Hvordan redusere saltbruk på bruer om vinteren?
For å unngå unødvendig bruk av salt på bruer om vinteren er det nødvendig å kunne beregne hvor mye salt som er tilstrekkelig.
– Det oppstår lett rim på veidekket på bruer, noe som er en utfordring for fremkommelighet og trafikksikkerhet. I mitt prosjekt har jeg forsket på hvor mye salt som er nødvendig for å sikre at rimet ikke skaper glatt underlag for trafikanter, sier Janne Siren Fjærestad.
Fjærestad har nettopp oppnådd doktorgrad ved NTNU (Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet) med sitt forskningsprosjekt «Hoar frost formation on a salted road surface». Hun har jobbet med ulike saltløsninger og beregningsmetoder for å kunne anslå hvor mye salt som er «nok». Hennes forskningsprosjekt er en brikke inn i «puslespillet» å skape et beregningssystem som kan benyttes av entreprenører som har ansvar for vinterdrift og da spesielt salting av veier.
Trygg og miljøvennlig vinterdrift
I prosjektet Ferjefri E39 samarbeider Vegvesenet med forskere ved flere universiteter for å finne ut hva som er den beste måten å sikre isfrie veier og bruer om vinteren. På lange hengebruer og flytebruer er utfordringen med glatt kjørebane en viktig problemstilling. For at vinterdrift skal gi færre negative innvirkninger på miljøet må bruken av salt planlegges nøye. Bakgrunnskunnskapen er viktig for å kunne lage et beslutningssystem som fungerer i praksis.
– Rim oppstår når fuktighet i luften avsettes direkte som is på et kaldt veidekke eller brudekke. For å hindre at veien blir glatt når det er forhold for rimdannelse, benyttes ofte anti-ising kjemikalier, oftest salt, siden det senker frysepunktet for vann. Dessverre har bruken av kjemikalier negativ innvirkning både på både biler, infrastruktur og på miljøet rundt veiene, derfor er det viktig å redusere bruken mest mulig, samtidig som man forebygger risikoen for ulykker, forklarer Fjærestad.
Fjærestads forskningsprosjekt har ført til mer kunnskap om hvor lenge et saltlag på veien hinder veien i å bli glatt når det er forhold for rimdannelse. Hun har gjennomført grundige analyser i laboratoriet for å beregne hvilke saltløsninger som fungerer best ut fra ulike faktorer som temperatur og luftfuktighet. Hensikten er å bidra med kunnskap som kan være et beslutningsgrunnlag for de som har ansvaret for å salte veiene og bruene.
Matematisk forskningsarbeid i laboratoriet
– Arbeidet med denne oppgaven har vært å undersøke prosessen med dannelse av rim på saltet veidekke. Laboratorieoppsettet som simulerer dannelsen av rim er utviklet som en del av denne jobben, sier hun.
Fjærestad forteller at oppsettet består av en vindtunnel der varm fuktig luft blir tvunget til å strømme over en kald steinoverflate. Oppsettet har vist seg å kunne simulere rimforhold som ligner på de rapporterte på ulike geografiske steder, med tilstrekkelig stabilitet på kritiske parametere, for eksempel temperaturer og luftfuktighet.
– Jeg har studert rimdannelse på et saltet underlag, henholdsvis uttynningsprosessen og fryseprosessen. Når man har forhold for rimdannelse vil man ha transport av fuktighet fra lufta til veibanen, noe som vil føre til at en påført saltløsning vil bli uttynnet over tid. Uttynningsprosessen skjer fra løsningen påføres på veibanen til den er uttynnet til frysekonsentrasjonen ved temperaturen til veidekket. Tiden det tar betegnes som «uttynningstiden», sier Fjærestad. Hun utdyper:
Fryseprosessen skjer fra punktet frysekonsentrasjonen er nådd til isdannelsen resulterer i glatte veiforhold. Tiden det tar betegnes som frysetiden. Tiden fra et kjemikalium blir brukt på veibanen til veien blir glatt betegnes som «beskyttelsestiden», og den utgjør summen av uttynningstiden og frysetiden. Altså; uttynningstid + frysetid= beskyttelsestid. Uttynningsprosessen ble studert for løsninger av natriumklorid (NaCl), kalsiumklorid (CaCl2) og magnesiumklorid (MgCl2) .
Detaljer om testene i laboratoriet
Fjærestad forteller at tilstedeværelsen av anti-isings-kjemikalier på veidekket påvirket fuktighetstransporten fra lufta til veidekket. Hun oppsummerer noen detaljer om testene hun har utført i laboratoriet:
Tilstedeværelsen av kjemikalier mot isdannelse økte hastigheten på fuktighetstransporten opp til 30 % sammenlignet med en overflate uten kjemikalier, men effekten avtok i løpet av de første to timene som løsningen ble utvannet. Fryseprosessen ble undersøkt for en løsning av natriumklorid. Fryseprosessen ble funnet å starte i det øverste laget av løsningen, selv om det er kaldere nederst mot den avkjølte steinen. Dette indikerer at det var konsentrasjonsgradient i løsningen på grunn av langsommere diffusjon av vann i saltoppløsningen enn i luften. Det ble funnet at det kan være en betydelig mengde is på den saltede veibanen før isen ble sterk nok til å tåle en simulert mekanisk belastning av trafikk. Dette medfører en betydelig forlengelse av beskyttelsestiden sammenlignet med en antakelse om at beskyttelsen kun varer frem til frysekonsentrasjonen er nådd. Av den totale beskyttelsestiden utgjorde uttynningstiden kun 25 % mens frysetiden utgjorde hele 75 %. Å inkludere den økte fukttransporten til veibanen i uttynningsprosessen førte til en reduksjon av den totale beskyttelsestiden med kun 5-7 %.
Fjærestads arbeid bidrar til å forstå mengden salt som skal benyttes under ulike forhold for rimdannelse. Her finner du avhandlingen Hoar frost formation on a salted road surface.
Les om vinterdrift og salting på vegvesen.no
