Session 54 Mats Gustafsson

Mats Gustafsson, 2009-01-09 Transportforum 2009

Effekter av dammbindningsmedelEffekter av dammbindningsmedel

Mats Gustafsson, Göran Blomqvist, Per Jonsson, Martin Ferm (IVL)


Bakgrund» Spridda dammbindningsförsök med olika medel

under olika förhållanden och förutsättningar» Dokumentation och uppföljning av

dammbindningseffekten haltar delvis» Medlen är genomgående halkbekämpningsmedel,

med olika dokumenterade sekundära effekter» Försämrad friktion oönskad effekt vid dammbindning,

men lite undersökt

Behov av översikt av olika medels effekter


Syften

» Att göra en övergripande jämförelse av de viktigaste egenskaperna hos fyra dammbindningsmedel genom» litteraturstudie (halkbekämpning,

dammbindning, friktion, korrosion, miljö)» fältförsök av dammbindningsmedlens

effektivitet och friktionsegenskaper under samma väder- och trafikförhållanden.


Dammbindningsmedel1. CMA (kalciummagnesiumacetat) 25%2. CaCl2 (kalciumklorid) 10%3. MgCl2 (magnesiumklorid) 25%4. Sockerlösning 25%

Dustex med i ett friktionsförsök våren 2008Kaliumformiat med i litteraturstudien


Källor

» Miljöförvaltningar och vägverk (särskilt i Finland, Norge och Sverige)

» Databaser SCOPUS och TRAX (VTI:s biblioteksdatabas).

» Internet» Muntliga källor

Metodik - litteraturstudie


Metodik - fältlokal

NCMA

CaCl2

MgCl2

Socker

Referens

• Varje sträcka 600 m, mätstationen i mitten

• Avstånd mellan gränser minst 500 m

• Öppna mätplatser

• Placeringen styrd av eltillgång

• Samma orientering på vägen har eftersträvats, men inte helt kunnat uppfyllas


Metodik - utläggning


1 & 5

2 & 6

3 & 7

4 & 8


Dos: 2 X 10 g/m2



2008-05-06 01:05 – 02:516

2008-04-30 01:04 – 02:425

2008-04-25 01:06 – 02:524

2008-04-22 01:16 – 03:113

2008-04-18 01:40 – 03:572

2008-04-15 01:54 – 03:521

Datum och tidUtläggning


Metodik - mätningar

Alla stationer utrustade med:

• TEOM (2 m från kantlinje, drygt 2 m höjd)

• Aktiva provtagare (IVL) för PM10 och PM2,5 (1,5 m från kantlinje, 1,6 m över vägbana)

• Passiva partikelprovtagare i profil tvärs vägen

• Trafikslangar (antal, typ, hastighet)

• Vägfuktgivare

Station 2 även utrustad med:

• Meteorologi (vind, temp, RH, nederbörd)

Friktion under dammbindningsförsöken:

• SAAB friction tester (tre mätomgångar i samband med utläggning, en våtfriktion ca 1 vecka efter sista utläggning)

Prover av damm på vägen:

• Wet dust sampler (endast vid ett tillfälle efter samtliga utläggningar)


Metodik - fältlokal

1 2 3

4 5


Metodik – friktion (pilotförsök december-07)

Traction watcher one (TWO)


Metodik – friktion (huvudförsök, vår 2008)

SAAB friction tester


0

0,5

1

1,5

2

2,5

Före

utlä

ggni

ng

Utlä

ggni

ng 1

dag

1:1

dag

2:1

dag

3:1

Utlä

ggni

ng 2

dag

1:2

dag

2:2

dag

3:2

dag

4:2

Utlä

ggni

ng 3

dag

1:3

dag

2:3

dag

3:3

Utlä

ggni

ng 4

dag

1:4

dag

2:4

dag

3:4

dag

4:4

dag

5:4

Utlä

ggni

ng 5

dag

1:5

dag

2:5

dag

3:5

dag

4:5

dag

5:5

dag

6:5

Utlä

ggni

ng 6

dag

1:6

dag

2:6

dag

3:6

dag

4:6

dag

5:6

kvot

mät

strä

cka/

refe

rens

CMACaCl2MgCl2Socker

Resultat – kvoter mellan PM10 på mätsträckor och referenssträcka

080510080415

Tydlig effekt Svårtydd effekt


Varför svårtydd effekt?

•Dubbdäckssäsongens slutfas – källan till vägdamm för svag för att skilja från bakgrundshalterna

•Vårbruk ökar bidraget från omgivande källor


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Före

utlä

ggni

ng

Utlä

ggni

ng 1

dag

1:1

dag

2:1

dag

3:1

Utlä

ggni

ng 2

dag

1:2

dag

2:2

dag

3:2

dag

4:2

Utlä

ggni

ng 3

dag

1:3

dag

2:3

dag

3:3

kvot

mät

strä

cka/

refe

rens

CMACaCl2MgCl2Socker


080415 080424

30-40%

ca 4-5 dygn

”Jungfru-utläggning”

Adderad effekt?



• Samtliga medel sänker PM10-halten

• Ingen tydlig skillnad i effekt och varaktighet under rådande meteorologi och bakgrundsförhållanden

• Effekten varar i flera dygn



• Försöket renodlat - samma meteorologi, trafik och dos för att minimera variablerna.

• Ingen info om inverkan av dos, koncentration och funktion vid olika meteorologiska förhållanden.


Resultat, friktion

• Pilotstudie i december 2006 med spridning på 100 m-sträckor av totalt 6 olika medel

• Huvudstudie vår 2007 av 4 medel + Dustex vid ett tillfälle


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

CMA Socker svag Socker stark CMA + NaCl MgCl2 CaCl2

frikt

ions

koef

ficie

nt (µ

)

SYD Medelfriktion min (µ)

NORR Medelfriktion min (µ)

Medel SYD och NORR

Referensfriktion obehandlad vägyta

Resultat, initial friktionssänkning, pilot


0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00

DustexSockerCaCl2MgCl2CMA

Norrgående 080422 (tredje utläggningen)

Resultat – friktion inkluderande Dustex

Initial friktion i försöken i december-06


0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00

DustexSockerCaCl2MgCl2CMA

Södergående 080422 (tredje utläggningen)


Initial friktion i försöken i december-06


0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00Tid efter spridning

Frik

tions

koef

ficie

nt

CMA södergående

CMA norrgående

Resultat – friktion, CMA

Kl 06 (trafikstart)

Utlä

ggni

ng


0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20


Frik

tions

koef

ficie

nt

CaCl2 södergående

CaCl2 norrgående

Resultat – friktion, CaCl2

Kl 06 (trafikstart)

Utlä

ggni

ng


0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20


Frik

tions

koef

ficie

nt

MgCl2 södergående

MgCl2 norrgående

Resultat – friktion, MgCl2

Kl 06 (trafikstart)

Utlä

ggni

ng


0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20


Frik

tions

koef

ficie

nt

Socker södergående

Socker norrgående

Resultat – friktion, Socker

Kl 06 (trafikstart)

Utlä

ggni

ng


Mätsträcka för friktion

TrafikTrafik

Utsmetning påverkar medelvärdet över sträckan


0 50 100 150 200 250Avstånd från spridningskant (m)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Frik

tion

(µ)

Tid efter utläggning (min)1116325985

Socker 25 % Syd


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

28315682

Socker 25 % Norr

Utsmetningen olika för olika medel



0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Frik

tion

(µ)

Tid efter utläggning (min)12163259

Socker 40 % Syd


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

6103158

Socker 40 % Norr

utsmetningutsmetning

Utsmetningen olika för olika medel


-0,4

-0,35

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

CMA CaCl2 MgCl2 Socker Dustex Vatten påreferensytan

(0,5 mm)

Initi

al s

änkn

ing

av fr

iktio

nsko

effic

ient

en

Initial sänkning av friktionskoefficienten beräknad som skillnaden mellan medelvärdena för före-mätning och första mätningen efter utläggning vid de tre tillfällena.

Resultat – initial friktionssänkning


Dammbindningseffekt

• Initial dammbindningseffekt och varaktighet likvärdiga för alla medel under rådande meteorologi och förutsättningar

• Varaktigheten längre än vad som rapporteras från stadsmiljö

Friktionssänkning

• Initial friktionssänkning:

CMA > MgCl2 = socker > CaCl2Stämmer väl med tidigare försök med utläggning dagtid

• Varaktigheten för friktionssänkningen tenderar att vara längre för MgCl2 och CaCl2 än för CMA och socker, men behöver analyseras vidare.

Några slutsatser av fältförsöket


Men litteraturstudien då…?

3,4

++

++

-

+

Används ofta i kombination med NaCli flytande form. I fast form ges samma effekt av 50 % socker + 50 % salt som rent salt.

Socker

38,4

+

= (betong)- (metall)- (asfalt)

=?

?

Mycket effektivt halkbekämpningsmedel i 30–50 % lösning. För 50 %-iglösning är den teoretiska fryspunkten -50 °C.

Kaliumformiat

114,6Kostnad

--+Miljö

- (betong)-- (metall)

-- (betong)- (metall)

++Korrosion

-=--Friktion vid dammbindning

+++Dammbindning

Mindre effektivt än NaCl, men mer effektivt än CaCl2. Effektivt mot halka ned till -25 °C.

Effektivt även under -10 °C dåeffekten av NaCldrastiskt avtar.

Lika effektivt för issmältning som NaCl ned till -5 °C; under -10 °C endast marginell effekt.

Halkbekämpning

MgCl2CaCl2CMA


Nästa steg?

• Betydelse av dos och koncentration för effekt och varaktighet – både för dammbindnings- och friktionseffekt.

• Inverkan av meteorologi

• …


Tack för uppmärksamheten!


» Damm på gatan ev relaterad till dammbindningsmedlets funktion. Vidare analys krävs dock.

» Dammbindningsmedlen lämnar tydlig kemisk profil som kan identifieras på vägytan även 20 dagar efter utläggning, men i huvudsak i vägmitt (troligen även mellan hjulspår och på vägren).

» Initial friktionssänkning:CMA > MgCl2 = socker > CaCl2

» Kloridbaserade medlens friktion reagerar inte lika tydligt på morgontrafikens start som CMA och socker



Metodik - Wet dust sampler (v2)


Resultat – Wet Dust Sampler

Prover tagna 13/5 och 26/5

I stort sett torrt sedan utläggningen 6/5

4 prover i vägmitt

4 prover i vänster hjulspår

Ca 500 ml/prov

Analyser:

• Mängd damm i vägmitt jämfört v hjulspår (filteranalys)

• Finns dammbindningsmedel kvar på vägen (analys av filtrat)

• Skiljer sig provplatserna åt? Kan i så fall skillnader tillskrivas dammbindningsmedlens effektivitet?

• Storleksfördelning (lasergranulometer) ej genomfört i nuläget


Sikt 180µm

bägare

Mätglas

Provflaska

Siktning

Filtrering Volym

Prov till IVL

Prov till intorkning

100ml-flaskor

Sikt 180µm

bägare

Siktning

Filtrering

Steg 1 volym och provtagning

Steg 2 ursköljning och filterhantering

Ursköljning med

destvattenUrsköljning

med destvatten

Filterhantering

Pipettera droppe på

SEM-stubbeSikt 180µm

bägare

Mätglas

Provflaska

Siktning

Filtrering Volym

Prov till IVL

Prov till intorkning

100ml-flaskor

Sikt 180µm

bägare

Siktning

Filtrering

Steg 1 volym och provtagning

Steg 2 ursköljning och filterhantering

Ursköljning med

destvattenUrsköljning

med destvatten

Filterhantering

Pipettera droppe på

SEM-stubbe

Metodik - Wet dust sampler (v2)


Vägmitt

0

50

100

150

200

250

300

350

CMA CaCl2 MgCl2 Socker Referens

g/m

2

7 dagar efterutläggning


Vänster hjulspår

0

50

100

150

200

250

300

350

CMA CaCl2 MgCl2 Socker Referens

g/m

2



a b

Resultat – Wet Dust Sampler (oorganiskt < 180 µm)


0

1

2

3

4

5

6

Cl NO3-N SO4-S Ca Mg Na K NH4-N

c (m

g/l)

Vägmitt 05-26

V.Hjulspår 05-26

Resultat – Wet Dust Sampler (filtratanalys)

Referens

7 dagar efter utläggning 20 dagar efter utläggning



0

10

20

30

40

50

60


c (m

g/l)

Vägmitt 05-13

V.Hjulspår 05-13

0

1

2

3

4

5

6


c (m

g/l)

Vägmitt 05-26

V.Hjulspår 05-26

CMA



0

10

20

30

40

50

60


c (m

g/l)

Vägmitt 05-13

V.Hjulspår 05-13

0

1

2

3

4

5

6


c (m

g/l)

Vägmitt 05-26

V.Hjulspår 05-26


CaCl27 dagar efter utläggning 20 dagar efter utläggning


0

10

20

30

40

50

60


c (m

g/l)

Vägmitt 05-13

V.Hjulspår 05-13

0

1

2

3

4

5

6


c (m

g/l)

Vägmitt 05-26

V.Hjulspår 05-26


MgCl27 dagar efter utläggning 20 dagar efter utläggning


0

10

20

30

40

50

60


c (m

g/l)

Vägmitt 05-13

0

1

2

3

4

5

6


c (m

g/l)

Vägmitt 05-26

V.Hjulspår 05-26


Socker


OBS


Slutsats?

» Medlen uppenbarligen kvar på vägen t.o.m. 20 dagar efter utläggning, dock mycket stor skillnad mellan hjulspår och vägmitt.

» Rimligtvis starkt väderberoende


Härnäst

» Analys av PM10 – data i relation till meteorologi och trafik

» Färdiganalys och bearbetning av filterdata

» …» Rapportering

Tack för uppmärksamheten!


1 2 3 4keV

0500

100015002000250030003500400045005000

Cou

nts

C Ca CaMgO

CMA

1 2 3 4keV

0500

100015002000250030003500400045005000

Cou

nts

AlC Ca CaCl ClMgNaO

CaCl2

EDX på intorkade droppar av dammbindningsmedlen


1 2 3 4keV

0500

100015002000250030003500400045005000

Cou

nts

Cl ClMgO

MgCl2

1 2 3 4keV

0500

100015002000250030003500400045005000

Cou

nts

C Cl Cl K KNaO S

socker

EDX på intorkade droppar av dammbindningsmedlen


0

50

100

150

200

250

300

350

-8 -6 -4 -2 0 2

diff (efter-före dammbindning) µg/m3

g/m

2

20 dagar

7 dagar

Linjär (20 dagar)

Resultat – oorganiskt < 180 µm mot differens

Socker

CMA

MgCl2

CaCl2

Referens


Slutsats?

» Mer damm bundet på vägytan relaterat till dammbindningsmedlets effektivitet? (lite klent med data ännu, tendens finns)

» Säger data något om medlens varaktighet?


Korrosion på skruvar…

Bonus – kvalitativ korrosionsstudie…



CMA



CaCl2



MgCl2



Socker



Referens

Documents

Session 54 Mats Gustafsson