Při zajišťování sjízdnosti komunikací během zimního období se na celém evropském území obecně používají dva základní druhy posypových materiálů. Chemické rozmrazovací materiály jsou látky, které svými vlastnostmi způsobují fyzikálně chemickou změnu sněhu a ledu přítomného na povrchu vozovky, přičemž dochází k jejich tání. Zdrsňující (inertní) posypové materiály - to jsou látky, které mechanickým způsobem zvyšují součinitel tření zledovatělé, nebo ujeté sněhové vrstvy na povrchu vozovky.
Všude tam, kde je zimní údržba komunikací potřeba, probíhá diskuse o vhodnosti či nevhodnosti, výhodách či nevýhodách užívání jednotlivých posypových materiálů. Mnohdy jde o obecnou diskusi týkající se vhodnosti užívání posypových solí, nebo zdrsňujících látek a případně o diskusi o vhodném výběru jejich jednotlivých druhů. Ekologický cíl, při němž by se v zimní údržbě vůbec solení nepoužívalo, je ovšem z dnešního pohledu nerealizovatelný. Dlouholeté výzkumy ukázaly, že zimní sjízdnost zajišťovaná pouze zdrsňujícími materiály nepředstavuje žádnou alternativu k používání soli. Závěry výzkumů v podstatě shodně konstatovaly, že jenom s využitím posypových solí může být dosaženo alespoň minimální bezpečnosti dopravy na komunikacích v zimním období.
Chemické rozmrazovací látky - vlastnosti
Fyzikální vlastnosti solí svou schopností umožňují snížit bod mrazu vody, a tak v podstatě zabránit vytvoření ledu, nebo rozpustit sníh. Čím vyšší je koncentrace solného roztoku, o to hlouběji leží bod jeho zmrznutí. Tento pokles však není nekonečný. Pro jednotlivé druhy posypových solí existují určité limity maximálních koncentrací. Tato hranice odpovídá teplotě určené bodem stavového grafu roztoku, nazvaného „eutektický bod“. Je to určitý bod mrazu, při kterém nasycený roztok stejnoměrně zmrzne. Čím blížeji tomuto bodu leží teploty, tím pomaleji probíhá proces roztávání. Hranice praktického použití solí pro běžnou zimní údržbu proto leží dosti zřetelně nad eutektickým bodem. Zvyšujeme-li koncentraci roztoku nad eutektický bod, pak teplota ztuhnutí roztoku naopak stoupá tak dlouho, až opět dosáhne 0 °C (pokud není roztok znečištěný jinými příměsemi). V případě, že i nadále zvyšujeme koncentraci, začne se v roztoku objevovat pevná sůl také při teplotách nižších než 0 °C (tzv. saturovaný roztok).
Soli účinkují jako rozmrazovací látky, jestliže absorbovaly vodní vlhkost z ovzduší, nebo byly předem navlhčeny vodou. Po získání potřebné vlhkosti pak uvolňují cestu roztoku vnitřním napětím menším než je u vody nebo ledu. V případě, že takové roztoky přijdou do styku s ledem nebo sněhem, nemohou koexistovat při okolních teplotách nad eutektickým bodem (-21 °C u chloridu sodného a -50 °C u chloridu vápenatého). To znamená, že chlorid sodný ve vodním roztoku s koncentrací asi 22 % může rozpouštět led až do -21 °C. Podobně stejným způsobem může chlorid vápenatý ve vodním roztoku s koncentrací 30 % rozpouštět až do teploty -50 °C. V případě dosažení takovýchto teplot se vnitřní napětí ledu a roztoku vyrovnají a tyto dvě substance mohou spolu existovat v rovnováze. Jinak řečeno, rozmrazovací účinek byl ukončen.
Nejpoužívanější je chlorid sodný
Statistiky prokázaly, že naprosto jednoznačně nejvíce používaným posypovým rozmrazovacím materiálem je sůl ve své druhové specifikaci jako obyčejný chlorid sodný NaCl. Během posledních desítek let v řadě západoevropských zemí proběhlo mnoho testů při hledání nějaké alternativní látky, ale doposud nebyla vhodná náhrada nalezena. Zkoušené látky byly buď neúměrně drahé, nebo nedosahovaly potřebných účinků.
Proto prakticky všichni, kdo se o zimní sjízdnost komunikací starají, chlorid sodný NaCl prioritně používají zvláště při zajišťování sjízdnosti komunikací vyššího dopravního významu, které se vyznačují vyšší dopravní intenzitou. Například pro evropské dálnice je sůl, až na naprosté výjimky, používána při zimní údržbě jako výhradní posypový materiál. Je ale zapotřebí zdůraznit, že aplikace soli je prováděna převážně technologií zvlhčování suché soli solankovým roztokem. Tato technologie se vyznačuje vysokou efektivitou a snižuje případné negativní zatížení životního prostředí na nezbytné minimum.
Posypové materiály
Z obecného pohledu mají rozmrazovací látky schopnost zabránit vytvoření ledu, snížit bod mrazu vody pod 0 °C, nebo rozpustit led, který se již vytvořil. Používání dalších jednotlivých druhů posypových materiálů je značně různorodé.
Mezi chemickými rozmrazovacími materiály se vyskytuje také chlorid vápenatý CaCl2 a v menší míře chlorid hořečnatý MgCl2. Výsledky posledních výzkumů ale upozorňují na negativní účinky chloridu vápenatého na betonové konstrukce. V rámci různých používaných technologií při zimní údržbě se vyskytují tyto materiály v konkrétní aplikaci i ve formě roztoků.
Mezi další chemické materiály používané ovšem spíše lokálně, patří například různé druhy glykolů, alkoholů nebo močovina.
Třetí skupina chemického materiálu je označována jako CMA - Calcium Magnesium Acetate. Pozitivem je určitá vhodnost pro životní prostředí, ale obrovskou nevýhodou je bezesporu vysoká pořizovací cena.
Při aplikaci zdrsňovacích posypových materiálů se v rámci různých technologií posypu převážně používají zejména písky, nebo kamenné drtě. V menší míře se v některých zemích dále používají různé druhy škváry a strusky.
Chlorid sodný (NaCl)
Je to naprosto nejrozšířeněji používaný výrobek těžený v solných dolech, nebo i získávaný odpařováním z mořské vody. Chlorid sodný je aktivní i pod -10 °C (eutektický bod má -21,2 °C). V zimní údržbě se používá v pevném stavu, nebo jako solankový roztok.
Relativní velikost zrna má nesmírný vliv na účinnost chloridu sodného - například jemné částečky (< 1 mm) prodlužují dobu setrvání soli na povrchu silnice. Rovněž například také posypová šířka, na jakou může dávkovací rozmetadlo efektivně sypat sůl, závisí na relativní velikosti zrn. Doporučovaná optimální křivka zrnitosti se většinou pohybuje v rozmezí 0,16 - 5 mm.
Produkt se dodává převážně volně ložený a při převzetí musí být zkontrolováno, zda nejsou přítomny cizí látky a zda materiál není nějak znečištěný. Zpomalovač ztvrdnutí, nebo-li tzv. protispékací přípravek, je v posypových solích běžně používán téměř ve všech zemích a obvykle to bývá v malém množství přidávaný ferrokyanid draselný nebo ferrokyanid sodný.
Pro účely zimní údržby komunikací účinkuje chlorid sodný optimálně do teploty zhruba -5 °C až maximálně -7 °C. Pod touto teplotou se již značně zpomaluje jeho tavící schopnost a při teplotách pod -11 °C se v podstatě stává pro zimní posyp už neúčinným. Proto se v některých zemích chlorid sodný při poklesu teploty pod -7 °C běžně používá ve spojení s chloridem vápenatým. Cenový rozdíl mezi oběma výrobky (chlorid vápenatý je až šestkrát dražší než chlorid sodný) je ale také poměrně dosti určujícím faktorem při rozhodování o vhodnosti aplikačního použití daného druhu.
Je třeba zdůraznit, že chlorid sodný je endotermický, toznamená, že vždy potřebuje také určitou externí tepelnou energii k tomu, aby mohl vytvářet komplexní účinek. Proto také začíná jeho působení zpočátku pomaleji. Tato energie je v praxi dodávaná například dopravním provozem, nebo přímo i ze slunečního záření. Různé ovlivňující faktory, jako je třeba vítr (způsobující vypařování), nebo snížení dopravní intenzity, pokles teploty, mohou rovněž značně časově zpomalit rozmrazovací schopnosti této soli.
Chlorid vápenatý (CaCl2)
Tato substance je v podstatě vedlejším produktem výroby sody. Chlorid vápenatý je hygroskopický již od cca 40 % relativní vlhkosti vzduchu a je velmi účinný i při nízkýchteplotách až do -35 °C (eutektický bod má až -50 °C). Větší hygroskopičnost materiálu doplňkově povzbuzuje rychlejší počátek rozpouštění. Používá se v pevném stavu, nebo jako solanka s koncentracemi pohybujícími se v rozmezí zhruba mezi 15 % až 32 %. Nejběžněji používanou solankou je roztok s koncentrací 26 %. Jak již bylo uvedeno, chlorid vápenatý se v konkrétním praktickém použití v zimní údržbě dost často používá rovněž ve směsi s chloridem sodným.
Materiál se dodává ve formě vloček, nebo šupin, prakticky čistého hydroxidu vápenatého v tloušťce přibližně 1,25 mm a o průměrné velikosti 3 - 3,5 mm. Obsah vlastního chloridu vápenatého se přitom pohybuje v rozmezí zhruba 77 – 80 %. Vzhledem k jeho značné hygroskopicitě se materiál dodává v dobře utěsněných 50 kg pytlích, aby se vyloučily problémy s jeho skladováním. V případě poškození pytle se totiž vytvoří hexachlorid vápenatý, který výrobek pro potřeby zimní údržby naprosto znehodnocuje. Proto je zapotřebí s tímto výrobkem opatrně manipulovat a důsledně zabránit poškození obalu.
V protikladu k chloridu sodnému, je chlorid vápenatý exotermický. To znamená, že tepelnou energii naopak vydává. Také jeho velká hygroskopicita mu umožňuje dříve získávat vlhkost ze vzduchu nebo ledu a tím také rychleji rozeběhnout vlastní tavící proces.
Chlorid hořečnatý (MgCl2)
Látka je vedlejším produktem při výrobě potaše a používá se ve formě roztoku. Je velmi hygroskopická (ještě více než CaCl2) a v zásadě se v zimní údržbě používá pouze při likvidačním posypu. Jeho použití v preventivním posypu se nedoporučuje, protože může určitým způsobem dokonce snížit přilnavost pneumatik k vozovce, tzn. snížit součinitel tření a tak v podstatě dokonce bezpečnost dopravy zhoršit. Používá se při teplotách nižších než -9 °C (eutektický bod při koncentraci 21 % má -33 °C). Výrobek se převážně přepravuje přímo z výrobny ve formě solného roztoku.
Močovina (CO (NH2)2)
Je to krystalická substance dodávaná v zrnité formě o průměrné velikosti zrn asi 1 - 2 mm. Substance není žíravá, je však velmi lehká a proto snadno odvanutelná větrem. Z tohoto důvodu pro účinnou aplikaci musí být používaná ve směsi s vodou, nebo v některých případech ve směsi s pískem.
Nejnižší bod praktického užití materiálu je o něco vyšší než u NaCl, ale jeho rozmrazovací schopnosti pod teplotou -7 °C velice příkře klesají. Velkou předností je nízký korozivní účinek na materiály. Mimo vysokou pořizovací cenu je zásadním nedostatkem jeho schopnost „nadměrného hnojení“, které způsobuje růst bujné vegetace na přilehlých pozemcích a i vodních plochách.
Cena tohoto materiálu je velmi vysoká, až osmkrát vyšší než soli NaCl. I z tohoto důvodu je jeho konkrétní aplikování v zimní údržbě komunikací omezeno pouze pro určité specifické případy, jako jsou například letištní plochy.
Alkoholy a glykoly
Vzhledem k jejich antikorozivním vlastnostem jsou tyto chemikálie používány hlavně na letištních plochách. Při používání těchto produktů dochází k velmi intenzivnímu „vypařování“ a jejich bod vzplanutí je nízký. Izopropylalkohol navíc snižuje povrchové napětí rozpouštěné vody, která se pak snadněji dostává do jemných trhlinek povrchu vozovky. Po odpaření alkoholu vlivem zamrznutí vody dochází k destrukci povrchu.
Účinek rozmrazovací tekutiny působí zpočátku optimálněji než NaCl. Proces tání ledu však potřebuje mnohem více času a daleko větší množství rozmrazovacích chemikálií. Alkoholy a glykoly smíšené s vodou také spotřebovávají značné množství kyslíku, proto nesmí ani zředěné roztoky uniknout do povrchových vod.
Vysoká pořizovací cena, slabá účinnost a především negativní účinky těchto chemikálií na životní prostředí zabraňují širšímu uplatnění. Prakticky nikde se nepoužívají při zimní údržbě silnic.
CMA (Calcium Magnesium Acetate)
Již mnoho let zahraniční výzkumní inženýři hledali nějaké nové chemické výrobky schopné nahradit běžně užívané chloridy, které svým účinkem při zimní posypu přece jen mají určitý negativní vliv na silniční povrchy, kovy a životní prostředí. Výzkum byl nakonec korunován v USA objevením výrobku zkráceně označovaném CMA. V posledních letech byly s tímto materiálem v několika dalších zemích provedeny rozsáhlé zkoušky, při nichž se došlo k následujícím poznatkům a závěrům:
• Výrobek má nízkou hustotu a je velmi jemný, což způsobuje určité problémy při běžné manipulaci a také při vlastním posypu vozovek (hromadění prachu).
• Někteří pracovníci po jeho aplikaci při zimním posypu trpí dýchacími problémy a kožními vyrážkami zejména na rukou. Operátoři proto při práci s tímto materiálem musí nosit rukavice a ochranné masky na nos a ústa.
• CMA má malou vlastní trvanlivost - stálost a po rozpadu nemá téměř (v porovnání s NaCl a CaCl2) žádný negativní vliv na půdu a vegetaci. Octany ale snižují množství kyslíku vázaného ve vodě. CMA se proto nemá používat v oblastech "citlivých" na podzemní vody, protože octany by mohly proniknout vrstvou zeminy dříve než se biologicky rozloží.
• CMA by tedy měl být méně škodlivý než běžně používané posypové soli. Testy ve velkém měřítku stále ale ještě probíhají.
• CMA nerozpouští led a sníh tak rychle jako sůl. Například abychom získali porovnatelnou fyzikální úroveň tavící účinnosti, bylo by za každé kilo soli zapotřebí použít 2-3 kg materiálu CMA. Efektivní účinnost CMA může být zlepšena jeho smícháním s pískem v poměru 2:1, tzn. že po posypu je nejdříve využita zdrsňující schopnost písku a později tavící schopnost CMA.
• Cena materiálu je ale až neúměrně vysoká a výrobek by proto měl být hospodárně použit pouze na citlivých, naprosto vyjímečných lokalitách, které nesnesou použití obyčejných chloridů.
Ze všech těchto poznatků vyplývá, že v nějaké krátké době nemůže být se širším používání CMA uvažováno ve všeobecné rovině. V komplexním pohledu jsou výhody chloridů značně větší a komplexnější.
Všeobecné hodnocení rozmrazovacích materiálů
Nejen z výše uvedeného rozboru jednoznačně vyplývá, že v evropských zemích je pro zimní údržbu komunikací nejvíce rozšířený a doporučovaný jako rozmrazovací materiál obyčejný chlorid sodný NaCl a chlorid vápenatý CaCl2 (pozor - chlorid vápenatý ale má negativní účinky na beton). Močovina, alkoholy a glykoly, vzhledem k jejich neúměrným cenám, mohou být použity jen za zcela limitovaných okolností. CMA je materiál doposud užívaný v experimentálním stádiu a zejména také jeho vysoká pořizovací cena nedovoluje jeho plošnější nasazení v praxi.
S ohledem na životní prostředí
Zejména v posledním období se pro zimní posyp komunikací v ČR obecně dává přednost posypovým materiálům, které svým chemickým složením a fyzikálními vlastnostmi jsou co nejvíce přijatelné pro životnímu prostředí a případné negativní zatížení snižují na zcela nezbytné minimum.
Posyp solí se provádí na 42 % z celkové silniční sítě (z toho je 38 % udržováno technologií zvlhčování soli), posyp drtěmi a písky na 34% silniční sítě a posyp struskami nebo škvárou na 11 % z celkové silniční sítě.
Kamenná sůl NaCl pro posyp je využívána ve více než 98 % použitých případů, částečně se také dále používá CaCl2 (převážně ve formě solanky), v minimálním množství MgCl2 (ve formě solanky). Dodávané soli neobsahují více než 5% (z celkové hmotnosti) jemných, prachových částic menších než 0,16 mm a rozsah křivky zrnitosti se většinou pohybuje v rozmezí od 0,16 mm do 4,0 až 5,0 mm. Sůl má obsahovat nejméně 96 % účinné rozmrazovací látky. Soli jsou převážně dodávány s protispékacími přísadami (zejména s ferrokyanidem sodným).
Během posledních let se u nás dodavatelské odvětví plně transformovalo a zaměřilo na aktivní tržní ekonomiku. Dodavatelé tak například běžně nabízejí letní ceny a další rabaty, nabízejí volnou kapacitu svých vlastních skladovacích prostor, dodávky přímo do skladů silniční správy, mimořádné operativní dodávky a spoustu dalších výhod. Cena dodávek solí závisí na dopravní vzdálenosti, různých cenových.
Od roku 1985 již v ČR není povoleno skladovat chemické posypové materiály na venkovních otevřených skládkách. Skladování soli se provádí v halách různé kapacity (průměrně 1000 tun) a v poslední době se na základě zahraničních zkušeností dává přednost celodřevěným konstrukcím. Velmi efektivní a účinné se jeví současné trendy ve skladování soli ve vertikálních celodřevěných silech s kapacitou v rozmezí 40 až 250 tun.
