас­ твора 30-процентной концентрации в количестве 1,2 и 3% твер­ дого продукта к весу сухого грунта. Добавка депрессоров была равна 15% к весу безводного хлористого кальция. Смесь хлорис­ того кальция (83,5% по весу), кубовых остатков 016%) и хро­ мата калия (0,5%) условно названа «обеспыливающей эмуль­ сией».

Содержание вымывшихся из образца солей определялось по сухому остатку после выпаривания раствора на песчаной бане. Образцы помещали в воду на испытание в воздушно-сухом со­

Из табл. 6 видно, что депрессоры уменьшают вымываемость хлористого кальция примерно на 25—30%. Наибольший эффект наблюдается при использовании полиглпколевых кубовых остат­ ков, которые сами хорошо удерживаются грунтом.

Влагоудерживающая способность хлористого кальция в при­ сутствии депрессоров испарения показана на рис. 13. Относитель­

нее

ная влажность воздуха в процессе эксперимента составляла 30— 40%, а температура воздуха—20—22°С.

На рис. 14 показаны результаты испытаний влагоудерживаю­ щей способности гигроскопических солей в камере искусственной погоды системы «Weiss» в условиях попеременного высыхания и набора влаги образцами из воздуха. В камере создавался режим, иміитиро®аівіший климат пустыни с максимальной относительной влажностью воздуха 0,75 при температуре 20° С и минимальной влажностью при температуре 50° С. На каждом режиме образцы ■пребывали 7 ч, Ш ч затрачивалось на взвешивание образца и вы­ ход камеры на устойчивый режим. Таким образом, время всего цикла составляло 24 ч. Добавка солей была принята 3% твер­ дого продукта на вес сухого грунта.

Результаты опытов показывают, что резкое снижение влаж­ ности образцов с хлористым кальцием и хлористым магнием на­ блюдается при относительной влажности воздуха ниже 0,35%. На седьмые сутки влажность грунта с хлористым кальцием снижа­ ется до величины несколько меньшей максимальной гигроскопич-