В.И. Калашников, доктор техн. наук, профессор, К.Н. Махамбетова, канд. техн. наук,

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Представлена разработка рецептуры высокогидрофобных, песчаных и щебеночных цементных бетонов с противообледенительной добавкой «ПОД-1».

С наступлением холодов приходит и традиционная зимняя проблема – гололед. Несмотря на многочисленные способы борьбы с ним, эта проблема остается актуальной. C гололедом борются по-прежнему не только с применением противообледенительных солевых составов, но и с помощью лома и лопаты. Улицы, тротуары, дороги сначала посыпают специальной смесью, которая состоит из соли и речного песка, затем производят удаление льда механическим способом. Такой способ используют во многих городах нашей страны.

Наиболее популярными и эффективными среди них являются твердые химические комбинированные реагенты на основе хлористого кальция. Их можно использовать практически при любых погодных условиях и температурных режимах, а также во время снегопадов. Реагенты распределяют с помощью имеющейся у дорожных служб спецтехники, что позволяет обрабатывать большие территории. Антигололедные средства и противообледенительные реагенты имеют как свои преимущества, так и недостатки. По своей сути название «антигололедный реагент» свидетельствует о том, что вещество вступает в реакцию с окружающей средой, т.е. ледяным покровом. Сначала хлористый кальций превращает лед в воду, а потом происходит гидролиз соли с образованием малорастворимого в воде осадка. Подобный химический процесс также зависит от ряда факторов, как внешних – природно-температурных, так и внутренних – химических. Реагенты вступают в реакцию не только с самим обледеневшим дорожным покрытием, но и с технической солью, присутствующей на нем в большом количестве, а также с такими побочными «продуктами», как моторные масла, пары бензина, солярки, выхлопные газы, компоненты почвы. Одна из основных проблем состоит в том, что реагенты используются без соблюдения гигиенических норм и необходимых технических условий. Тем не менее российские реагенты и сейчас считаются лучшими из имеющихся в мире. Доказывает это то, что их используют в Германии, Словакии, Чехии, Румынии и других странах.

Доля средств, затрачиваемых на борьбу с сезонной скользкостью, ныне составляет около 40% общих затрат на зимнее содержание дорог. На территории России для борьбы со льдом коммунальные службы используют в основном следующие реагенты: хлористый кальций ХККМ – твердый противогололедный реагент в гранулах; айсмелт ХКНМ – твердый противогололедный реагент – хлористый кальций, натрий модифицированный; соль техническая NaCl; песчано-солевая смесь; мраморная и гранитная крошки с размером зерен 2-5 мм.

В некоторых странах (Финляндия, Голландия) подобные антигололедные реагенты заменяют более экологически чистыми продуктами, препятствующими скольжению, такими как гранитная или мраморная крошка. Однако и эти методы имеют свои недостатки: стоимость самого материала (гранитный отсев стоит значительно дороже химических противоледных реагентов, требуемых на единицу площади для таяния обледеневшего покрытия) и механическое воздействие на транспортные средства, испорченное покрытие которых наносит ощутимый урон владельцам автотранспортных средств.

На сегодняшний день самым дешевым и эффективным средством борьбы с гололедом и обледенением является техническая соль. Соль (хлористый натрий) имеет широкий спектр промышленного применения. Например, в «нефтянке» она используется для разморозки грунта: солевой раствор, заливается под давлением в пробуренные скважины, проникает в почву и способствует процессу таяния.

Песчано-солевая смесь применяется в определенных пропорциях: чем ниже температура и  больше слой льда, тем выше процент содержания соли в смеси. Ее обычно готовят в пропорции по массе от 30/70 до 50/50%. Данное средство широко используется на проезжих частях дорог, а также на тротуарах.

Другой, сравнительно новый способ борьбы с гололедом – прокладка греющего кабеля под тротуарную плитку и ступени. Такую защиту от негативного природного явления, учитывая дорогостоящий монтаж кабеля и постоянные затраты на энергию, необходимую для обогрева, может позволить себе далеко не каждый город.

Мы считаем, что все вышеперечисленные методы, обладающие теми или иными недостатками, не могут являться оптимальным решением проблемы гололеда. По нашему мнению, наиболее эффективным методом борьбы с ним являются противообледенительные покрытия, к поверхности которым лед не будет примерзать.

В связи с этим, используя высокие гидрофобные химические свойства покрытий, нами разработана рецептура высокогидрофобных песчаного и щебеночного цементных бетонов с противооб­леденительной добавкой «ПОД-1». Следует отметить не только технико-экономические преимущества такого бетона, связанные с его повышенной долговечностью при воздействии на лед истирающих или ударных механических воздействий (очистка льда щетками, скребками, ломами), но и социальное значение (нетрудоемкое избавление от гололеда и сокращение травматизма населения). Таким образом, не понадобится ни поверхностная обработка загрязняющими окружающую среду составами, ни дорогостоящий внутренний обогрев тротуара.

Проведенный патентный поиск не позволил нам обнаружить ни прототипов, ни аналогов технических решений на противообледенительный цементный бетон с гидрофобными добавками. На кафедре технологии бетонов, керамики и вяжущих Пензенского государственного университета архитектуры и строительства противообледенительный бетон разработан на минеральношлаковом вяжущем [1]. Важно было получить противообледенительный бетон на цементном вяжущем, т.к. тротуарные плитки и брусчатки в большинстве своем изготавливаются на цементном бетоне. После экспонирования разработанного нами бетона во Всероссийском выставочном центре количество обращений с просьбой о приобретении данной технологии достигло 26.

Для исследования основных физико-технических свойств противообледенительных бетонов с добавкой «ПОД-1» методами виброуплотнения, силового прессования при давлении 22 МПа и вибропрессования при давлении 0,1 МПа были отформованы плитки размером 150×150×30 мм. Исследовались прочность на осевое сжатие через 28 суток нормально-влажностного твердения, средняя плотность, усадочные деформации, а также водопоглощение по массе и морозостойкость как контрольных, так и гидрофобизированных добавкой «ПОД-1» песчаных и малощебеночных бетонов.

Составы разработанных песчаных и щебеночных противообледенительных цементных бетонов и их основные физико-технические свойства представлены в таблице.

Таблица

Физико-технические свойства разработанных высокогидрофобных, песчаных и щебеночных противообледенительных цементных бетонов

После замораживания в морозильной камере воды слоем 1-1,5 см на поверхности плиток контрольного состава и состава с противообледенительной добавкой «ПОД-1» было проведено механическое отделение льда. Примораживание в контрольных составах было настолько сильным, что после ударных воздействий на поверхность льда появление многочисленных трещин не привело к его отделению от поверхности бетона (рис. а).

а)                                                                  б)

Рис. Вид плиток после попыток механического удаления льда с контрольного состава (а) и с бетона с добавкой «ПОД-1» (б)

В щебеночном и песчаных бетонах с добавкой «ПОД-1» лед легко удалялся в виде целого пласта при небольшой нагрузке на нож по границе раздела «лед-бетон» (рис. б). Это позволило нам разработанную рецептуру противообледенительного бетона, к которому не примерзает лед, рекомендовать к применению.

Библиографический список:

1. Трекина Н.Г., Калашников В.И., Мороз М.Н., Санягина Я.А. «Противообледенительная тротуарная брусчатка на основе минеральношлакового вяжущего с добавкой ПОД-1»// Сборник докладов Международной научно-технической конференции «Архитектура и строительные науки. Студенческая наука и интеллектуальный потенциал XXI века». Пенза, 2009. С. 138-140.