Полезная информация
Проблема запыленности технологических грунтовых дорог
Научная статья
DOI: 10.15593/24111678/2025.03.03
УДК 625.7
В.П. Друзьянова¹, И.А. Логвинов², А.А. Попов²
¹Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, Якутск, Российская Федерация;
²Институт «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» (ПАО), Мирный, Российская Федерация
ПРОБЛЕМА ЗАПЫЛЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГРУНТОВЫХ ДОРОГ: ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
Статья посвящена комплексному анализу проблемы запыленности технологических грунтовых дорог, оказывающей негативное влияние на экологию, здоровье населения и экономику. Основными причинами пылеобразования авторы выделяют низкую связность грунта (преобладание песчаных и супесчаных почв), климатические факторы (засухи, ветер), высокую транспортную нагрузку и отсутствие профилактических мер. Последствия следующие: экологические (деградация почв, накопление тяжелых металлов (свинец, цинк)); медицинские (рост респираторных заболеваний (по данным ВОЗ, загрязнение воздуха – причина 3,1 млн смертей в 2010 г.)); экономические (увеличение затрат на ремонт техники (износ до 30 %), снижение пропускной способности дорог 1,5–3 раза); социальные (миграция населения из загрязненных зон).
В качестве решений рассмотрены три метода, а именно связующие реагенты (эффективность 80–90 %, срок действия до 5 лет), увлажнение водой (быстрый эффект, но кратковременный и водоемкий – 0,5 л/м² каждые 1–4 ч), модернизация покрытий (полное устранение пыли, но капитальные затраты от 1 млн руб./км).
Авторы предлагают инновационный реагент на основе кальция хлористого с добавлением поверхностно активных веществ и ингибиторов коррозии. Технология включает подготовку полотна, нанесение реагента (800–1000 г/м²) специализированной техникой и контроль за соблюдением экологических норм. Таким образом, происходят снижение запыленности на 85 % в течение 6 месяцев, минимизация коррозии техники; вырабатывается устойчивость к осадкам и УФ-излучению.
Метод сочетает долговременность, экологичность и умеренные затраты. Для его внедрения необходимы региональные программы финансирования и подготовка персонала. Перспективы исследований связаны с разработкой биоразлагаемых реагентов и адаптацией технологий к арктическим условиям.
Ключевые слова: запыленность, грунтовые дороги, экология, пылеподавление, хлористый кальций, дорожные реагенты.
V.P. Druzyanova¹, I.A. Logvinov², A.A. Popov²
¹North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov, Yakutsk, Russian Federation;
²Yakutniproalmaz Institute, ALROSA Co., Ltd., Mirny, Russian Federation
DUST POLLUTION OF TECHNOLOGICAL UNPAVED ROADS: ENVIRONMENTAL AND TECHNOLOGICAL ASPECTS
The article provides a comprehensive analysis of dust pollution on technological unpaved roads, which negatively impacts ecology, public health, and the economy. The authors identify key causes of dust formation: low soil cohesion (predominance of sandy and loamy soils), climatic factors (droughts, wind), high traffic load, and lack of preventive measures. The consequences include: environmental (soil degradation and accumulation of heavy metals (lead, zinc)); medical (increased respiratory diseases (WHO data links air pollution to 3.1 million deaths in 2010)); economic (rising equipment repair costs (up to 30 % wear), reduced road capacity (1.5–3 times)); social (population migration from polluted areas). Three solutions are analyzed: binding reagents (80–90 % efficiency, 5 year); water spraying (rapid effect but short-
term and water-intensive: 0.5 L/m² every 1–4 hours); pavement upgrades (complete dust elimination but high capital costs: from 1 million RUB/km).
The authors propose an innovative calcium chloride-based reagent with surfactants and corrosion inhibitors. The technology involves roadbed preparation, reagent application (800–1000 g/m²) using specialized machinery, and environmental compliance monitoring. Results include 85 % dust reduction for 6 months, resistance to precipitation and UVradiation, minimized equipment corrosion.
This method combines long-term effectiveness, eco-friendliness, and moderate costs. Implementation requires regional funding programs and personnel training. Future research focuses on biodegradable reagents and adaptation to Arctic conditions.
Keywords: dust pollution, unpaved roads, ecology, dust suppression, calcium chloride, road reagents.
Введение
Технологические грунтовые дороги, несмотря на свою экономическую доступность, становятся источником значительных экологических и технологических проблем из-за интенсивного пылеобразования. Пыль, возникающая в результате движения транспорта и эрозии грунта, не только снижает качество воздуха, но и увеличивает риски для здоровья человека, износ техники и затраты на обслуживание инфраструктуры. Актуальность исследования обусловлена необходимостью поиска баланса между экономической эффективностью грунтовых дорог и минимизацией их негативного воздействия [1; 2]. Цель работы – анализ причин запыленности, оценка последствий и обоснование оптимальных методов пылеподавления [3].
Постановка проблемы
Образование пыли на дороге происходит из-за износа верхнего слоя дорожной одежды под воздействием осевых нагрузок транспорта в сочетании с погодно-климатическими условиями. При вращении колеса под давлением оснащенного веса транспорта происходит процесс истирания дорожного покрытия под воздействием трения и контактных напряжений шин в сочетании с качением транспорта и скольжением колес. Таким образом, в площади соприкосновения колеса наибольшая степень износа происходит во время торможения. Следовательно, уменьшение толщины слоя износа происходит за счет потери материала в процессе истирающего воздействия колес транспортных средств (рис. 1). Кроме того, интенсивное движение автомобилей в составе колонн по грунтовой дороге быстро разрушает ее поверхностный слой, вызывая образование пылевой колеи.
Немаловажную роль в процессе истирания дорожного покрытия влияет колесная шина. Происходит это в момент входа и выхода колеса из зоны контакта с покрытием и проскальзывания колеса по поверхности дорожного полотна.
Рис. 1. Схема процесса истирания слоя износа: 1, 2 – касательные напряжения (истирание); 3 – основание дороги; 4, 5 – слой износа; 6 – след износа покрытия
Основные проявления:
– снижение видимости до 50–70 % в сухие периоды, ведущее к росту аварийности;
– концентрация PM2.5 и PM10 в воздухе, превышающая санитарные нормы в 2–3 раза [4];
– ускоренный износ двигателей и ходовой части транспорта (до 30 % по данным исследований [5]);
– социальный дискомфорт для населения прилегающих территорий. Причины запыленности:
– низкая связность грунта – преобладание песчаных и супесчаных почв, склонных к эрозии;
– климатические факторы – засухи, ветровая нагрузка (скорость ветра >5 м/с усиливает пылеобразование);
– транспортная нагрузка – движение тяжелой техники (более 100 автомобилей/сутки [6]);
– отсутствие профилактики – редкое уплотнение и восстановление дорожного полотна. Последствия запыленности:
1. Экологические:
– деградация почв и угнетение растительности вдоль дорог;
– накопление тяжелых металлов в пыли (свинец, цинк) в промышленных зонах [7].
2. Медицинские:
– по информации Всемирной организации здравоохранения, в 2010 г. загрязнение атмосферного воздуха стало причиной 3,1 млн смертей, что ставит его на 13-е место среди глобальных причин смертности.
3. Экономические:
– увеличение затрат на ремонт транспорта (ускоренный износ всех трущихся деталей машины, сокращение продолжительности работы двигателя, отказ электрооборудования и т.д.) [8];
– снижение пропускной способности одной полосы дороги в 1,5–3 раза [8].
4. Социальные: миграция населения из зон с высокой запыленностью.
Проблему запыленности можно минимизировать путем использования следующих трех методов: применением связующих реагентов, увлажнением дорог водой и модернизацией покрытий дорог [2].
Применение связующих реагентов имеет следующие преимущества:
– эффективность, заключающаяся в снижении концентрации пыли на 80–90 % (на примере полимерно-восковых эмульсий [9]);
– долговечность; исследованиями обосновано, что эффект сохраняется до 15 лет при однократном нанесении [10];
– экологичность – отсутствие токсичных компонентов (сертификация по ISO 14001);
– универсальность, то есть применимость для дорог любого типа, включая переходные покрытия.
Недостатками являются высокие первоначальные затраты (до 200 тыс. руб./км) и необходимость точного подбора состава под тип грунта.
Метод увлажнения дорог водой обладает двумя основными преимуществами, такими как быстрое пылеподавление (эффект в течение 1–2 ч) и низкая стоимость за обработку [11].
Недостатками отмечаются кратковременность эффекта и большой расход воды – 0,5 л/м² с интервалами между обработками 1–4 ч, что критично в засушливых регионах [11].
Для метода модернизации покрытий (асфальт, бетон) исследователи отмечают следующие преимущества и недостатки [12]: полное устранение пыли при сроках службы 20–30 лет. Однако метод требует ощутимых капитальных затрат – от 1 млн руб./км, а также его невозможно применять на временных дорогах.
Рекомендуемое решение
На основании проведенного анализа принято решение использовать проверенную технологию обработки дорог многокомпонентным реагентом на основе кальция хлористого с добавлением поверхностно-активных веществ (ПАВ) и ингибиторов коррозии [13]. Этот метод нанесения позволяет обеспечить высокое насыщение дорожного покрытия веществом, обеспечивает равномерность нанесения на неровных участках дороги за счет отсутствия стекания по сравнению с водным раствором. При этом отсутствует необходимость в использовании воды, что облегчает технологию и увеличивает скорость обработки, что делает ее особенно привлекательной для применения в различных климатических условиях.
Технология состоит из следующих этапов:
1. Подготовка полотна: этот этап включает в себя восстановление слоя износа дорожного покрытия. Если дефектов нет, проводится профилирование для обеспечения ровности поверхности. Важно, чтобы полотно было очищено от мусора и посторонних материалов, что способствует лучшему проникновению реагента в структуру грунта.
2. Нанесение реагента (рис. 2): для этого используется комбинированная дорожная машина, оснащенная пескоразбрасывателем. Скорость движения машины составляет около 5 км/ч, что позволяет равномерно распределить реагент по поверхности. Норма расхода составляет 800–1000 г/м², что обеспечивает оптимальное насыщение покрытия и его долговечность (длительный эффект).
Рис. 2. Обработка участка реагентом на основе кальция хлористого
3. Контроль и меры предосторожности: во время проведения работ и после их завершения осуществляется строгий контроль за исключением попадания реагента за пределы дороги. Это важно для предотвращения загрязнения окружающей среды и обеспечения безопасности. Также проводится тщательная промывка оборудования после работы, чтобы избежать коррозии и продлить срок службы техники.
В результате применения метода обработки дорог многокомпонентным реагентом на основе кальция хлористого с добавлением ПАВ и ингибиторов коррозии достигаются следующие параметры:
– снижение запыленности за счет формирования прочного покрытия (рис. 3), запыленность на обработанных участках снижается на 85 % в течение первых шести месяцев после обработки. Это значительно улучшает экологическую обстановку и снижает негативное воздействие на здоровье людей и животных;
Рис. 3. Состояние дорожного покрытия на второй день после обработки реагентом
– минимизация коррозии техники благодаря ингибиторам, входящим в состав реагента, которые защищают дорожную технику от воздействия агрессивных факторов окружающей среды, продлевая ее срок службы и снижая затраты на техническое обслуживание;
– устойчивость к осадкам и УФ-излучению. Обработанное покрытие сохраняет свои свойства даже при воздействии осадков и ультрафиолетового излучения, что обеспечивает его долговечность и стабильность в различных климатических условиях.
Заключение
Таким образом, применение реагентного метода является оптимальным решением проблемы запыленности технологических дорог. Этот метод не только эффективно снижает уровень пыли, но и обеспечивает долгосрочное пылеподавление при умеренных затратах. Благодаря использованию многокомпонентного реагента на основе хлористого кальция с добавлением ПАВ и ингибиторов коррозии достигаются значительное улучшение состояния дорожного покрытия и снижение негативного воздействия на окружающую среду и здоровье людей.
Следует отметить несколько ключевых преимуществ данного метода:
1. Долгосрочное пылеподавление: обработанные дороги сохраняют свои свойства в течение длительного времени, что позволяет существенно снизить запыленность на протяжении нескольких месяцев. Это особенно важно для регионов с высокой транспортной нагрузкой и неблагоприятными климатическими условиями.
2. Экономическая эффективность: метод демонстрирует умеренные затраты на внедрение и эксплуатацию. Отсутствие необходимости в частом повторном нанесении и дополнительном увлажнении грунта снижает общие расходы на обслуживание дорог.
3. Экологическая безопасность: использование ингибиторов коррозии и других добавок позволяет минимизировать негативное воздействие на окружающую среду. При этом обеспечивается защита дорожной техники и продление ее срока службы.
Для эффективного внедрения предложенной технологии требуется разработка региональных программ финансирования. Это включает в себя выделение средств на закупку необходимого оборудования и реагентов, а также на проведение обучения компетентного персонала.
Важно обеспечить высокий уровень квалификации специалистов, работающих с новыми технологиями, чтобы гарантировать качественное выполнение всех этапов обработки дорог.
Кроме того, планируется адаптация методов к арктическим условиям, что особенно актуально для северных регионов с суровым климатом. Разработка специальных составов, устойчивых к экстремально низким температурам и высоким ветровым нагрузкам, откроет новые возможности для улучшения состояния дорог в этих условиях.
Таким образом, реагентный метод обработки дорог представляет собой инновационное и перспективное решение, способное значительно улучшить состояние технологических дорог и снизить их негативное воздействие на окружающую среду. Внедрение этой технологии требует комплексного подхода, включающего финансирование, обучение персонала и дальнейшие научные исследования для адаптации метода к различным условиям эксплуатации.
Список литературы
1. Иванов, С.П. Экологические проблемы транспортной инфраструктуры / С.П. Иванов, А.В. Петров. – М.: ЭкоПресс, 2020. – 234 с.
2. ОДМ 218.4.009-2017. Методические рекомендации по технологии обеспыливания автомобильных дорог с переходным типом покрытия с использованием битумной эмульсии. Федеральное дорожное агентство (Росавтодор). – М., 2017.
3. Smith, J. Dust Control Methods for Unpaved Roads / J. Smith, K. Brown // Journal of Environmental Engineering. – 2019. – Vol. 45. – P. 112–125.
4. ВОЗ. Рекомендации по качеству воздуха [Электронный ресурс]. – Женева, 2021. – URL: https://www.who.int/airpollution (дата обращения: 01.02.2025).
5. Гусев, А.А. Влияние пыли на износ техники / А.А. Гусев // Транспортные системы. –
2022. – № 3. – С. 45–50.
6. ГОСТ Р 58406-2019 «Дороги автомобильные общего пользования. Нормы транспортной нагрузки». – М.: Стандаринформ, 2019. – 11 с.
7. Heavy metals in road dust: a global review / R. Kumar [et al.] // Environmental Science & Technology. – 2020. – Vol. 54. – P. 2345–2356.
8. Влияние пыли на условия видимости, транспортно-эксплуатационные показатели автомобильных дорог и техническое состояние автомобилей [Электронный ресурс] // Стройсправка.ру. – URL: http://stroy-spravka.ru/article/vliyanie-pyli-na-usloviya-vidimosti-transportno- ekspluatatsion-nye-pokazateli-avtomobilnykh-dorog-i-tekhnicheskoe-sostoyanie-avtomobilei (дата обращения: 01.02.2025).
9. Белова, Л.М. Заболевания дыхательных путей в зонах промышленного загрязнения /
Л.М. Белова. – СПб.: Медицина, 2021. – 180 с.
10. Johnson, P. Long-Term Dust Suppression Solutions / P. Johnson. – Springer, 2021. – 89 p.
11. Нормы технологического проектирования горнодобывающих предприятий черной металлургии с открытым способом разработки: ВНТП 13-1-86: утв. Министерством черной металлургии СССР. – Ленинград: Черметпроект, 1986.
12. 5 решений для борьбы с пылью на грунтовых дорогах [Электронный ресурс] // Substrata solutions powered by enzymes. – URL: https://www-substrata-us.translate.goog/blog/solutions-for- dust-control-on-dirt-roads?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=ru&_x_tr_hl=ru&_x_tr_pto=rq (дата обращения: 01.02.2025).
13. Сидоров, В.Г. Химические реагенты в дорожном строительстве / В.Г. Сидоров. – М.: Стройиздат, 2023. – 156 с.
References
1. Ivanov S.P., Petrov A.V. Environmental problems of transport infrastructure. M.: EcoPress Publishing House, 2020. 234 p.
2. ODM 218.4.009-2017. Methodological recommendations on the technology of dedusting roads with a transitional type of coating using bitumen emulsion. Federal Road Agency (Rosavtodor). Moscow, 2017.
3. Smith J., Brown K. Dust Control Methods for Unpaved Roads // Journal of Environmental Engineering. – 2019. –
Vol. 45. – P. 112-125.
4. WHO. Air quality recommendations. Geneva, 2021. URL: https://www.who.int/airpollution (access date: 01.02.2025).
5. Gusev A.A. Effect of dust on equipment wear // Transport systems. 2022. № 3. P. 45-50.
6. GOST R 58406-2019. Public roads. Transport load standards..
7. Kumar R. et al. Heavy Metals in Road Dust: A Global Review // Environmental Science & Technology. – 2020. –
Vol. 54. – P. 2345-2356.
8. Stroy-dvika.ru URL: http://stroy-spravka.ru/article/vliyanie-pyli-na-usloviya-vidimosti-transportno-ekspluatatsion- nye-pokazateli-avtomobilnykh-dorog-i-tekhnicheskoe-sostoyanie-avtomobilei The influence of dust on visibility conditions, transport and operational indicators of roads and the technical condition of cars (access date: 01.02.2025).
9. Belova L.M. Respiratory diseases in industrial pollution zones. St. Petersburg: Medicine, 2021. 180 p.
10. Johnson P. Long-Term Dust Suppression Solutions. – Springer, 2021. – 89 p.
11. Standards of technological design of mining enterprises of ferrous metallurgy with an open method of development: VNTP 13-1-86. Leningrad: Chermetproekt, 1986. – Approved by the Ministry of Ferrous Metallurgy of the USSR.
12. Substrata solutions powered by enzymes URL: https://www-substrata-us.translate.goog/blog/solutions-for-dust- control-on-dirt-roads?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=ru&_x_tr_hl=ru&_x_tr_pto=rq 5 решений для борьбы с пылью на грунтовых дорогах.
13. Sidorov V.G. Chemical reagents in road construction. Moscow: Stroyizdat, 2023. 156 p.
Об авторах
Друзьянова Варвара Петровна (Якутск, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервиса» Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова (677000, г. Якутск, ул. Белинского, 58, e-mail: DRUZVAR@mail.ru).
Логвинов Иван Александрович (Мирный, Российская Федерация) – ведущий научный сотрудник сектора механизации горных работ Института «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» (ПАО) (678175, г. Мирный, ул. Ленина, 39, e-mail: LogvinovIA@alrosa.ru).
Попов Александр Александрович (Мирный, Российская Федерация) – инженер II категории сектора механизации горных работ Института «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» (ПАО) (678175, г. Мирный, ул. Ленина, 39, e-mail: PopovAlekA@alrosa.ru).
About the authors
Varvara P. Druzyanova (Yakutsk, Russian Federation) – Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Operation of Road Transport and Car Service, North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov (58 Belinsky St., Yakutsk, 677000, e-mail: DRUZVAR@mail.ru).
Ivan A. Logvinov (Mirny, Russian Federation) – Senior Researcher at the Mining Mechanization Sector, Yakutniproalmaz Institute of ALROSA (PJSC) (39 Lenin St., Mirny, 678175, e-mail: LogvinovIA@alrosa.ru).
Alexandr A. Popov (Mirny, Russian Federation) – Engineer of the 2nd category of the Mining Mechanization Sector, Yakutniproalmaz Institute of ALROSA (PJSC) (39 Lenin St., Mirny, 678175, e-mail: PopovAlekA@alrosa.ru).
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад авторов равноценен.
Поступила: 23.06.2025
Одобрена: 21.07.2025
Принята к публикации: 29.08.2025
Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом: Друзьянова, В.П. Проблема запыленности технологических грунтовых дорог: экологические и технологические аспекты / В.П. Друзьянова, И.А. Логвинов, А.А. Попов // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. – 2025. – № 3. – С. 21–27. DOI: 10.15593/24111678/2025.03.03
Please cite this article in English as: Druzyanova V.P., Logvinov I.A., Popov A.A. Dust pollution of technological unpaved roads: environmental and technological aspects. Transport. Transport facilities. Ecology, 2025, no. 3, pp. 21–27. DOI: 10.15593/24111678/2025.03.03
®™ Trademark of Zirax LTD or an affiliated company of Zirax.