КОМПОНЕНТЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОТИВОГОЛОЛЁДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

к.т.н. Мокочунина Т.В., Кусакина О.Н., Литвина В.А., Научно-исследовательский институт зимних технологий и инноваций (ООО «НИИ ЗТИ»)

Для очистки дорог от снега и наледи в регионах с холодным климатом используют противогололедные материалы (далее – ПГМ). Исторически применяемые хлорид натрия и песок все больше подвергаются критике в связи с негативным влиянием на окружающую среду и объекты дорожной инфраструктуры (высокая коррозионная активность) и низкой плавящей способностью при температуре ниже минус 12 °С.

С появлением термина «низкотемпературные ПГМ», то есть таких твердых или жидких материалов или их смесей, которые применяются при температуре воздуха ниже минус 12 °С, возникла необходимость разработки многокомпонентных реагентов. В связи с низкой стоимостью хлорида натрия, одним из основных компонентов таких реагентов является именно он, и, как минимум, еще одно плавящее вещество, понижающее температуру замерзания образующегося рассола. Часто применяемыми в составе ПГМ компонентами являются такие неорганические и органические вещества, как хлориды кальция (CaCl₂) и магния (MgCl₂), формиаты натрия (HCOONa) и калия (HCOOK), карбамид ((NH₂)₂СО).

Результаты обзора научно-технических источников информации показывают, что подбор оптимальной рецептуры многокомпонентного реагента делает возможным и экономически обоснованным его эффективное применение при низких температурах окружающей среды, при этом минимизируя воздействие на объекты дорожной инфраструктуры и экологию (Таблица 1).

Таблица 1 – Характеристика компонентов противогололедных материалов

Компонент	Эвтектическая температура, ℃	Эвтектическая концентрация, % масс.	Минимальная эффективная температура применения, ℃	Высокая скорость плавления при низких температурах	Коррозионная активность	Влияние на экологию		Стоимость
Компонент	Эвтектическая температура, ℃	Эвтектическая концентрация, % масс.	Минимальная эффективная температура применения, ℃	Высокая скорость плавления при низких температурах	Коррозионная активность	водная токсичность/ почвы/ на человека	пылимость при транспортировке и нанесении	Стоимость
Хлорид натрия (NaCl)	-21	23,3	-9,4	нет	да (зависит от металла)	наиболее выраженное из хлоридов	да	низкая
Хлорид кальция (CaCl2)	-51	29,8	-26,1	да	да (зависит от металла)	умеренное	очень высокая	высокая
Хлорид магния (MgCl2)	-33	21,6	-20,6	да (особенно в комбинации с хлоридом кальция)	да (зависит от металла)	умеренное	нет	умеренная
Формиат натрия (HCOONa)	-16	21	-10	нет	нет	< чем хлоридов	высокая	высокая
Формиат калия (HCOOK)	-55	50	-28,9	да	нет	< чем хлоридов	умеренная	очень высокая
Карбамид ((NH2)2CO)	-11,7	32,6	-9	нет	нет	косвенное	умеренная	умеренная

Результаты исследований показывают, что при низких температурах плавящая эффективность хлорида натрия в первый час на порядок ниже эффективности хлоридов кальция и магния, плавящая способность двухкомпонентного реагента (NaCl, CaCl₂) в три раза ниже плавящей способности трехкомпонентного реагента (NaCl, CaCl₂, MgCl₂), плавящая способность формиата натрия и карбамида, как индивидуальных веществ, при температуре минус 20 ℃ равна нулю, а их сочетание в соотношении 1:1 позволяет получить реагент с плавящей способностью на уровне формиата калия. Кроме того, оперативное срабатывание реагентов означает более быстрое начало плавления льда. Данный параметр скорости в случаях, когда требуется стремительное реагирование для обеспечения безопасности, становится наиболее значимым в сравнении с показателем плавящей способности за период времени 3 ч в соответствии с ГОСТ 58426.

Высокую коррозионную активность хлорида натрия возможно снизить за счет добавления дополнительных компонентов, то есть за счет оптимизации состава противогололедного материала. Так, воздействие хлорида магния на цинк в 9 раз, а хлорида кальция – в 2,5 раза ниже коррозионного воздействия хлорида натрия. Добавление в состав соли хлорида кальция незначительно снижает коррозию алюминиево-медного сплава, а в случае алюминиево-магниевого сплава значительно увеличивает ее, в то время как добавление в состав третьего компонента – хлорида магния – в несколько раз снижает коррозию алюминиевого сплава. Формиаты и карбамид, в отличие от хлоридов, можно отнести к практически не коррозионным компонентам, то есть их нахождение в составе многокомпонентного ПГМ снижает коррозионную активность, не снижая плавящей эффективности ПГМ.

С точки зрения экологии необходим комплексный подход к оценке влияния противогололедных материалов на объекты окружающей среды. Так, ионы натрия более вредны для почвы, чем сами ионы хлора, а оптимальное соотношение кальция и магния в почве способствует формированию стабильной ее структуры и обеспечивает растениям доступ к питательным веществам. Карбамид является исторически применяемым удобрением, благотворно действующим на рост растений. Исследование токсичности LD50 (крысы) показало наименьшее влияние формиата натрия в ряду HCOONa < (NH₂)₂СО < MgCl₂< HCOOK < CaCl₂< NaCl.

Важным для экологии и человека является вопрос пылимости реагентов при их распределении по дорожному полотну. В связи с высокой гигроскопичностью хлорида магния, его нахождение в составе ПГМ снижает образование тонкодисперсной пыли, которая может возникнуть при трении транспортируемых и хранящихся гранул ПГМ.

Кроме того, известно, что для повышения эффективности при распределении гранул многокомпонентного реагента по дорожному полотну проводят смачивание их поверхности жидкой фазой (рассолом). Такой материал называют двухфазным противогололедным реагентом. И в этом случае процесс плавления начинается оперативнее, так как веществам твердой фазы не требуется сорбировать влагу из воздуха.

Таким образом, принимая во внимание различные условия потенциального применения, преимущества и ограничения рассмотренных веществ, рациональное их сочетание при производстве низкотемпературных многокомпонентных противогололедных материалов позволит сделать высокоэффективные и экологичные продукты, минимально влияющие на дорожную инфраструктуру.