Januar Fugtsalt kontra saltlage på motorvej. Epoke

Transkript

1 Januar 2003 Fugtsalt kontra saltlage på motorvej Vejdirektoratet Fyns Amt Epoke

2

3 Indholdsfortegnelse 1 SAMMENFATTENDE ARTIKEL INDLEDNING PROJEKTETS FORMÅL SALTNING MED BEFUGTET SALT (FUGTSALT) SALTNING MED VÆSKE (SALTLAGE) KLIMATOLOGISKE FORUDSÆTNINGER FOR VÆSKESPREDNING DRÆNASFALT FORDELE VED VÆSKESPREDNING METODER FOR UDBRINGNING AF BEFUGTET SALT ELLER VÆSKE Befugtet tørstof via spredeskive Væske via dyser Væske via spredeskive Befugtningsspredning kontra lagespredning 9 2 ENGLISH SUMMARY INTRODUCTION PROJECT OBJECTIVES SALT SPREADING USING PREWETTED SALT SALT SPREADING - USING LIQUID (BRINE) CLIMATOLOGICAL CONDITIONS FOR LIQUID SPREADING POROUS ASPHALT ADVANTAGES OF LIQUID SPREADING METHODS FOR DISTRIBUTION OF PREWETTED SALT OR LIQUID Prewetted dry material via spreading disc Liquid via nozzles Liquid via spreading disc Prewetting spreading versus liquid spreading The future and further developments 16 3 INDLEDNING 17 4 PROJEKTETS MÅL 19 5 FORSØGSOPSTILLING OG DATAREGISTRERING GENERELT SENSORER INDBYGGET I KØREBANEN TIL MÅLING AF RESTSALT SALTMÆNGDER SALTMÆNGDER SALTMÆNGDER VARIATIONER I VEJENS TVÆRSNIT TRAFIKINTENSITET OVERVÅGNING OG REGISTRERING AF SALTSPREDNING KAMERAOBSERVATIONER OVERVÅGNING OG VIDEOOPTAGELSER 25 6 KLIMA 27 7 SPREDEUDSTYR SALTNING MED BEFUGTET SALT (FUGTSALT) 29 3

4 7.2 SALTNING MED VÆSKE (SALTLAGE) Omsorg for miljøet Definition af væskespredning Hvordan fremstilles saltlage FORUDSÆTNINGER FOR VÆSKESPREDNING Klimatologiske forudsætninger Fordele Krav til minimering af saltforbrug VÆSKESPREDNINGSMETODER VÆSKEUDLÆGNING VIA DYSER VÆSKEUDLÆGNING VIA SPREDESKIVE HVAD KAN DER SPARES? 33 9 BEFUGTNINGSSPREDNING CONTRA LAGESPREDNING RIMSITUATION BEFUGTNINGSSPREDNING CONTRA LAGESPREDNING SNESITUATION KONKLUSION RIMSITUATIONER SNESITUATIONER FREMTIDEN OG DET VIDERE FORLØB RESTSALTMÅLING SPREDEUDSTYR RIM SNE LITTERATURHENVISNINGER 45 BILAG

5 1 Sammenfattende artikel Nærværende projektartikel er et ekstrakt af den rapport, som snart udgives i forbindelse med den formelle afslutning af væskeforsøgene foretaget i Fyns Amt i vintrene Indledning Til glatførebekæmpelse på det overordnede vejnet i Danmark anvendes næsten udelukkende salt (natriumklorid - NaCl). Øget opmærksomhed på saltets belastning af miljøet og den store udvikling i materiel og metoder har medført muligheder for en mærkbar reduktion af det gennemsnitlige saltforbrug pr. udkald. Glatførebekæmpelse med salt tog fart i 50erne og 60erne med anvendelse af tørsalt. I 70erne kom de første saltspredere, som kunne sprede befugtet salt, og i 90erne begyndte man i visse situationer at udsprede en koncentreret saltlage. Det samlede saltforbrug er ikke faldet tilsvarende, da andelen af veje, der saltes, har været stigende. De anvendte glatførebekæmpelsesmetoder bruger NaCl i form af saltlage (22% saltopløsninger) og befugtet salt (70% tørsalt + 30% saltlage). I 1998 blev det besluttet at nedsætte en arbejdsgruppe med henblik på at sammenligne disse saltningsmetoders virkning. Baggrunden for beslutningen var bl.a., at man i Fyns Amt havde udført forsøg med lagespredning og sammenlignet disse med traditionel fugtsaltspredning. Forsøgene viste bl.a., at der var større relativ restsaltmængde på vejen efter anvendelse af saltlage end efter fugtsalt. Eksempelvis kunne man 2 timer efter spredning med fugtsalt registrere en restsaltmængde på 68%, og ved spredning af saltlage en restsaltmængde på 89% - alle målinger udført på amtsveje. Man er med tiden også blevet mere opmærksom på det forhold, at den overvejende del af saltninger finder sted ved temperaturer ned til 3ºC. Til at imødegå glatføre i disse situationer er det kun nødvendigt at udsprede ca. 4,6 g salt/m² som saltlage, hvor man i dag typisk udspreder ca. 7,7 g/m² som befugtet salt. Hvis man ønsker at reducere saltforbruget uden at ændre på serviceniveau og trafiksikkerhed, er dette således muligt ved enten at tilsætte mere væske til tørsalt eller ved at sprede saltet i form af en koncentreret saltlage. For yderligere at belyse muligheden for at spare salt, er der i gennemført et projekt hvor forsøgsområdet er motorvejen på Fyn (Rute E20) mellem Nyborg og Middelfart i begge retninger. Projektet er gennemført med tilskud fra Miljøstyrelsen under "Udviklingsordningen Program for renere produkter m.v." 5

6 1.2 Projektets formål Projektets overordnede formål er at anvise veje og dokumentere aktiviteter, som muliggør en reduktion af den mængde salt, som udlægges til glatførebekæmpelse, uden at effektiviteten forringes, hvorved miljøpåvirkningen bliver mindre end med de hidtil anvendte metoder. Arbejdsgruppen valgte at foretage denne undersøgelse ved at lave en sammenligning mellem salt udspredt med en fugtsaltspreder og en væskespreder, begge af fabrikatet Epoke. Sammenligningen blev foretaget på grundlag af følgende parametre: A) Sensorer indbygget i kørebanen til måling af restsalt. B) Billedoptagelser. C) Inspektion - visuelle observationer foretaget via 4 stk. fastmonterede kameraer i motorvejens midterrabat, via mobile videokameraer samt direkte observationer foretaget af udvalgets medlemmer. Fra en nærliggende glatføremålestation (Odense-S) indhentedes dugpunkttemperatur, vej- og lufttemperaturer, vindhastighed og -retning, samt den relative fugtighed. Med andre ord gode forud 1.3 Saltning med befugtet salt (fugtsalt) Befugtet salt (fugtsalt) består af 70% tørsalt og 30% saltlage (22% NaCl). Saltets frysepunktssænkende virkning er betinget af, at der er fugt/vand tilstede. Ved ændringen af glatførebekæmpelsen fra traditionel spredning af tørsalt til spredning af befugtet salt har følgende fordele vist sig: Saltet bliver på en tør vejbane i væsentlig længere tid, da den har en bedre "klæbeevne". Denne egenskab muliggør en præventiv saltning også på tørre veje, hvorved sikkerheden forbedres. Derved kan nogle gensaltninger spares. Gennemkørselshastigheden kan øges til ca km/t mod ca km/t ved tørsaltning. Dette kan udnyttes til enten at afslutte saltningen hurtigere eller at gøre saltdistrikterne længere og dermed spare saltspredere og lastbiler. Befugtningen giver en hurtigere virkning, hvor der allerede er dannet islag. Der opnås en mere ensartet spredning af saltet end ved spredning med tørsalt. De senere års erfaringer og forsøg har desuden vist, at der stadig er store tab af saltet uden for kørebanen. Under Saltspredningforsøget (Tirstrup lufthavn 2000) foretaget af Vejdirektoratet samt amterne i Danmark har man kunnet konstatere et større tab end forventet og ønskeligt. Langt den overvejende del af glatførebekæmpelsen foregår i dag ved hjælp af fugtsaltspredere, om end trenden går i retning af kombispredere, hvilket bl.a. også giver mulighed for at udlægge væske. Til forsøget anvendtes en Epoke fugtsaltspreder med en volumen på 5 m³ og en spredebredde på 2-12 m i intervaller på 1 meter. Sprederen kunne dosere fra 3,8 til 30,8 g/m². I forsøget brugtes saltmængden 7,7 til 11,5 g/m². 6

7 1.4 Saltning med væske (saltlage) Udlægning af en flydende saltopløsning, kaldet saltlage, på vejbanen sker ved anvendelsen af NaCl i en 22% opløsning. 1.5 Klimatologiske forudsætninger for væskespredning I lande som Danmark optræder der i løbet af en vinterperiode mange forskellige vejrsituationer. Vejret skifter mellem frost, tø, sne, regn, blæst, sol osv. Da Danmark har kystklima, falder temperaturerne ikke så voldsomt som i lande med fastlandsklima, hvilket øger muligheden for brug af væskespredning. I starten af 80erne påbegyndtes etablering af et landsdækkende glatførevarslingssystem, som gør det muligt for vejmyndigheder at udkalde til saltning præventivt, dvs. inden glatføre optræder. Antallet af dage med temperatur under 0ºC er gennemsnitlig omkring 80 og sne forekommer mellem 5-10 dage om året [Danmarks Meteorologiske Institut]. Med andre ord er der gode forudsætninger for at anvende væskespredning, hvilket også bekræftes af det faktum, at mange byer på nuværende tidspunkt anvender væske til glatførebekæmpelse på stier og fortove. 1.6 Drænasfalt Det er Vejdirektoratets opfattelse, at anvendelse af saltlage på drænasfalt og andre lignende åbne belægninger er mindre egnet, da det medfører et overforbrug af væske, fordi væsken løber ned i porerne. Dermed skal der udlægges et væsentligt større antal ml/m². Væskespredning er således bedst egnet til forholdsvis tætte asfaltbelægninger. 1.7 Fordele ved væskespredning Væsken er aktiv umiddelbart efter udlægning. Væsken blæser ikke af vejbanen. Væsken kan udbringes ved højere hastighed, dvs. hurtigere saltning og mindre gene for den øvrige trafik. Dette forudsætter dog anvendelse af dysespredere. Væske udlagt via dyser kan sikre en forudvalgt fordeling på vejen. Velegnet til præventiv spredning på grund af langtidsvirkningen. Mindre salt medfører færre vejskader og færre rustproblemer. Mindre miljøbelastning. Væsken skal spredes præventivt, når det er muligt, også ved udsigt til sne og isslag. Ved snefald skal anvendes en plovtype, der er konstrueret på en sådan måde, at den går tættest muligt på vejbaneoverfladen. Under vedvarende snefald skal saltning foretages lige efter sneploven for at forhindre fastfrysning af sneen på vejens overflade. Det er vigtigt at fastholde betydningen af en plov, der effektivt rydder sneen. Dette er indlysende i betragtning af, at sne er lig med vand, og at den udlagte væske fortyndes, hvis der er for meget sne tilbage på vejbanen, som skal optøs. 7

8 Til forsøget anvendtes en Epoke væskespreder med en volumen på 18 m³ og en spredebredde p 3,5-10,5 m i intervaller på 3,5 m. I forsøget brugtes doseringer fra 5,2-11,7 g/m², alt afhængigt af vej og vejtilstand i forsøgets periode. 1.8 Metoder for udbringning af befugtet salt eller væske Befugtet tørstof via spredeskive Fugtsaltspredere anvender en roterende spredeskive til at slynge materialet ud over kørebanen. Ved hjælp af spredeskivens omdrejningshastighed og åbningsvinkel mm. er det muligt at justere spredebredden og spredebilledet Væske via dyser Der findes 2 dysetyper, som anvendes i forbindelse med udlægning af væske, nemlig stråledyser og viftedyser. Kendetegnende for dyser er, at de er påmonteret en spredebom, og at dyser udlægger væsken med stor præcision. Stråledyser giver mulighed for udlægning af væske ved høj hastighed, idet stråledyser sender væsken ned på vejbanen med stor hastighed. Væsken kan udlægges ved kørselshastigheder op til 85 km/t. Når væsken har ramt vejbanen, fordeles den straks vha. opsprøjt og derefter af de passerende køretøjer. Sidedyser er stråledyser, der sender strålen ud til siden og samtidig bagud med en hastighed, der er den samme eller større end lastbilens hastighed. Ved anvendelse af sidedyser kan spredebredden nå op på i alt 10,5 meter. Viftedyser anvendes typisk, hvor trafikintensiteten (f.eks. cykelstier) er mindre, hvorfor der således er behov for at fordele væsken allerede ved udlægningen. Denne type dyse er selvsagt mere vindpåvirkelig, og dermed bliver udlægningshastigheden også væsentligt mindre for at begrænse afdriften Væske via spredeskive Væsken udlægges via spredeskive, hvilket er enklere end dysesystemet. Til gengæld er metoden ikke så præcis som ved anvendelse af dyser. Den maksimale spredebredde, der kan opnås med spredeskive, er 8 meter. Det er ikke muligt at opnå større spredebredde med væske, idet den i så fald vil forstøve og dermed blæse væk. 8

9 1.8.4 Befugtningsspredning kontra lagespredning Rimsituation. Betingelsen for rimdannelse er, at vejtemperaturen både skal være under 0ºC og være lavere end luftens dugpunktstemperatur. Ofte finder mere end halvdelen af samtlige udkald til glatførebekæmpelse pr. vintersæson sted på baggrund af en rimsituation. Dette gælder også vintrene i forsøgsperioden. Med udgangspunktet i de 2 vintersæsoners overvågning, kan det konkluderes at: I de kørte rimsituationer er der brugt 5,2 g NaCl/m² som saltlage og 7,7 g NaCl/m² som fugtsalt. Intet i forsøget tyder på, at det giver forskel i glatføreforebyggelse. De to metoder er lige effektive i rimsituationer. Snesituation. Ved udsigt til snefald er det uhyre vigtigt, at der udspredes salt på kørebanen inden sneen falder. Ved for sent udkald vil sneen blive kørt fast og vil herefter være meget vanskelig at fjerne. Såfremt snevejret er af længere varighed, indsættes plove. Med henblik på at minimere anvendelsen af salt er det vigtigt, at det anvendte plovmateriel er i stand til at rydde "helt i bund". I nærværende forsøg er anvendt samme procedure og samme plovtype for de 4 vognbaner. Snerydning af kørebaner blev påbegyndt, når der var faldet ca. 3-5 cm sne. Efter gennemkørsel med plov blev der saltet igen. Anvendelse af de stationære kameraer viste sig at være særdeles illustrativ, idet man fra starten af snevejret nøje kunne følge udvikling og effekten af de 2 spredemetoder på hver vejside. Disse billeder anvendtes som en form for "filmoptagelse" på CD i den rapport der snart kan rekvireres hos Vejdirektoratet. Billeder samt videooptagelserne viser tydeligt, at i vestgående retning hvor der anvendes saltlage, er det lette spor stadig dækket med sne. Resultatet blev sammenholdt med forsøgene fra saltspredningsforsøget i Tirstrup Lufthavn, hvor det overordnede formål med forsøgene var en undersøgelse af, hvorledes de i dag benyttede tallerkenspredere reelt fordeler saltet under forskellige betingelser. Her har man efter gentagne forsøg konstateret, at ingen af de afprøvede fugtsaltspredere (3 forskellige fabrikater) kunne levere et tilfredsstillende spredebillede. For Epoke fugtsaltsprederen, som er anvendt her i forsøget, er der en tendens til at sprede mere i venstre side end i højre side af vejbanen. Det ses, at i det lette spor med den svage trafik, kan man med en forøget saltmængde kompensere for det tunge spors store trafikmængde og dermed opnå et mere ensartet serviceniveau i de to spor. Da der ikke overdoseres med saltlage i den lette vejbane i vestgående retning, som har et ensartet spredebillede på tværs af vejen, ser man, at der er sne i det lette spor. Efter gennemgang af billedmaterialet og personlige observationer af forsøgsområdet er det arbejdsgruppens opfattelse, at fugtsaltssprederens "overdosering" i det lette spor er mere formålstjenlig i snesituationen end saltlagesprederens ensartede fordeling. I nærværende forsøg har spredning med saltlage dermed ikke haft samme positive effekt som befugtet salt, men med ovennævnte in mente fortsættes forsøg. 9

10 1.8.5 Fremtiden og det videre forløb "Væskegruppen" er enig om, at der fortsat skal foregå et nært samarbejde mellem Vejdirektoratet og Fyns Amt samt Epoke A/S med henblik på at forfine doseringen og spredebilledet, således at der kun udspredes den mængde salt, som er absolut nødvendig for at sikre en høj grad af trafiksikkerhed og fremkommelighed. Bl.a. har følgende emner været drøftet: Restsaltmåling. Der bør fortsat arbejdes på at finde en god metode til måling af restsalt på motorveje, således at forsøgene med at få verificeret sammenhæng mellem trafikmængde og saltnedbrydning kan fortsættes. Spredeudstyr. Foreløbige erfaringer viser, at spredning med dyser giver en høj grad af nøjagtighed i spredebilledet og en god fremføringshastighed af lastvognstoget. Det bør imidlertid også undersøges, om lagespredning med tallerken er i stand til at give det nødvendige resultat under højere hastighed. Dosering i vognbanespor. Man kan se, at behovet for salt nedsættes, når der er meget trafik. Det gælder f.eks. i det tunge spor på motorvejen i sammenligning med det lette spor. Da hastigheden i det lette spor er større, er kravet til friktionen i det lette spor også større. Resultatet af denne observation er, at der fremover på den fynske motorvej bliver doseret højere i det lette spor ende i det tunge. Foreløbig har man ved de fleste præventive saltninger valgt at fastholde en gennemsnitlig dosering af saltlage på 5,2 g salt/m². Således vil det i den kommende vinter blive undersøgt, om det er tilstrækkeligt at dosere 5,2 g/m² saltlage i det lette spor og 3,1 g/m² saltlage i det tunge spor i rimsituationer. Den procentuelle fordeling på vejbanen vil være den samme i snesituationer, men væskemængden vil naturligvis være højere. De involverede parter vil fortsætte bestræbelserne for at nedsætte saltforbruget, hvorfor der også i den kommende vinter vil blive registreret fordele og ulemper ved de to saltningsmetoder. I øvrigt kan oplyses, at saltforbruget på stats- og amtsveje i forbindelse med snevejr i vinteren 2000/01 udgjorde 30% og i vinteren 2001/02 udgjorde 50% af det samlede saltforbrug til glatførebekæmpelse. 10

11 2 English Summary This article is an extract of the report issued in connection with the formal completion of studies concerning liquid spreading carried out in the County of Funen during the winters of Introduction The primary material used for slippery roads control on the superior road network in Denmark is salt (NaCl). Increased attention to the ill effects of salt on the environment and the major development within the field of winter road maintenance equipment and methods have made significant reductions of the average salt consumption per turn-out possible. Winter road maintenance by means of salt (NaCl) gained increased popularity during the 1950s and 1960s, more specifically the use of dry salt. During the 1970s the first salt spreaders capable of spreading prewetted salt were introduced, and in the 1990s the spreading of concentrated salt solutions was applied in certain situations. The total salt consumption, however, has not decreased proportionally, as the number of roads being serviced has been increasing. This report deals with winter road maintenance methods using NaCl in the form of brine (22% salt solution) and prewetted salt (70% dry salt + 30% brine). In 1998 it was decided to appoint a work committee with the purpose of comparing the effects of the above salt spreading methods. One of the reasons for this decision was that the County of Funen had carried out studies of brine spreading and compared the results with traditional spreading using prewetted salt. The studies showed, among other things, that the relative quantity of residual salt on the road was higher when using brine than when using prewetted salt. For example, 2 hours after spreading prewetted salt, the residual salt quantity was measured at 68% compared with 89% when spreading brine. All results were measured on county roads. In time, increased attention has been directed to the fact that most salt spreadings take place at temperatures down to minimum -3 o C. In order to perform slippery roads control in these situations, it is only necessary to spread approx. 4.6 g of salt/m 2 in the form of brine, when approx. 7.7 g/m 2 is the typical amount spread today in the form of prewetted salt. A reduction of the salt consumption without weakening the service level and the traffic safety is possible by adding more liquid to the dry salt or by spreading the salt in the form of a concentrated saline solution. In order to further examine the possibility of saving salt, a project was carried out from The research testing area was the motorway across Funen, in both directions between the cities of Nyborg and Middelfart (Route E20). The project was carried out with a subsidy for development programs from the Danish Environmental Protection Agency. 11

12 2.2 Project objectives The major objective of the project is to find methods and document activities, which enable a cutback of salt quantities used for winter road maintenance without decreasing the efficiency, and reduce the environmental impact in comparison with the currently used methods. The work committee decided to carry out this study by comparing the spreading of salt by means of a traditional prewetting spreader and a liquid spreader (both spreaders of the EPOKE brand). The comparison was based on the following parameters: A) Sensors built into the traffic lane for measurements of residual salt. B) Photos and video recordings C) Inspection by means of 4 permanently installed video cameras in the center strip, by means of mobile video cameras, as well as by direct visual observations made by the committee members themselves. Parameters such as dew point temperature, road and air temperatures, wind speed and direction as well as the relative humidity were obtained from a nearby Road Weather Information System (Odense-S). 2.3 Salt spreading using prewetted salt Prewetted salt consists of 70% dry salt and 30% brine (22% NaCl). The freezing point lowering effect of salt is dependent on the presence of moist/water. The following advantages have been gained by switching from traditional spreading of dry salt to the spreading of prewetted salt: The salt remains on a dry road surface for a significantly longer period of time, as the adhesiveness is better. This property enables preventive salt spreading on dry roads, thereby increasing the safety. In this way repetitive saltings may be saved. The working speed may be increased to approx km/h versus approx km/h when using dry salt. Thus the salt spreading task may be completed faster, or the salting route may be extended, whereby it will be possible to reduce the number of winter road maintenance vehicles. Prewetting works faster in case of glazed frost ice on the road surface. The distribution of prewetted salt is more uniform than the distribution of dry salt. Furthermore, recent experience and studies still show big salt losses off the traffic lanes. In a salt spreading study carried out by the Danish Road Directorate and the Danish counties bigger salt losses than expected and desired were demonstrated. This study made use of an Epoke prewetting spreader featuring a 5-m³ capacity and a 2-12 meter spreading width (in 1-m intervals). The spreader was capable of spreading dosages ranging from 3.8 to 30.8 g/m². This study, however, used amounts ranging from 7.7 to 11.5 g/m². 12

13 2.4 Salt spreading - using liquid (brine) The distribution of a liquid saline solution, called brine, on the road surface is done by means of NaCl in a 22% solution. 2.5 Climatological conditions for liquid spreading In countries such as Denmark many different types of weather situations characterize the winter period. The weather switches between frost, thawing, snow, rain, wind, sun etc. Denmark has coastal climate, and therefore, temperatures do not drop as significantly as in countries with continental climate, thus increasing the possible use of liquid spreading. In the beginning of the 1980s a national road weather information system was established, making it possible for individual road authorities to initiate a call-out for preventive salt spreading, i.e. before ice is formed. The average number of days with temperatures below 0 C is approx. 80, and snowfall occurs between 5-10 days per year [Danish Meteorological Institute]. In other words, the climate forms a good basis for using liquid spreading, which is also confirmed by the fact that many Cities are using liquid to prevent slipperiness on paths and pedestrian areas. 2.6 Porous asphalt It is the opinion of the Danish Road Directorate that the use of brine on porous asphalt and other similar open road surfaces is less suitable, as it causes an overconsumption of liquid, because the liquid runs into the pores. As a result, the distribution of a significantly larger amount of ml/m² is required. 2.7 Advantages of liquid spreading The liquid is active immediately after application. The liquid does not blow off the road surface. Liquid distribution is possible at higher speeds, i.e. faster completion of a salting route and thus less inconvenience to traffic. However, this requires the use of nozzle spreaders. A predefined liquid distribution across the road lanes is possible by means of the liquid system. Suitable for preventive spreading due to the long-term effect. Less salt results in less road damage and fewer rust problems. Reduced environmental impact. Whenever possible, the liquid must be distributed preventively also when the weather forecast predicts snow or freezing rain. In case of snowfall the use of a snow plow is required, which must be able to clear snow all the way down to the road surface. During continuous snowfall the salt spreading must take place immediately after snow clearing in order to prevent the snow from freezing into the road surface. 13

14 2.8 Methods for distribution of prewetted salt or liquid Prewetted dry material via spreading disc Prewetting spreaders use a rotating spreading disc to distribute the material onto the road surface. By means of the spreading disc rpm and opening angle etc. it is possible to adjust the spreading width and spreading pattern Liquid via nozzles Two types of nozzles are used in connection with liquid spreading: jet nozzles and fan nozzles. Nozzles are typically mounted on a spray boom and are capable of spraying the liquid with great precision. Jet nozzles provide the option of liquid spraying at high speeds, because they shoot the liquid to the road surface at a high speed. Thus liquid spraying may be performed at speeds up to 85 km/h. When the liquid hits the road surface, it is distributed immediately due to the splash and subsequently by passing vehicles. Side nozzles are jet nozzles that shoot the liquid to the side and to the rear at the same time at a speed equal to or exceeding the traveling speed of the truck. It is possible to achieve a spreading width of 10.5 meters when using side nozzles. Fan nozzles are typically used in areas of low traffic intensity (such as bike paths). Therefore, the liquid must be distributed right when it has been sprayed out. Obviously, this nozzle type is more susceptible to wind, and therefore the delivery speed is also substantially reduced in order to minimize driftage Liquid via spreading disc Liquid is delivered via a spreading disc, which is a simpler system than the nozzle system. In return this method is not quite as accurate as the nozzle system. The maximum achievable spreading width using a spreading disc is 8 meters. It is not possible to exceed this spreading width by using liquid, because it will atomize and blow away Prewetting spreading versus liquid spreading Hoar frost situations. Hoar frost formation is conditioned on the road temperature being below 0ºC as well as lower than the air dew point temperature. Oftentimes more than 50% of all turn-outs for winter road maintenance per season take place during hoar frost. This was also true for the winters of the study period. Based on observations from the 2 winter seasons of the study period, the following conclusion may be drawn: In hoar frost situations 5.2 g of NaCl/m² was distributed in the form of brine, and 7.7 g of NaCl/m² in the form of prewetted salt. Nothing in the studies indicates a difference in the winter road maintenance. The two methods are equally effective in cases of hoar frost. Snow situation. When the weather forecast predicts snow, it is supremely important to spread salt on the roads prior to the snowfall. If the salt spreading 14

15 takes place too late, the snow will compact and subsequently be very difficult to remove. If the snowfall lasts a long time, ploughs must be brought into action. In order to minimize the salt consumption in this process, it is highly important that the snow plows used are capable of clearing all the way down to the road surface. The present study made use of the same procedure and plow type for all 4 lanes. Snow clearing was initiated when 3-5 cm of snow had fallen. After each runthrough with the snow plow, salt spreading was repeated. The use of the stationary cameras turned out to be extremely illustrative, because it was possible to closely follow the development and the effect of the two spreading methods in either road direction from the start of the snowfall. These pictures have been enclosed on a CD in the final report, which is available upon request from the Danish Road Directorate. Pictures as well as video recordings clearly show that the westbound fast lane (on which brine was used) is still covered with snow. The result was compared with the results from the salt spreading tests performed at Tirstrup Airport. The main objectives of these tests were to find out how the disc spreaders used today actually distribute salt under various conditions. Repeated testing here showed that none of the participating prewetting spreaders (3 different brands) were capable delivering a satisfactory spreading pattern. The Epoke prewetting spreader used in this study had a tendency to spread more to the lefthand side than to the right-hand side of the lane. It appears that by increasing the salt quantity in the fast lane it is possible to compensate for the heavy traffic in the slow lane and thus achieve a more uniform service level in both lanes. Since there is no overdosing of brine in the westbound fast lane, which shows a uniform spreading pattern across the road, snow remains in the fast lane. Going through the pictorial material and personal observations of the testing area, it is the opinion of the work committee that the overdosing by the prewetting spreader in the fast lane is more expedient in a snow situation than the uniform distribution by the liquid (brine) spreader. This study shows that spreading of brine does not have the same positive effect as spreading with prewetted salt, however, keeping the above in mind, the study will continue. 15

16 2.8.5 The future and further developments The Liquid Group agrees that a close cooperation between the Danish Road Directorate, the County of Funen and Epoke A/S must continue in the future with the purpose of refining the spread rate and the spreading pattern, in order to spread only the minimum amount required to ensure maximum level of traffic safety and passable roads. The topics discussed include: Residual salt measurements. Efforts to find a good method for residual salt measurements on motorways must continue, and thus the studies of verifying the connection between the traffic load and the breakdown of salt may be continued. Spreading equipment. Experience so far shows that spreading by means of nozzles provides a very high degree of accuracy in the spreading pattern and a good traveling speed for the truck cortege. However, it must also be investigated whether liquid spreading by means of a spreading disc is capable of providing the necessary result at higher speeds. Spreading rates in truck lanes. It appears that the salt requirements decrease, when traffic is heavy. This is true, for example, when comparing the slow and the fast lane on a motorway. Due to the higher speed in the fast lane, the friction requirement in the fast lane is also higher. As a result of this observation, the fast lanes on the Funen motorway will receive a higher salt dosage than the slow lanes in the future. So far an average brine dosage of 5.2 grams of salt/m² have been chosen for most preventive salt spreadings. Therefore, the coming winter will be used to find out whether brine dosages of 5.2 g of salt/m² in the fast lane and 3.1 g of salt/m² in the slow lane are sufficient in hoar frost situations. The percentage distribution on the roadway will be the same in snow situations; however, the liquid amount will be higher. The parties involved will continue their efforts to reduce the salt consumption, and therefore, the advantages and disadvantages of the two salt spreading methods will also be recorded this coming winter. In conclusion it should be mentioned that the salt consumption on state and county roads in connection with snowfall during the winters of 2000/2001 and 2001/2002 amounted to 30% and 50%, respectively, of the total salt consumption used for winter road maintenance. 16

17 3 Indledning Til glatførebekæmpelse på det overordnede vejnet i Danmark anvendes næsten udelukkende salt (natriumklorid). Øget opmærksomhed på saltets belastning af miljøet og den store udvikling i materiel og metoder har medført muligheder for en mærkbar reduktion af det gennemsnitlige saltforbrug pr. udkald. Glatførebekæmpelse med salt (NaCl) tog fart i 50erne og 60erne med anvendelse af tørsalt. I 70erne kom de første saltspredere, som kunne sprede befugtet salt og i 90erne begyndte man i visse situationer at udsprede en koncentreret saltlage. Det samlede saltforbrug er ikke faldet tilsvarende, da andelen af veje der saltes har været stigende. De glatførebekæmpelsestyper denne rapport omtaler, er NaCl i form af saltlage (22 % saltopløsninger) og fugtsaltning (70 % tørsalt + 30 % saltlage). I 1998 blev det besluttet at nedsætte en arbejdsgruppe med henblik på at sammenligne disse saltningsmetoders virkning. Baggrunden for beslutningen var bl.a. at man i Fyns amt havde udført forsøg [1] med lagespredning og sammenlignet disse med traditionel fugtsaltspredning. Forsøgene viste bl.a., at der var større relativ restsaltmængde på vejen efter anvendelse af saltlage end efter fugtsalt. Eksempelvis kunne man 2 timer efter spredning med fugtsalt registrere en restsaltmængde på 68 % og ved spredning af saltlage en restsaltmængde på 89 %, alle målinger udført på amtsveje. Man er med tiden også blevet mere opmærksom på det forhold, at den overvejende del af saltninger finder sted ved temperaturer ned til min. -3 o C. Til at imødegå glatføre i disse situationer er det ifølge [1] kun nødvendigt at udsprede ca. 5,2 g. salt/m 2 som saltlage, hvor man i dag typisk udspreder ca.. 7,7 g/m 2 som befugtet salt. Hvis man ønsker at reducere saltforbruget uden at ændre på serviceniveau og trafiksikkerhed, er dette således muligt ved enten at tilsætte mere væske til tørsalt eller ved at sprede saltet i form af en koncentreret saltlage. For yderligere at belyse muligheden for at spare salt, er der i gennemført et projekt hvorforsøgsområdet er motorvejen på Fyn (Rute E20) mellem Nyborg og Middelfart i begge retninger. Projektet er gennemført med tilskud fra Miljøstyrelsen under "Udviklingsordningen - Program for renere produkter m.v." 17

18 18

19 4 Projektets mål Projektets overordnede formål er at anvise veje og dokumentere aktiviteter, som muliggør en reduktion af den mængde salt, som udlægges til glatførebekæmpelse, uden at effektiviteten forringes, hvorved miljøpåvirkningen bliver mindre end med de hidtil anvendte metoder. Arbejdsgruppen valgte at foretage denne undersøgelse ved at lave en sammenligning mellem salt udspredt med en traditionel fugtsaltspreder og en til formålet specielt fremstillet væskespreder, begge af fabrikat EPOKE. Sammenligningen blev foretaget på grundlag af følgende parametre: Sensorer indbygget i kørebanen til måling af restsalt. Billedoptagelser Inspektion - visuelle observationer Arbejdsgruppens medlemmer ("Væskegruppen"), består af: Civilingeniør Per Simonsen (indtil 1/1 2002) Vejdirektoratet Civilingeniør Freddy Knudsen Vejdirektoratet Distriktsingeniør Bent N. Thomsen Vejdirektoratet Civilingeniør Jens Kristian Fonnesbech Fyns Amt Sektionsingeniør Peter Overgaard Fyns Amt Distriktsingeniør Helge H. Jørgensen Fyns Amt Værkfører Vagn Nielsen Fyns Amt Adm. Direktør Jørn Christensen Epoke A/S Projektchef Lorentz Hansen Epoke A/S Civilingeniør Michel M. Eram M.E. Consulting 19

20 20

21 5 Forsøgsopstilling og dataregistrering 5.1 Generelt Nærværende undersøgelse er fortaget på den fynske motorvej (Rute E20) mellem Nyborg og Middelfart i vinteren 2000/01 og vinteren 2001/02. Et specielt måleområde med sensorer indbygget i vejbanen var placeret ved tilslutningsanlægget "Odense Syd" (km km ) Fra en nærliggende glatføremålestation (Odense-S) indhentedes dugpunkt, vej- og lufttemperaturer, vindhastighed og -retning, samt den relative fugtighed. Data kom som aktuelle observationer, der opdateres hver 10. minut. Visuelle observationer blev foretaget via 4 stk. fastmonterede kameraer i motorvejens midterrabat, via mobile videokameraer samt direkte observationer af udvalgets medlemmer. (se punkt 4.7) 5.2 Sensorer indbygget i kørebanen til måling af restsalt Fra det finske firma Vaisala blev indkøbt 24 vejsensorer til registrering af den mængde salt (restsalt) som er tilbage på kørebanen på forskellige tidspunkter efter udspredningen. Vaisala havde stillet i udsigt, at sensorerne ved registrering af vandhindtykkelse og ledningsevne i opløsningen kunne angive restsaltmængde. De 24 sensorer blev installeret i vejens overflade som angivet på figur 1. Efter mange forsøg og møder med leverandøren Vaisala måtte man konstatere, at det ikke var muligt at få tilstrækkelig pålidelige resultater om restsaltmængden. De overvejelser og beregninger, som er gået forud for denne konstatering er, at der ikke findes nogen form for korrelation mellem måleresultater fra sensorer placeret med 60 m's indbyrdes afstand. Det er gruppens opfattelse, at det er tvivlsomt om fortsat arbejde med data fra Vaisalasensorene - selv under de mest gunstige forhold (stor vandhindetykkelse) - kan give nogle indikationer om nedbrydningsmodellen for NaCl udspredt som lage eller fugtsalt på en kørebane. Fra starten har det været overvejet at anvende den manuelt betjente restsaltmåler "SOBO 20", men det blev vurderet at det ville blev for kostbart at gennemføre (store udgifter til afspærring af motorvejen). 21

22 22 Figur 1 Situationsplan af forsøgsområde

23 5.3 Saltmængder I nærværende rapport anvendes følgende omsætning mellem dosering og mængden af rent salt: 20 ml/m 2 saltlage = 5,2 g/m 2 rent salt 10 g/m 2 fugtsalt = 7,7 g/m 2 rent salt Når der senere i rapporten angives g/m 2 er det altid angivet som mængden af rent salt i g/m 2. I "normale" udkaldssituationer (Rim) anvendtes i de vestgående vejbaner saltlage svarende til 5,2 g/m², og i de østgående vejbaner anvendtes fugtsalt svarende til 7,7 g/m². I de "hårde" udkaldssituationer (Sne) anvendtes i de vestgående vejbaner saltlage svarende til 11,7 g/m 2 og i de østgående vejbaner anvendtes fugtsalt svarende til 11,7 g/m². Altså nøjagtig samme mængde rent salt/m 2 for snevejr præventivt. Der gøres opmærksom på den generelle usikkerhed, der er i dosering ved spredning af salt. Ved kontrolvejninger af saltspredere, før og efter spredning, er store afvigelser fra det af sprederen målte ikke ualmindelige! Væskesprederen, der er brugt som grundlag i denne rapport, viste sig ved en kontrolvejning i januar 2003 i en snesituation, at have spredt ca 25% mindre end sprederens måleudstyr viste. Det vides ikke om samme fejl gør sig gældende i En evt. fejl vil kun styrke konklusionerne til fordel for væske. 5.4 Variationer i vejens tværsnit De variationer, der konstateres mellem de enkelte vejbaner, kan bl.a. skyldes: Variation i trafikintensiteten mellem de 4 vejbaner. Systematisk variation som følge af spredefordelingen. Systematisk variation som følge af kørselsretning ved spredning. Vindens påvirkning på tværs af vejen. Variation mellem de to målesnit med 60 m's afstand. (sensor-målingerne) 5.5 Trafikintensitet Trafikbelastningen blev registreret ved en tællestation mellem ramperne ved afkørsel 51 (km 161.5). Registreringen angav belastningen time for time for forskellige typer af køretøjer. Årsdøgntrafikken på den fynske motorvej er ca

24 5.6 Overvågning og registrering af saltspredning Udkald til saltning blev foretaget samtidigt i begge retninger. Samtlige spredere, der blev benyttet under forsøget, var forsynet med GPS-udstyr, der løbende overførte data til VINTERMAN LIGHT i vintersæson 2002 (VINTER- MAN Light er et vinter management system som indeholder funktioner til hjælp ved overvågning, registrering og opfølgning på saltninger og snerydning) om spredernes position, hastighed, indstillede doseringsmængde og spredebredde. Informationerne blev dels benyttet til at sikre et ensartet forløb, og dels til at kontrollere forholdene under og efter udførelse. 5.7 Kameraobservationer Kameramasten er placeret i vejens midterrabat i måleområdet for sensorerne. Der er installeret 4 kameraer fordelt med 2 til hver side af motorvejen. Af de 2 benyttes det ene til at fokusere direkte på belægning, mens det andet er justeret til at give billede af de to vejbaner. Da de fleste udkald finder sted om natten, blev kameraerne forsynet med infrarødt lys til at sikre et klart syn i nattemørke. Siemens, som var teknisk ansvarlig for løsningen, Figur 2 Videomasten placeret i vejens midterrabat. benyttede sig af en række hardwareløsninger, der gjorde det muligt at gemme billederne i et vilkårligt tidsinterval efter eget ønske. Desuden blev der installeret software programmer i hhv. Fyns amts vagtcentral, Distrikt syd (Vejdirektoratet) og Vejdirektoratet i København til at kunne følge udviklingen under en ønsket situation. Kameraobservationerne er samlet i bilaget (Cd-rom). 24

25 5.8 Overvågning og videooptagelser Som supplement til filmoptagelserne fra de faste kameraer er der med videokamera optaget situationer fra området øst for den faste kameraopstilling mellem Langeskov og Nyborg. Optagelserne viser resultatet af de to forskellige glatførebekæmpelsesmetoder i en snesituation. Optagelserne findes i bilaget. Arbejdsgruppens medlemmer har herudover ved personlige observationer på strækningen mellem Nyborg og Middelfart nøje vurderet de to saltningsmetoders effektivitet. 25

26 26

27 6 Klima I lande som Danmark optræder der i løbet af en vinterperiode mange forskellige vejrsituationer. Vejret skifter mellem frost, tø, sne, regn, blæst, sol osv. I starten af 80erne påbegyndtes etablering af et landsdækkende glatførevarslingssystem, som gør det muligt for vejmyndigheden at udkalde til saltning inden glat føre optræder. Det glatte føres udbredelse og intensitet afhænger både af den generelle vejrsituation og det lokale klima. Ved at sammenholde informationer fra målestationer og fra prognoser samt ved kendskab til det lokale klima indenfor området, får den vagthavende vejmand/ingeniør et grundlag for at bedømme, hvilke forholdsregler der skal iværksættes. Antallet af dage med temp. under 0 0 C er gennemsnitlig omkring 80. Sne forekommer mellem 5-10 dage om året [Danmarks Meteorologiske Institut]. Fyns amt: Området vest og syd for Odense er ret kuperet og har derfor koldt lokalklima i lavningerne. Ved kolde nordøstenvinde er især Nordvest-Fyn udsat for kraftige snebyger, hvorimod kolde nordenvinde kan give snebyger langs østkysten og videre til Langeland. Kuldefremstød fra øst kan give store snemængder på Sydfyn og på øerne. Som det fremgår af tabellen, sker der omkring 100 udkald (saltninger for rim og sne) på det overordnede vejnet i løbet en "normal vinter". Vinter Saltforbrug "Total udkald" Tons 1989/ / / / / / / / / / / / / Tabel 1 Oversigt over saltforbruget og antal udkald på stats- og amtsveje for de sidste 13 vintersæsoner. Den ovennævnte tabel viser bl.a. et årligt saltforbrug for km statsveje samt km amtsveje. På de km kommuneveje bruges en tilsvarende mængde. Det skal bemærkes, at statsvejene står for 25% af trafikarbejdet på det samlede vejnet i Danmark. 27

28 28

29 7 Spredeudstyr 7.1 Saltning med befugtet salt (Fugtsalt) Befugtet salt (fugtsalt) består af 70 % tørsalt og 30 % saltlage (22 % NaCl). Saltets frysepunktssænkende virkning er betinget af, at der er fugt/vand tilstede. Ved ændringen af glatførebekæmpelsen fra traditionel spredning af tørsalt til spredning af befugtet salt har følgende fordele vist sig: Saltet bliver på en tør vejbane i væsentlig længere tid, da den har en bedre "klæbeevne". Denne egenskab muliggør en præventiv saltning også på tørre veje, hvorved sikkerheden forbedres. Derved kan nogle gensaltninger spares. Gennemkørselshastigheden kan øges til ca km/t mod ca km/t ved tørsaltning. Dette kan udnyttes til enten at afslutte saltningen hurtigere eller at gøre saltdistrikterne længere og dermed at spare saltspredere og lastbiler. Befugtningen giver en hurtigere virkning, hvor der allerede er dannet isslag. Der opnås en mere ensartet spredning af saltet end ved spredning med tørsalt. Fugtsaltning kræver investeringer i fugtsaltspredere, som er dyrere og mere avancerede end traditionelle tallerkenspredere til tørsalt. Den kræver endvidere mere uddannelse og indkøb af blandeanlæg. Hertil kommer at avanceret udstyr ofte er mere sårbart. De senere års erfaringer og forsøg har desuden vist, at der stadig er store tab af saltet uden for kørebanen. Under Saltspredningforsøget fortaget af Vejdirektoratet samt Amterne i Danmark, har man i visse tilfælde erfaret et større tab end forventet og ønskeligt [2]. De mange fordele har dog bevirket, at man på det overordnede vejnet næsten udelukkende anvender fugtsaltning til kørebanerne. Tallerkenspredere: Princippet i denne spredemetode er, at en roterende spredeskive slynger materialet ud over kørebanen. Ved hjælp af spredeskivens omdrejningshastighed og åbningsvinkel mm. er det muligt at justere spredebredden og spredebilledet. Til forsøget anvendtes en Epoke fugtsaltspreder med et volumen på 5 m3 og spredebredde 2-12 m i intervaller på 1 m. Sprederen kunne dosere fra 3,8 til 30,8 g/m2. I forsøget brugtes saltmængden 7,7 til 11,5 g/m2. Figur 3 Fugtsaltspreder. 29

30 7.2 Saltning med væske (saltlage) Omsorg for miljøet Væskespredning er indført i løbet af 1990erne, hvor enkelte fremsynede vejmyndigheder havde konstateret, at spredning af væske kunne være tilstrækkeligt i situationer, hvor temperaturen svinger omkring frysepunktet eller kun når ned på beskedne frostgrader. Når dette var interessant, skyldtes det de store saltbesparelser, der herved kunne opnås, hvorved miljøet blev tilgodeset. Man taler typisk om besparelser på ca. 30%, afhængig af de eksisterende spredemetoder i anvendelse. Der findes to typer spredere, der kan udlægge væske, nemlig væskespredere og kombispredere. Væskespredere kan kun udlægge væske, og kombispredere kan udover væske tillige udlægge befugtet materiale og tørstof. Størst udbredelse har kombispredere, medens væskespredere endnu har mindre udbredelse. Det er klart, at alle interessegrupper (vejmyndigheder, miljøorganisationer og producenter) har interesse i at mindske saltforbruget i forbindelse med vintertjenesten. Hvis det derfor kan påvises, at væskespredning er mindst lige så effektiv som spredning af befugtet salt, vil mange vejmyndigheder overgå til væskespredning, enten med væskespredere eller kombispredere. Gruppen har således stillet sig den opgave at påvise om dette er muligt Definition af væskespredning Udlægning af en flydende saltopløsning, kaldet saltlage på vejbanen. I nærværende forsøg er anvendt NaCl i en 22 % opløsning. Væskespredning er ikke at sammenligne med spredning af befugtet salt, hvor blandingen af saltlage med tørstof (salt) finder sted på spredeskiven Hvordan fremstilles saltlage Saltlagen fremstilles i blandeanlæg, som er automatisk styret for at tilsikre den rette koncentration. Blandingshastigheden er typisk fra 5000 liter lage pr. time til liter lage pr. time. Når saltlage skal anvendes til glatførebekæmpelse som den eneste saltningsform, er det vigtigt at blandingen sker således, at der ikke ved et uheld kan produceres saltlage med mindre saltindhold end det stipulerede. 1 Den udspredte mængde består således af 30 % saltlage og 70 % tør salt. 30

31 7.3 Forudsætninger for væskespredning Klimatologiske forudsætninger De bedste betingelser for væskespredning eksisterer, når temperaturen svinger omkring frysepunktet. Kystklima er ofte ideelt for væskespredning, og dette er formentlig én af grundene til, at væskespredning vinder frem i Danmark og det sydlige Skandinavien. Også i områder hvor temperaturen erfaringsmæssigt ikke går meget under frysepunktet, som fx Sydfrankrig og Italien er det hensigtsmæssigt at anvende væskespredning og det bliver da også gjort i nogen udstrækning. I Danmark går tendensen i retning af at anvende væske i stigende omfang bl.a. på grund af den positive miljømæssige effekt. Områder som Belgien, England og Holland er også egnede områder for væskespredning på grund af et mildt klima (kystklima). Alligevel er væskespredning ikke udbredt her, hvilket bl.a. forklares med anvendelsen af åben asfalt. Det er Vejdirektoratets opfattelse, at anvendelse af saltlage på drænasfalt og andre lignende åbne belægninger medfører et overforbrug af væske, fordi væsken løber ned i porerne. Dermed skal der udlægges et væsentligt større antal ml/m². Væskespredning er således bedst egnet til forholdsvis tætte asfaltbelægninger Fordele Hvilke fordele medfører væskespredning med saltlage: Væsken er aktiv umiddelbart efter udlægning Væsken blæser ikke af vejbanen. Væsken kan udbringes ved højere hastighed, dvs. hurtigere saltning og mindre gene for den øvrige trafik. Dette forudsætter dog anvendelse af dysespredere, se pkt. 7. Væske udlagt via dyser kan sikre en forudvalgt fordeling på vejen. Velegnet til præventiv spredning på grund af langtidsvirkningen Mindre salt medfører færre vejskader og færre rustproblemer Mindre miljøbelastning Krav til minimering af saltforbrug. Væsken skal spredes præventivt når det er muligt, også ved udsigt til sne og isslag Ved snefald skal anvendes en plovtype, der er konstrueret på en sådan måde, at den går tættest muligt på vejbaneoverfladen Under vedvarende snefald skal saltning foretages lige efter sneploven for at forhindre fastfrysning af sneen på vejens overflade. 31