МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТВЕРДЫХ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

АННОТАЦИЯ

Представлены известные в мировой практике методы определения эффективности противогололедных материалов (далее – ПГМ), а именно методы определения плавящей способности ПГМ. Рассмотренные методики отличаются рядом технических параметров, в том числе временем проведения испытания, температурой и способом подготовки проб ПГМ. Проведены сравнительные исследования ПГМ в соответствии с пунктом 4.18 ГОСТ 58426-2020 с учетом представленной в методике пробоподготовки путем механического истирания гранул ПГМ и при применении ПГМ в исходном гранулированном виде. Показано отличие значений плавящей способности ПГМ в первый час испытания при практической идентичности значений за период времени 3 ч.   

Ключевые слова: противогололедные материалы, методика определения эффективности, плавящая способность

Нормативными документами Российской Федерации [1-3] и зарубежными стандартами понятие эффективности противогололедных материалов (далее - ПГМ) не определено. В действующей документации по зимнему содержанию дорог к характеристике эффективности плавления можно отнести только плавящую способность ПГМ, характеризующуюся массой льда, расплавленного одним граммом противогололедного материала за определенный интервал времени при заданном температурном режиме.

Так, согласно ГОСТ 58426-2020 «Дороги автомобильные общего пользования. Материалы противогололедные. Методы испытаний» [1] плавящую способность ПГМ измеряют при температуре минус 10 °С в течение 3 ч. В соответствии с отраслевым дорожным методическим документом Росавтодора [3] определение плавящей способности ПГМ проводят при температуре минус 5±1 °С и времени испытания – 2 часа.

Однако в реальных условиях необходимость оперативной ликвидации наледи или предупреждения скользкости возникает раньше, а именно в течение первого часа. А значит существует потребность сравнительной оценки плавящих свойств ПГМ с возможностью выбора наиболее эффективного продукта для данных конкретных условий применения. 

В литературе сообщается о применении нескольких методов испытаний для измерения плавящей способности ПГМ. Так, в справочник по методам испытаний для оценки химических ПГМ, который разработан в рамках Программы стратегических исследований автомобильных дорог (SHRP, США) включен метод определения плавящей эффективности (метод SHRP H-205.1) [4]. Суть метода заключается в определении объема расплавленного льда от действия ПГМ за периоды времени (10, 20, 30, 45 и 60 минут) при заданной температуре (минус 4, минус 10 и минус 15 ℃). Образующийся рассол извлекается шприцем и после измерения объема повторно вводится в образец для продолжения испытания. В качестве пробы ПГМ берется репрезентативный образец по ASTM C 702, представляющий собой смесь гранул с определенным их распределением по размерам.  

Представленный в справочнике метод SHRP нашел широкое применение, однако, исследователями было показано, что полученные результаты могут быть неточными, а воспроизводимость метода достаточно низкая [5-6].

В связи с чем в рамках исследовательских проектов были разработаны методики, отдельные из которых являлись адаптированными версиями метода SHRP. Так, в работе [7] авторы вместо шприца использовали фильтровальную бумагу для сбора образующегося рассола с дальнейшим ее взвешиванием. При этом нерасплавленные частицы ПГМ также собирались бумагой, а возврат рассола в образец был невозможен, данное изменение привело к необходимости проведения большего количества тестов для каждого периода времени отдельно.

В авиационной отрасли до 2022 года применялся стандартный метод испытаний плавящей способности ПГМ - AIR6170В «Метод испытания таяния льда на взлетно-посадочных полосах и рулежных дорожках. Химические реагенты для противообледенительной обработки» [8], основанный на методе SHRP с изменениями: периоды времени для контроля составляют 5, 10 и 30 минут, температуры испытания - минус 2 и минус 10 ℃, массу образовавшегося рассола рассчитывают по разнице между массой исходного образца льда и массой льда после его плавления за период времени. Плавящая способность, при этом, представляет собой отношение массы расплавленного льда к массе навески ПГМ.

Такой же подход используется в методике определения плавящей способности по ГОСТ 58426-2020 [1]. В соответствии с пунктом 4.18 ГОСТ 58426-2020 [1] массу расплавленного льда для расчета плавящей способности твердого ПГМ определяют при температуре минус 10 ℃ при времени воздействия 3 ч. При этом пробы ПГМ растирают на механических истирателях любого типа или вручную в фарфоровой ступке, что практически нивелирует влияние структуры, размера и формы гранул ПГМ на процесс плавления льда. Пробоподготовка ПГМ такого рода позволяет оценить плавящую способность самих химических веществ, составляющих ПГМ, но исключает вклад структуры и габитуса противогололедных материалов, которые в реальных условиях применяются в исходной гранулированной (или кристаллической) форме в диапазоне фракций от 1 до 10 мм [2].   

 В рамках настоящей работы были проведены сравнительные исследования плавящей способности твердого ПГМ, соответствующего требованиям [2], с учетом пробоподготовки по ГОСТ 58426-2020 [1] и без нее, то есть при применении ПГМ в исходном гранулированном виде. 

Условия исследования:

• температура испытания: минус 10 ℃;
• время испытания: 10, 20, 30, 45, 60 минут в соответствии с методом SHRP H-205.1 [3] и 180 мин в соответствии с пунктом 4.18 ГОСТ 58426-2020 [1];
• основные методические параметры: в соответствии с пунктом 4.18 ГОСТ 58426-2020 [1].

Полученные результаты (Рисунок 1) показывают отклонение значений плавящей способности в зависимости от способа пробоподготовки в первый час испытания на 45-63% при практическом совпадении значений за время испытания 3 ч.

Рисунок 1. График зависимости плавящей способности противогололедного материала от времени испытания при проведении пробоподготовки (истирание) и без нее (гранулы)

Это означает, что пробоподготовка ПГМ, заключающаяся в механическом истирании гранул в порошок, не влияет на полученный результат плавящей способности ПГМ при проведении испытаний в полном соответствии с п. 4.18 ГОСТ 58426-2020 [1], а именно за период времени 3 ч. При этом такое влияние отмечается в течение первого часа испытаний.

Данный результат показывает, что для сравнительной оценки эффективности твердых ПГМ в первые минуты их применения необходимо разрабатывать отдельный метод, позволяющий использовать пробы ПГМ в исходной их форме без истирания, в том числе для приближения лабораторного метода к реальным условиям эксплуатации.  

Список литературы:

1. ГОСТ 58426-2020 «Дороги автомобильные общего пользования. Материалы противогололедные. Методы испытаний». – Введ. 2020-12-01. – М.: Стандартинформ, 2020. – 57 с.
2. ГОСТ 58427-2020 «Материалы противогололедные для применения на территории населенных пунктов. Общие технические условия». – Введ. 2020-12-01. - М.: Стандартинформ, 2020. – 20 с.
3. ОДМ «Методика испытания противогололедных материалов», утвержден письмом Росавтодора от 16.06.03 – №ОС-548-р. – М., 2004.
4. Chappelow, C. C., A. D. McElroy, R. R. Blackburn, D. Darwin, F. G. de Noyelles, and C. E. Locke (1992) Handbook of Test Methods for Evaluating Chemical Deicers. National Research Council, Report number: SHRP-H-332
5.  Nilssen, K., A. Klein-Paste and J. Wåhlin (2016) Accuracy of Ice Melting Capacity Tests Review of Melting Data for Sodium Chloride. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board 2551(1): 1-9
6. Akin, M., Shi, X. (2012). Development of standard laboratory testing procedures to evaluate the performance of deicers. J. Test. Eval. 40 (6), 1015–1026. https://doi. org/10.1520/JTE103615.
7. Goyal, Gopal, Jade Lin and Joseph L. McCarthy (1989) «Time, Temperature, and Relative Humidity in Deicing of Highways Using Sodium Chloride or Magnesium Chloride with a Metal Corrosion Inhibitor» Transportation Research Record 1246 Transportation Research Board, National Research Council, Washington, D.C., pp.9-17.
8. SAE International Information Report, Ice Melting Test Method for Runways and Taxiways Deicing/Anti-Icing Chemicals, SAE Standard AIR6170B, Cancelled October 2022, Issued January 2012 (отменен в октябре 2022).