1. No category

S T A T E N S
V Ä G I N S T I T U T
STOCKHOLM
R A P P O R T 20
KALCIUMKLORIDENS
D A M M B IN D N IN G SF Ö R M Å G A VID
LÅG T E M P E R A T U R
On the Dust Binding Capacity of Calcium Chloride at Low Temperature
AV
H. A R N F E L T
1948
F Ö R T E C K N IN G
Ö VER
RAPPORTER
FRÅN
SVENSKA VÄGINSTITUTET
O CH
STATENS
VÄGINSTITUT
1.
E rfarenh eter frå n j)rovväg<en vid B ålsta under åren 1932 ocli 1933, av N. von
Matern och S. Hallberg ............................................................................................................
2. Vägbeläggning-ar på landsbygdens allm änna vägar i Sverige den 1 jan u ari 1934
3. Y ägbeläggningar på landsbygdens allm änna vägar i Sverige den 1 ja n u a ri 1935
(Utgången) ...................................................................................................................................
4. Hyvelblandning på kustvägen norr om K alm ar år 1935, av N. von M a t e r n
5. Y ägbeläggningar på landsbygdens allm änna vägar i Sverige den 1 ja n u a ri 1936
6. Y ägbeläggningar på landsbygdens allm änna vägar i Sverige den 1 ja n u a ri 1937
7. Yägtbeläggningar på landsbygdens allm änna vägar i Sverige den 1 ja n u a ri 1938
8. Y ägbeläggningar på landsbygdens allm änna vägar i Sverige den 1 jan u ari 1939
9. M askinblandning av grusvägbana Södra Åsbo 1938— 1939, av G. Beskow, ( U t­
gången) ..........................................................................................................................................
10. Y ägbeläggningar på landsbygdens allm änna vägar i Sverige den 1 jan u a ri 1940
11. M öjligheter till ökad användning av su lfitlu t i S v e rig e ................................................
12. Bomullsväv som inlägg i bitum inösa beläggningar av S. Hallberg och A. Hjelm ér
13. Y ägbeläggningar på landsbygdens allm änna vägar i Sverige den 1 jan u ari 1941
14. N ågra undersökningar av .sulfitlut, av H. A rn fe lt ........................................................
15. Provväg med olika pågrus vid Derome i H allands län av A. Hjehner och B. Liljeqvist .......................................................................................................
16. A vnötningsm ätningar på sm ågatstensbeläggningar ........................................................
17. Y ägbeläggningar på landsbygdens allm änna vägar i Sverige den 1 ja n u a ri 1943.
( U t g ån g en) ...................................................................................................................................
18. M öjligheter a tt använda hård rum änsk a sfa lt till vägbeJäggningar av S. Hallberg
19. Förslag till enhetlig benämning av bitum inösa bindemedel. U niform Classification
of Bituminous Products According to their Tem peratures a t a Viscosity of 500
centistokes av S. H a l l b e r g ........................................................................................................
20. Kalciumkloridens dam m bindningsförmåga vid låg tem peratur. On the Dust B ind­
ing Capacity of Calcium Chloride a t Low Tem perature .................................................
1933
1934
1935
1936
1936
1937
1938
1939
1939
1940
1940
1941
1941
1941
1941
1941
1943
1943
1945
1948
KALCIUM KLORIDENS DAMMBINDN IN G SF Ö R M Å G A VID
LÅG
TEMPERATUR
Under gångna år har på flera håll gjorts den iakttagelsen, att kalciumkloridbehandlade grusvägar dammat starkt under barvinter vid minustemperatur. Till
statens väginstitut har därför riktats den frågan, om damningen möjligtvis kunde
bero på att kalciumklorid icke har någon förmåga att binda damm vid låg tem­
peratur eller om det finns någon annan orsak, som åstadkommer att vägbanan
dammar under barvinter, trots att kalciumklorid tillförts vid tidigare tillfälle.
F ö r att man skall kunna giva ett uttömmande svar på denna fråga, måste man
under tiden för inträffad damning studera den dammande vägbanans egenskaper
med avseende på väggrusets gradering o. d., vägbanans halt av kalciumklorid och
de klimatiska faktorerna. Man måste vidare känna till de egenskaper hos kalciumkloriden själv, som bestämma dess förm åga att binda damm. De först uppräk­
nade omständigheterna har väginstitutet icke varit i tillfälle att närmare studera,
men med utgångspunkt från kalciumkloridens egna egenskaper, kunna några
slutsatser dragas, som äro ägnade att till en del giva svaret på den nämnda frågan.
I det följande kommer att givas en kortfattad redogörelse för de egenskaper
hos kalciumkloriden, som äro förbundna med dammbindningsförmågan och de
slutsatser, man kan draga angående kalciumkloridens dammbindning vid olika
temperaturer och deras tillämpning på frågan om dammbindningen vid låg tem­
peratur.
Dammbindning i en vägbana kommer till stånd därigenom att vägbanan till­
föres ett ämne, som har förmåga att klibba tillsammans de olika gruskornen i
vägbanan. Den enklaste åtgärden i detta hänseende är det gamla sättet att vattna
vägbanan. Vattnet åstadkommer på grund av sin ytspänning att kornen i väg­
banan häfta vid varandra genom förmedling av en tunn hinna av vatten mellan
dem, vilket förhindrar att de fina kornen damma bort. E n vägbana, som är våt
av vatten, torkar när den relativa fuktigheten i luften ovanför vägbanan är mindre
än ioo % , vilket nästan alltid är fallet, utom vid regn eller daggbildning. Om
torktiden är tillräckligt lång, hinner allt vatten försvinna från vägbanan och denna
börjar ånyo att damma.
Kalciumkloridens egenskap av dammbindande ämne är en följd av dess förmåga
att med vatten, som finnes i en vägbana, eller med vattenånga i luften bilda en
dammbindande vattenlösning, som icke torkar bort, även då den omgivande luften
har en tämligen låg relativ fuktighet.
F ig . 1.
J ä m v ik tsd ia g ra m fö r k a lc iu m k lo r id —v a tten .
H e ld ra g n a lin jer:
F in d ra g n a
,,
:
S treck a d e
,,
:
K o n ce n tr a tio n sg r ä n ser .
R e la tiv fu k tig h e t.
V a tten å n g a n s tr y c k ö v er ilösn in gen i m illib a r
(1 000 m illib a r = 750 mm k v ic k s ilv e r ) .
Denna dammbindnings förmåga hos kalciumklorid är sålunda förbunden med
uppkomsten av denna lösning. Den dammbindningseffekt, man kan erhålla av
en bestämd vikt kalciumklorid, är i första hand bestämd av den därav uppkomna
kaiciumkloridlösningens volym, vilken växlar med temperatur och relativ fuktighet.
N är vattenfri kalciumklorid sammanbringas med vatten eller vattenånga, upp­
stå först efter varandra olika fasta kemiska föreningar mellan kalciumkloriden
och vattnet, s. k. hydrat, och därefter den nämnda lösningen av kalciumklorid i vat­
ten. Dessa hydrat och lösningen kunna var för sig existera under obegränsad tid,
om vissa förutsättningar äro uppfyllda beträffande temperatur, relativ fuktighet
och koncentration (dvs. förhållandet mellan kalciumkloridens vikt och vattnets och
kalciumkloridens sammanlagda vikt). De experimentella erfarenheter, som ha
gjorts härom, kunna sammanfattas i ett temperatur-koncentrationsdiagram, ett
s. k. jämviktsdiagram, vilket är återgivet i fig. i. Orsaken till att man kallar detta
diagram för jämviktsdiagram är, att det endast är tillämpligt, då ett jämviktstill­
stånd råder mellan vattnet och kalciumkloriden. Detta tillstånd in träffar, sedan
man låtit alla tillståndsfaktorerna, temperatur, relativ fuktighet och koncentration
vara oförändrade en tillräckligt lång tid. Om man därefter förändrar dessa
faktorer, förändrar sig också systemet kalciumklorid-vatten i riktning mot ett
nytt jämviktstillstånd, svarande mot de nya förhållandena.
Om hastigheten i förändringen utsäger diagrammet ingenting. Denna är näm­
ligen beroende på olika omständigheter i varje enskilt fall och kan icke förallmän­
ligas på samma sätt som jämviktstillståndet, vilket är lika för alla enskilda sys­
tem av kalciumklorid och vatten, när de tillståndsbestämmande faktorerna äro lika.
Jämviktsdiagrammet i figur i omfattar endast de temperatur- och koncentrationsområden, som äro av intresse för dammbindningen, nämligen temperatur­
området —- 2 5 0 till + 50° och koncentrationsområdet o till 60 % kalciumklorid.
De tjocka linjerna i diagrammet angiva koncentrationsgränserna för lösningen
av kalciumklorid i vatten och för de hydrat, som bildas inom det koncentrationsområde diagrammet omfattar. Hydratens koncentrationsgränser äro så snäva,
att i diagrammet den övre och den undre gränsen sammanfalla.
Linjen AO , som är den undre koncentrationsgränsen för lösningen vid en tem­
peratur över o°, svarar mot rent vatten. Linjen O B är lösningens undre koncentrationsgräns, då temperaturen är lägre än o°. N är koncentrationen av kalcium­
klorid är lägre än denna gräns, uppträder is i lösningen. Lösningens mängd min­
skar, när man i diagrammet rör sig mot koncentrationen noll, där endast ren is
existerar. (Linjen O C).
N är lösningens övre koncentrationsgräns överskrides, uppträder i lösningen
ett fast hydrat, under 30° hexahydratet, CaCl2,6H 20 , över 30° tetrahydratet,
CaCl2,4H 20 , och över 420 dihydratet, CaCl2,2H 20 . V id ännu högre koncentra­
tion av kalciumklorid försvinner lösningen och efter varandra uppträda de fasta
hydraten, hexahydratet, tetrahydratet, dihydratet och monohydratet, CaCl2,H 20 ,
och det vattenfria saltet, CaCl2. Ingen av de nämnda substanserna torde kunna
tillskrivas någon dammbindande verkan.
I luften över vattenhaltig kalciumklorid och över vattenlösningen råder i jäm ­
viktstillståndet vid bestämd temperatur ett bestämt tryck av vattenånga och där­
med en bestämd relativ fuktighet. Ändras den relativa fuktigheten, så avges eller
upptages vatten ända tills kalciumkloridkoncentrationen blivit den, som svarar
mot jämviktstillståndet vid den nya relativa fuktigheten.
De fina linjerna i diagrammet sammanbinda punkter, där den relativa fuktig­
heten över kalciumkloridlösningen har det värde, som utmärkts vid varje linje.
De experimentella bestämningar, som ligga till grund för dessa linjer, äro ganska
få och delvis också osäkra, varför linjernas dragning är i någon mån hypotetisk,
men de ge dock en överblick över den relativa fuktigheten med en noggrannhet,
som mycket väl räcker till vid studiet av kalciumkloridens dammbindnings förmåga.
De streckade linjerna sammanbinda punkter, där vattenångans tryck är det,
som angives av dessa linjer. Man ser av linjerna, att vattenångans tryck vid
olika temperaturer är ganska olika, vilket har betydelse för temperaturens in­
flytande på den hastighet, varmed en kalciumkloridlösning ändrar sin koncentra­
tion, då den relativa fuktigheten förändras.
Det är måhända bäst att på detta ställe inflicka en upplysning om, hur den re­
lativa fuktigheten definieras. Med relativ fuktighet förstås förhållandet mellan
ett uppmätt tryck av vattenånga till det tryck vattenångan har över vatten eller is
vid samma temperatur. Vanligen uttrycker man förhållandet i procent. Denna
(Jefinition har till följd, att en med temperaturen kontinuerlig förändring av den
relativa fuktigheten över ett ämne skenbart har en diskontinuitetspunkt vid o°.
Diskontinuiteten beror i själva verket på, att definitionen på relativ fuktighet
F ig . 2. Sam bandet m ellan den m a x im a la vo ly m lö sn in g 1 k g v a tte n fr i k a lc iu m k lo r id förm år att b ild a vid
o lik a r e la tiv fu k tig h e t vid -tem peraturerna + 40°, + 20 °, 0 °, — 10° och — 20°.
undergår en förändring vid o°. Över o ° hänföres den relativa fuktigheten till
vattenångans tryck över vatten, under o ° är den hänförd till vattenångans tryck
över is. Vore den under o ° hänförd till vattenångans tryck över underkylt vat­
ten, så skulle den relativa fuktigheten ha andra värden och någon diskontinuitetspunkt skulle icke uppträda. Riktningsförändringen hos linjerna för den relativa
fuktigheten vid o ° är alltså icke bunden till någon särskild egenskap hos kalcium kloridlösningen utan en definitionssak. Man kan också se det på den kurva, som
anger vattenångtrycket 5 millibar. Denna kurva passerar o ° utan någon plötslig
riktningsförändring.
I det föregående nämndes, att kalciumkloridens dammbindningseffekt beror
av volymen av den lösning, som den förm år att bilda vid given temperatur och
relativ fuktighet. A v denna anledning är diagrammet i fig. 2 ett från dammbindningssynpunkt mycket viktigt diagram, vilket kan konstrueras ur jämviktsdiagrammet och som visar den maximala volym lösning ett kilogram kalcium­
klorid förm år bilda vid olika värden på temperaturen och den relativa fuktig­
heten. Man ser av diagrammet, att det vid varje temperatur existerar ett minsta
värde på den relativa fuktigheten, under vilket ingen lösning kan existera. N är
detta värde på den relativa fuktigheten överskrides, bildas diskontinuerligt en
lösning. I praktiken uppträder icke lösningen plötsligt, då det tar tid för den
att bildas och uppnå jämvikt, på grund av att vattenupptagandet tar tid. Omvänt
försvinner icke lösningen plötsligt, på grund av att avdunstningen tar tid.
V id ökad relativ fuktighet ökar lösningens maximala volym. Över o ° blir
volymen till och med oändligt stor vid ioo % relativ fuktighet. Detta är lik­
tydigt med att lösningens koncentration av kalciumklorid är noll. Det behövs ju
icke heller någon kalciumklorid i vägbanan för att denna skall bli våt, när det
reg n ar! Under o ° finnes på samma sätt en undre gräns för lösningens volym,
dessutom har lösningens volym ett ändligt värde vid ioo % relativ fuktighet.
Detta beror på att lösningens lägsta koncentration icke kan bli noll, ty den be­
stämmes av linjen O B i jämviktsdiagrammet. Den relativa fuktigheten över en
lösning av gränskoncentrationen är ioo % , dvs. densamma som över ren is. Det­
ta m öjliggör att is kan existera i beröring med lösningen under obegränsad tid.
Därav följer att ett snöfall, som vid en temperatur under o° trä ffa r en vägbana
innehållande kalciumkloridlösning och is i jämvikt med varandra icke gör väg­
banan våtare. Snön och kalciumkloridlösningen kunna under dessa förhållanden
icke inverka på varandra.
Erfarenheten visar, att de klimatiska förhållandena i Sverige under sommaren
äro sådana, att kalciumkloridens dammbindning blir god, förutsatt att den till­
förts vägbanan i tillräcklig mängd. Det synes dock vara möjligt, att den relativa
fuktigheten under en solig dag vid högsommartid antar ett värde, som är så lågt,
att det i jämviktsdiagrammet svarar mot existensen av ett fast hydrat och ringa
eller ingen lösning. P å grund av att avdunstningen tager tid, hinner vattnet dock
troligtvis icke avdunsta i sådan utsträckning, att jäm vikt in träffar och jämviktsdiagrammets förutsägelse blir uppfylld. Temperaturen sjunker ju snabbt under
eftermiddagen och kvällen med åtföljande ökning av den relativa fuktigheten
över vägbanan. P å kvällen och natten ökar i allmänhet den relativa fuktigheten
i luften ganska starkt, ibland ända upp till 100 % , såsom vid daggbildning. K alciumkloridhydratet, respektive kalciumkloridlösningen suger då åt sig vatten från
luften under bildning av en utspädd lösning, som under nästa dag ånyo mer eller
mindre koncentreras genom vattenavdunstning. Man utnyttjar sålunda under
dessa omständigheter till viss del nattfuktigheten för dammbindningen under
dagen.
Under o° har kalciumkloridlösningen, som nämnts i det föregående, en undre
gräns för sin koncentration och kan således endast upptaga så mycket vatten, att
denna gräns uppnås. Vägbanan kan emellertid trots detta innehålla mera vatten
i form av is, som icke har någon dammbindnings förmå ga i samma mening som
kalciumkloridlösningen. N är den relativa fuktigheten är lägre än 100 % , av­
dunstar i första hand isen och sedan vattnet i kalciumkloridlösningen. Emedan
dammbindningen endast åstadkommes av kalciumkloridlösningen, vars volym un­
der o ° är begränsad, inses det utan vidare, att dammbindnings förmågan hos en
bestämd mängd kalciumklorid under o° är begränsad, trots stort vattenöverskott
i vägbanan.
Det synes dock, som om kalciumkloriden borde vara i stånd att åstadkomma
en effektiv dammbindning även då barvinter och låga temperaturer råda, om den
bara finnes i vägbanan i tillräcklig mängd, förutsatt att den relativa fuktigheten
icke är onormalt liten. Såvitt man kan bedöma av Sveriges meteorologiska och
hydrologiska instituts rapporter förefaller det, som om den relativa fuktigheten
så gott som alltid är tillräcklig under vintern för att kalciumkloriden skall kunna
bilda lösning och därigenom binda damm.
Huruvida kalciumklorid finnes i tillräcklig mängd i vägbanan under de bar­
vinterperioder, då damning inträffat är en öppen fråga, enär några undersök­
ningar över detta ännu icke företagits. Det förefaller dock, som om orsaken till
damningen skulle ligga däri, att kalciumkloridens mängd har varit otillräcklig. K a l­
ciumkloriden tvättas ju alltid ut ur vägbanan under höstregnen och under perio­
der av tö. Något säkert uttalande om detta kan icke göras, förrän just under en
barvinterperiod iakttagelser gjorts på en dammande väg över temperatur, relativ
fuktighet, halten av kalciumklorid i vägbanan och vägbanans beskaffenhet.
Om det visar sig att den bristande dammbindningen beror på för liten halt av
kalciumklorid, måste man tillföra vägbanan kalciumklorid. N är man avser att
binda damm på en vägbana, sprider man ut kalciumkloriden så gott som uteslutan­
de i fast tillstånd i form av korn eller flingor. Vattenhalten hos dessa preparat
ä r vanligen omkring 30 % , dvs. kalciumkloriden föreligger i dessa såsom en bland­
ning av monohydrat och dihydrat, med dihydratet i övervägande mängd. Med vat­
ten i vägbanan och med fuktigheten i luften bildar det utspridda saltet så småning­
om en lösning, 0111 temperaturen och den relativa fuktigheten ha sådana värden, att
en lösning kan bildas, vilket alltid förr eller senare blir fallet. Sprider man kal­
ciumkloriden på vintern i form av flingor eller korn, så kan det hända, att det
fasta saltet tämligen länge kommer att ligga på den troligtvis hårdfrusna väg­
banan och löpa stor risk att sprättas ned i diket av trafiken, innan det hunnit
bilda den dammbindande lösningen. V id låg temperatur bör nämligen vatten­
upptagandet ur luften försiggå ganska långsamt, emedan vattenhalten i luften
vid låga temperaturer är låg, även då hög relativ fuktighet råder. Så innehåller
t. ex. en kubikmeter luft vid 100 % relativ fuktighet vid -f 20° omkring 18 g
vatten och vid — 1 2 0 bara omkring 1,7 g vatten.
Vid låg temperatur bör man nog föredraga att tillföra vägbanan kalciumklorid
i form av koncentrerad lösning. Denna tränger säkerligen tämligen snabbt ned i
vägbanan. Om is finnes i vägbanan, löses isen helt eller delvis upp av den kon­
centrerade lösningen, som därigenom utspädes. Om isen icke räcker till för att
bilda en lösning av den koncentration, som svarar mot den rådande relativa fuk­
tigheten, tager lösningen sedan ostörd upp det felande vattnet ur luften.
L it ter at nr're fe re nser:
1 ämviktsdiagrammet har konstruerats med användning av värden tagna av föl­
jande avhandlingar, de olika författarnas värden ha i en del fall vägts mot var­
andra och ett slags medelvärden ha sedan använts. Den avvikelse från de verk­
liga värdena, som kan finnas i diagrammet, är för det ändamål, som diagrammet
använts för i denna uppsats, helt betydelselös. Instabila tillstånd åstadkomma i
i en del fall störningar, till dessa ha ingen hänsyn tagits, då diagrammet endast
å te r ge r j äm vikt st i11 stånd.
H Hammert, Sitzungsberichte der Akademie der W issenschaften zu Wien,
rnathematisch-naturwissenschaftliche Klasse, 78. 59. 1878.
B. Roozeboom, Recueil des T ravau x chimiques des Pays-Bas, 8. 1. 1889.
N. K . Sidgw ick och E. K . Ew bank, Journal of the Chemical Society, i 2 j . 2 2 68.
1924.
W. R. Hamrin och E. P. Perm an, Transaction of the Faraday Society, 23.
i. 1927.
K . Lin ge, Zeitschrift fur die gesamte Kälteindustrie, 36. 189. 1930.
K . L in g e, International Bulletin of Information on Refrigeration, 10. 1929,
Annex 5.
NORRTÄLJE 1948. NORRTELJE TIDNINGS BOKTR.-A.-B