ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ДВУХФАЗНЫХ ПРОТИВОГОЛОЛЁДНЫХ МАТЕРИАЛОВ КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО БОРЬБЕ С ЗИМНЕЙ СКОЛЬЗКОСТЬЮ

Снижение смертности в результате дорожно-транспортных происшествий в полтора раза в ближайшие пять лет и в два раза к 2036 году – одна из ключевых задач, поставленных Президентом Российской Федерации Указом от 07 апреля 2024 года «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года». Очевидно, что достижение таких амбициозных показателей требует не только слаженной работы эксплуатационных служб, но и применения современных технологических решений. А с учётом сложившейся экономической ситуации, такие решения должны быть не только эффективны, но и финансово адекватны. Внедрение новых технологий зачастую требует первичных вложений, однако, они окупаются в среднесрочной и долгосрочной перспективе, экономя человеческие и технологические ресурсы, а также улучшая комфорт жителей.

Далеко не последнее место в задаче снижения смертности и аварийности в целом занимает вопрос качества зимнего содержания автомобильных дорог и применяемых материалов для борьбы с зимней скользкостью.

До недавнего времени устоявшимся подходом в данной области в России являлось применение комбинированных противогололёдных материалов, или, как принято говорить, песко-соляной смеси или ПСС. Добавлять песок с солью в снег, чтобы он не смерзался под колесами, начали более 100 лет назад, когда улицы городов стали стремительно заполняться людьми и повозками. Повозки сменились современными машинами, скорость движения в городе увеличилась с 10-20 км/ч до 60 и 80 км/ч. Количество автомобилей в России с того момента выросло почти в 3000 раз. А методы борьбы с зимней скользкостью остались теми же.

Однако применение ПСС с каждым годом становится все менее популярно. Это сопряжено с несколькими негативными факторами, вызванными применением ПСС. К ним можно отнести:

— значительное загрязнение территории, что особенно важно в крупных городах с высокой плотностью населения и уровнем автомобилизации;
— необходимостью сбора и утилизации отработанного материала по итогам сезона, требующих значительных затрат как работы машин и механизмов, так и ручного труда, что сопряжено с негативными последствиями для инфраструктуры, в пределах которой ведутся работы;
— загрязнение атмосферного воздуха в весенний период, когда дорожники еще не успели убрать остатки ПСС с улично-дорожной сети и последствия ее применения проявляются в виде пылевых бурь – из-за них врачи весной фиксируют рост числа обращений с аллергиями и обострение заболеваний бронхолёгочной системы.

Согласно оценке Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), приведенной в Глобальных рекомендациях ВОЗ по качеству воздуха в 2021 году, долгосрочное воздействие мелкодисперсных взвешенных частиц (PM₂.₅) увеличивает риск сердечно-сосудистых и лёгочных заболеваний, а каждое повышение их концентрации на дополнительные 10 мкг/м³ повышает смертность на 8–15%. Среди рекомендаций по снижению запылённости воздуха в городах, которые приводит ВОЗ, — переход на экологичный транспорт, создание зелёных зон и экранирование трасс, снижение промышленных выбросов, обеспыливание дорог и строек, а также отказ от материалов при содержании города, увеличивающих загрязнение. Поэтому с каждым годом всё больше городов отказываются от применения ПСС. О снижении объемов применения таких смесей задумались даже на федеральном уровне: осенью 2024 года на Всероссийском съезде работников дорожного хозяйства, состоявшемся в рамках ежегодной конференции-выставки «Дорога», делегаты съезда поддержали предложение «о целесообразности проработки вопроса по формированию стратегии снижения объёма применения пескосоляной смеси на автомобильных дорогах общего пользования федерального значения».

В этой связи на первый план выходят современные противогололёдные материалы (ПГМ) на основе чистых хлоридов. Они практически полностью растворяются при контакте со снежно-ледяными образованиями, более эффективно плавят снег и лёд и позволяют обеспечить очистку автомобильных дорог в зимний период года до состояния «чёрного асфальта».

Однако материалы на основе чистых хлоридов дороже, чем классическая пескосоляная смесь, и даже незначительные потери материала в процессе работы в масштабах города или федеральной автомобильной дороги могут вылиться в значительные затраты бюджетных средств. Как избежать потерь столь ценного материала или минимизировать их? Для ответа на этот вопрос Национальная ассоциация зимнего содержания объектов инфраструктуры и транспорта несколько лет назад инициировала комплексные исследования свойств противогололёдных реагентов при их распределении по проезжей части автомобильных дорог.

Испытания проводились совместно с двумя ведущими автомобильными институтами страны, МАДИ и РОСДОРНИИ, в отношении двух видов ПГМ: твёрдых и двухфазных противогололёдных реагентов. Основные вопросы, которые были изучены: насколько эффективно материалы плавят лёд в первые 10 минут после распределения, сколько ПГМ теряется с дороги при распределении и после распределения за счет сдувания ветром и турбулентными потоками проезжающих автомобилей.

Эффективность плавления исследовали при температуре -15 °С, поскольку при таких температурах в воздухе значительно снижается количество водяного пара, что замедляет процесс плавления льда. Гранулы двухфазного материала оказались почти в два раза быстрее и за 10 минут расплавили вдвое больше льда, чем твёрдый реагент (рисунок 1).

Рис. 1 Глубина проникновения в лёд гранул твёрдого (классического) и двухфазного ПГМ за 10 минут при — 15°С

Моделирование распределения ПГМ в реальных дорожных условиях проводилось на полигоне МАДИ с участием комбинированной дорожной машины с заданной нормой расхода для твёрдого ПГМ — 100 г/м², для двухфазного ПГМ — 104 г/м², в т.ч. 80 г/м² твёрдой фазы и 24 г/м² жидкой фазы (рисунки 2 и 3).

Рис. 2 Процесс распределения ПГМ на тестовом участке

Рис. 3 Сбор ПГМ, распределенного по разным зонам тестового участка

Для изучения поведения каждого ПГМ было проведено несколько заездов с распределением материала, его последующим сбором в различных зонах и взвешиванием. При проведении испытаний также замеряли максимальный разлёт гранул твёрдого и двухфазного ПГМ. При заданной ширине распределения в 3 м, гранулы двухфазного материала максимально разлетались на 6,5 м, а твёрдого — на 11,5 метров. На основе натурных данных и математического моделирования был построен график распределения ПГМ и рассчитаны средние потери материала при распределении. Графики среднего распределения для твёрдого и двухфазного ПГМ представлены на рисунках 4 и 5.

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что только 70% твёрдого ПГМ остаётся в заданной зоне распределения: 25% распределяются неэффективно, т.е. выносится за пределы заданной зоны распределения на соседнюю полосу или укреплённую часть обочины. Абсолютные потери при распределении твёрдого ПГМ составляют 5% — такова доля материала, вынесенного за пределы покрытия проезжей части и обочины. В то же время при распределении двухфазного ПГМ 93% ПГМ попадают в заданную зону распределения, 7% ПГМ распределяется вне заданной зоны, а абсолютные потери отсутствуют (рисунок 6).

Рис. 6 Равномерность распределения ПГМ в заданной зоне

Таким образом, 300 кг из каждой тонны распределяемого сухого твёрдого реагента теряются уже в процессе обработки дорожного покрытия. Показатель аналогичных потерь двухфазных реагентов почти в пять раз меньше: около 70 кг из тонны распределяемого двухфазного материала вылетает за заданную зону распределения. Важно отметить, что сухие твёрдые гранулы при распределении хаотично отскакивают от поверхности дороги, и при таком поведении материала сократить данные потери не представляется возможным. Двухфазные же материалы при распределении «прилипают» к поверхности, что позволяет сократить потери, скорректировав ширину подачи реагента.

Процесс уноса распределенного материала под действием ветра и турбулентных потоков от проезжающих автомобилей изучался в третьей части исследования. Этот аспект работы с ПГМ особенно важен дорожникам, когда ими выбрана стратегия содержания, направленная не на ликвидацию снежно-ледяных образований на покрытии проезжей части, а на предотвращение их образования – то есть когда обработка покрытия производится превентивно, до наступления прогнозируемых неблагоприятных погодных явлений.

В случае превентивной обработки материал распределяется на покрытие проезжей части за 1-2 часа до выпадения осадков. Под воздействием заранее распределенного реагента снежно-ледяные образования не уплотняются, а остаются в талом (рыхлом) состоянии и легко удаляются с проезжей части плужно-щеточным оборудованием. Научно и практически доказано, что превентивный метод содержания является наиболее эффективным и экономически более выгодным, чем ликвидация уже выпавшего снега и образованного наката.

Для имитации воздействия проезжающих транспортных средств на частицы реагента автомобиль проезжал с различной скоростью вдоль специализированных тестовых участков, на которые предварительно был нанесён ПГМ (рисунок 7). Оставшийся на тестовых участках материал собирали и взвешивали, чтобы рассчитать процент потерь материала относительно изначальных значений его массы.

Результаты полученных данных представлены на рисунке 8. Как видно из полученных данных, уже пятая часть распределённого твёрдого ПГМ уносится турбулентными потоками от автомобиля, проезжающего на скорости 40 км/ч, в то время как двухфазный ПГМ становится подвижным лишь под воздействием воздушного потока от автомобиля, движущегося со скоростью100 км/ч.

Рис. 8 Доля выноса ПГМ за пределы тестовых участков турбулентными потоками от движущегося легкового автомобиля

Унос распределённого материала ветром оценивали в лабораторных условиях. Для этого была создана специальная воздушная пушка с возможностью точной регулировки силы воздушного потока и скорости ветра. ПГМ был разделён на фракции, после чего помещался на специальную тестовую площадку, на которую осуществлялось воздействие ветра заданной скорости. Определялся процент сдуваемой фракции с тестовой площадки при заданной скорости ветра. Результаты представлены на рисунке 9 – они демонстрируют, что двухфазный ПГМ оказался намного более устойчив к воздействию воздушных потоков.

Рис. 9 Сдувание ПГМ ветром

Подводя некоторые итоги проделанной работы, следует отметить: полученные данные подтверждают, современный международный опыт применения двухфазных ПГМ как один из самых передовых материалов для борьбы с зимней скользкостью.

Все результаты по распределению, плавлению и уносу турбулентными потоками и ветром коррелируются с результатами, полученными в других странах в ходе многолетней эксплуатации и исследований эффективности применения твёрдых и двухфазных ПГМ. Использование двухфазных реагентов позволяет не только сократить время на уборки, но и уменьшить потери материала при распределении более чем в четыре раза, а также практически полностью избежать потерь распределенного материла при превентивной обработке. Снижение потерь и уменьшение разлёта материала позволяет значительно снизить его экологическое воздействие на придорожные почвы и зелёные насаждения и существенно сэкономить средства, выделяемые на закупку ПГМ в условиях ограниченного бюджетного финансирования.

Переход на двухфазные ПГМ может потребовать дополнительных инвестиций в переоборудование существующего парка техники и дооснащение систем распределения. Однако все вышеуказанные – очевидные – преимущества двухфазных реагентов служат аргументами в пользу и окупаемости в среднесрочной перспективе за счёт экономии материала, сокращения числа проходов техники, минимизации ущерба от загрязнений окружающей среды, снижения продолжительности весенней очистки улиц. А снижение количества дорожно-транспортных происшествий и травматизма за счёт более эффективной борьбы с зимней скользкостью становится неоценимым достоинством перехода на эти материалы.

П.А. Криушин, А.Ю. Климентова,
Национальная ассоциация зимнего содержания объектов инфраструктуры и транспорта
Журнал «Дороги России XXI века», № 3 (147) 2025