江淮地區(qū)融雪劑性能試驗(yàn)及選用標(biāo)準(zhǔn)

繆廣華 （馬鞍山市和縣農(nóng)村公路管理局，安徽 馬鞍山 238200）

1 概 述

我國大部分地區(qū)的道路和橋梁在冬季雨雪天氣時(shí)都會(huì)結(jié)冰、積雪，使得路面或橋面濕滑，增加交通事故的發(fā)生概率，嚴(yán)重影響人們的出行、工作以及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)行。為保證冬季道路的暢通，灑布融雪劑這一便捷、高效的除雪手段已被道路管養(yǎng)部門普遍采用[6][7]。

當(dāng)人們在享受著通過使用融雪劑帶來的交通便利的同時(shí)，融雪劑的危害也逐漸顯現(xiàn)出來，大量使用融雪劑會(huì)嚴(yán)重腐蝕橋梁和路面、污染植物和水源，粘附于汽車上的融雪劑還會(huì)腐蝕底盤，減少汽車使用壽命[5][8]。

市場上融雪劑的種類很多，大體可分為三類：非氯鹽型、氯鹽型、復(fù)合型。非氯鹽型融雪劑的主要成分包括有機(jī)或無機(jī)鹽、胺、醇等，這一類融雪劑比較環(huán)保，但價(jià)格普遍太高，甚至是氯鹽類價(jià)格的10 倍左右，道路管養(yǎng)單位從成本考慮，相對采購較少， 一般只用于水源保護(hù)區(qū)等環(huán)保要求高或鋼橋面等特殊路段。氯鹽型融雪劑主要成分包含氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂等鹽類化合物，腐蝕性較大，但由于價(jià)格便宜，仍被國內(nèi)外普遍使用。復(fù)合型融雪劑性能介于非氯鹽型和氯鹽型之間[10]。

目前江淮地區(qū)大部分環(huán)保型融雪劑，主要是氯鹽含量的多少，加之政府管理粗放，使得市場上融雪劑良莠不齊。因此如何簡單、有效地檢測融雪劑的質(zhì)量、選用性價(jià)比較高的融雪劑，使它在充分發(fā)揮融雪化冰性能的同時(shí)能夠最大限度地降低對周圍環(huán)境和人類健康的危害，已成為冬季除雪工作中有待研究和進(jìn)一步探索的課題。

2 性能試驗(yàn)

筆者根據(jù)道路管養(yǎng)部門融雪劑的使用情況，共選取了9 種融雪劑。其中融雪劑1#～4#均為不同氯鹽的混合型，只是鈉、鎂、鈣的含量不同，是使用較多的融雪劑類型；5#為非氯鹽型融雪劑，主要成分為木醋酸鈣；6#為尿素；7#為工業(yè)鹽；8#和9#是為環(huán)保型融雪劑CMA，主要成分為醋酸鈣鎂鹽。為了比較上述9種融雪劑融雪除冰的效果及對構(gòu)造物、沿線植被的影響，分別進(jìn)行溶解速度、融雪能力、金屬碳鋼腐蝕率、水泥混凝土腐蝕性和植物耐鹽試驗(yàn)[1][3]，觀察不同融雪劑在試驗(yàn)中的表現(xiàn)，以進(jìn)一步選用合適的融雪劑。

2.1 溶解速度

溶解速度是指在某一溶劑中單位時(shí)間內(nèi)溶解溶質(zhì)的量。融雪劑的溶解速度越快，越有利于融雪除冰的效率。融雪劑的溶解速度試驗(yàn)方法是：首先稱取40.0g±0.1g 試樣放入燒杯中，將攪拌葉置于燒杯中間， 將攪拌器轉(zhuǎn)速調(diào)至100r/min， 再加入200mL 溫度為25℃±2℃蒸餾水， 立刻啟動(dòng)精密電動(dòng)攪拌器，并開始計(jì)時(shí)。待其完全溶解后，記錄所用時(shí)間為完全溶解時(shí)間。融雪劑溶解速度試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，試驗(yàn)用的融雪劑溶解速度和其化學(xué)組成無明顯規(guī)律，影響融雪劑溶解速度的因素更多的和材料的形態(tài)、尺寸等有關(guān)。

其中，1#和2#融雪劑溶解后溫度明顯降低，說明該融雪劑融化需吸收大量的熱量， 這會(huì)導(dǎo)致周圍冰雪的溫度進(jìn)一步降低，因此要求融雪劑需要具有更低的冰點(diǎn)或更大的撒布量才能將冰雪融化。7#氯化鈉顆粒不易溶解，攪拌超過16min 才完全溶解。

試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)，8#融雪劑白色部分很快溶解后，有一些黑色的顆粒完全不溶解，傾倒出溶液后發(fā)現(xiàn)，這些未溶解的是粒徑相對均勻的石料，主要為融雪劑提供抗滑作用。8#和9#融雪劑均具有遇水自行發(fā)熱的特點(diǎn)，尤其是9#融雪劑，室溫下溶于水后溶液溫度可升至40℃以上，這種特性可以加速雪的融化。

2.2 融雪能力

融雪能力主要是指融雪劑在一定溫度下的融雪速度[2]。

試驗(yàn)方法為： 先稱取200g±0.1g 融雪劑固體樣品， 置于400mL 燒杯中， 加水溶解， 全部轉(zhuǎn)移至1000mL 容量瓶中，搖勻。再取2 個(gè)150mL 相同直徑和高度的瓷坩堝，加100mL 水，置于-10℃±1℃的低溫恒溫箱中至結(jié)冰。稱取25mL 融雪劑溶液和25mL 氯化鈉溶液，分別移入50mL 燒杯中，置于-10℃±1℃的低溫恒溫箱中，12h 后備用。從低溫恒溫箱中取出帶有冰塊的瓷坩堝，擦干外壁的水和冰，迅速稱量，精確至0.1g。將制備的融雪劑溶液迅速倒入盛有冰塊的瓷坩堝中，然后放回低溫恒溫箱內(nèi)。0.5h 后取出該瓷坩堝，立即傾倒其液體，并迅速稱量燒杯和剩余冰塊的質(zhì)量。試驗(yàn)結(jié)果見圖2 所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，9#融雪劑的融雪能力最好。

試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)，除尿素之外其他8 種材料的冰點(diǎn)均可達(dá)到-10℃甚至更低， 但將濃度均為200g/L 的融雪劑溶液放于-10℃的低溫凍融箱中發(fā)現(xiàn)，只有1#、2#、7#、9#始終沒有結(jié)冰。其他均出現(xiàn)不同程度的結(jié)冰，6#尿素在該試驗(yàn)中結(jié)冰最嚴(yán)重，溶液幾乎全部結(jié)冰，融雪能力也最差。說明當(dāng)天氣溫度較低時(shí)，不宜采用尿素作為融雪劑。

為了了解融雪劑的融雪能力和化學(xué)組成的關(guān)系，本研究進(jìn)行了NaCl、CaCl2、MgCl2分析純的融雪能力試驗(yàn)，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別為：0.16g/min、0.19g/min、-0.07g/min。 從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，NaCl、CaCl2的融雪能力相差不大，且均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于MgCl2的融雪能力。這個(gè)規(guī)律和圖2 的結(jié)果基本是對應(yīng)的。因此，從提高融雪劑化冰能力考慮，應(yīng)減少M(fèi)gCl2的使用比例。

2.3 融雪劑對金屬碳鋼的腐蝕

金屬碳鋼腐蝕試驗(yàn)?zāi)康氖橇私獠煌娜谘﹦饘偬间摰母g影響程度[4]。 試驗(yàn)方法為采用濃度為35g/L 的融雪劑溶液進(jìn)行碳鋼腐蝕性檢測，碳鋼掛片試塊尺寸為50mm×25mm×5.5mm，在40℃水浴放置48h 后，計(jì)算試驗(yàn)前后試塊質(zhì)量的變化，進(jìn)而計(jì)算試塊在溶液中的腐蝕速率。試驗(yàn)結(jié)果見圖3 所示。

從圖中可以看出，5#非氯鹽類的融雪劑對碳鋼的腐蝕最小，其次是環(huán)保型的8#、9#融雪劑，其中腐蝕最大的是7#工業(yè)鹽。

2.4 融雪劑對水泥混凝土的腐蝕

水泥混凝土腐蝕試驗(yàn)?zāi)康氖橇私獠煌娜谘﹦λ嗷炷粮g的影響程度。試驗(yàn)方法是將養(yǎng)護(hù)好的標(biāo)準(zhǔn)立方體混凝土試塊單面浸于濃度為3%的融雪劑溶液中，假設(shè)融雪劑白天融化8h，夜晚冰凍16h，共凍融循環(huán)28d。測量實(shí)驗(yàn)前后混凝土試塊的質(zhì)量變化，進(jìn)而計(jì)算單位面積的質(zhì)量損失，試驗(yàn)結(jié)果見圖4 所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，5#非氯鹽類的融雪劑對水泥混凝土的腐蝕最小，7#工業(yè)鹽腐蝕是比較大的。

2.5 融雪劑對植物的影響

植物耐鹽試驗(yàn)表征融雪劑對植物的影響程度，試驗(yàn)方法是采用盆栽植物綠蘿作為試驗(yàn)對象，3 盆作為一組， 用不同融雪劑溶液噴灑植物，每種植物一次融雪劑劑量10g/m2，每周一次，直至出現(xiàn)受害癥狀。記錄植物出現(xiàn)受害癥狀前的融雪劑最大累計(jì)噴灑量即耐鹽量，以g/m2表示，作為對比，其中一組盆栽綠蘿僅灑水處理，試驗(yàn)結(jié)果見圖5 所示。

試驗(yàn)中，8#、9#和水三組的植物一直成活， 達(dá)到250g/m2后中止了試驗(yàn)。結(jié)果表明，尿素對植物影響較大，容易導(dǎo)致植物葉子變黃直至“燒死”。

3 融雪劑的選用

江淮地區(qū)位于從亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候向溫帶季風(fēng)半濕潤氣候過渡,冬季最低氣溫一般不超過-10℃，普遍在-5℃左右。自北至南最低溫度逐漸升高，降雪量一般逐漸增大。以2014 年初，連續(xù)多天降雪結(jié)冰（共9d）為例，亳州、合肥、安慶三地平均日最低氣溫（9d 平均）分別為-2.6℃、-1.5℃、-0.7℃；總降雪量（ 已 折 算 成 降 水 量） 分 別 為 34.4mm、68.4mm、61.0mm。2009～2014 年5 年內(nèi)， 三地極端最低氣溫分別為-9.6℃（2010.1.13）、-7.8℃（2013.12.28）、-6.5℃（2013.12.28）。

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果和氣候特點(diǎn)，并考慮到經(jīng)濟(jì)性，江淮地區(qū)選用的融雪劑應(yīng)滿足表1 的技術(shù)要求。

江淮地區(qū)選用融雪劑的技術(shù)要求 表1

4 結(jié) 語

融雪劑的選用應(yīng)既能確保除冰融雪質(zhì)量，提高行車安全，又能減小對構(gòu)造物、周邊環(huán)境的影響。即是融雪劑應(yīng)具有良好的融雪速度和融雪能力；具有一定的環(huán)保性能，不能對鋼結(jié)構(gòu)、水泥混凝土結(jié)構(gòu)以及沿線植被產(chǎn)生嚴(yán)重的影響；具有良好的經(jīng)濟(jì)性等。江淮地區(qū)道路除冰融雪選用融雪劑時(shí)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣?，對其性能進(jìn)行必要的測試，在合理成本的前提下，選擇符合要求的融雪劑。

[1]DB21/T1558-2007，融雪劑質(zhì)量與使用技術(shù)規(guī)程[S].

[2]劉恒權(quán).公路用融雪劑檢測、評價(jià)和應(yīng)用技術(shù)[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2010(8).

[3]任妍妍.高速公路融雪劑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)探討[J].公路交通科技，2007(9).

[4]肖福星.融雪劑對城市橋梁的危害及預(yù)防[J].北方交通，2013(3).

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[6]陸季超.減少除雪作業(yè)中融雪劑用量的作業(yè)技術(shù)[J].養(yǎng)護(hù)施工與機(jī)械,2013(9).

[7]喻文兵,李雙洋,馮文杰,易鑫.道路融雪除冰技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析[J].冰川凍土，2011(4).

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