基于工程路用性能的融雪劑性能評價

趙佃寶,朱 輝，曲恒輝，張圣濤,2,李永振

(1.齊魯交通材料技術開發有限公司，山東 濟南 250014；2.山東交通學院,山東 濟南 250300；3.山東省交通科學研究院，山東 濟南 250100)

在我國北方地區，由于冬季低溫期漫長，強降雪造成的積雪和冰凍嚴重影響著道路通暢，尤其對于高速公路為了保證降雪期間道路運營暢通以及縮短封閉交通的時間，使用融雪劑已成為城市除雪融冰、減少交通事故及緩解雪天交通壓力的重要方式[1]。目前，公路工程中使用的融雪劑主要包括有機融雪劑和無機氯鹽類融雪劑兩種，其中氯鹽類融雪劑多為氯化鈉、氯化鈣和氯化鎂等氯鹽的混合物，價格便宜，應用廣泛，但是其對金屬、混凝土等物質腐蝕作用強烈[2]。氯鹽類融雪劑在融雪化冰方面具有很大優勢，但氯離子易造成道橋腐蝕和環境污染，使得氯鹽類融雪劑在使用范圍上受到一定程度的限制[3]。在環保節能日益重要的今天，探求低腐蝕性、融雪能力強、成本低的環保型融雪劑是擺在我們面前的重大課題[4]。

本文主要針對市場上幾種典型的環保型融雪劑和氯鹽類融雪劑進行性能對比分析評價，并結合相應產品的實際工程應用情況，對產品的綜合性能進行評價并提出相關建議。

1 實驗方法

試驗選取了五種類型的融雪劑進行性能對比分析，編號依次為1#、2#、3#、4#和5#。其中1#-4#為液體環保型融雪劑，成分為多元醇、有機酸鹽及外加劑類；5#為固體氯鹽類融雪劑，成分為氯化鈣、氯化鈉和氯化鎂的混合物。五種類型的融雪劑均符合我國國家標準《道路除冰融雪劑》(GB/T 23851-2009)中各項試驗檢測指標的要求。結合工程應用實際，重點對上述五種類型融雪劑不同濃度條件下的冰點、最大融雪化冰能力、二次結冰的情況、植物種子相對受害率等指標進行了深入研究分析。

2 實驗結果與分析

2.1 冰點

融雪劑的冰點是反應材料性能的關鍵基礎指標，試驗結合現場實際降雪量與降雪深度的關系，利用SYD-2430型冰點測定儀依照規程GB/T 2430的要求對不同濃度條件下的冰點進行試驗檢測，以期對其低溫性能做出合理評價。

表1 降雪量與積雪深度關系表

圖1 不同類型融雪劑的冰點

由圖1可知，五種類型融雪劑的冰點體現出較大的差異。當五種類型融雪劑經過與水進行不同程度的稀釋后，低溫性能下降較快，當與水摻配比例為1∶3時，除了4#冰點為-6.8以外，其余四種類型融雪劑的冰點均在-6℃以上。結合工程實際中1cm厚度的積雪完全融化成水的量約為800g/m2,當道路不封閉交通時，由于路表放熱、輪胎與路面摩擦產生的熱量等外界因素導致的路表積雪融化會對灑布的融雪劑造成很大程度的稀釋，融雪劑的冰點也會隨之升高。鑒于工程實際中固體氯鹽類融雪劑25～30g/m2及液體融雪劑40～50 g/m2的灑布量，同時固體氯鹽類融雪劑若發揮融雪化冰效果，存在固相向液相轉變的過程，并且當濃度為23%時冰點最低的情況，對于固體氯鹽類融雪劑和液體融雪劑相當于分別進行了約1∶8和1∶16的稀釋。因此，這種情況下需重點考慮冬季晚間路面二次結冰的潛在危害。

2.2 融雪化冰能力

考慮山東地區冬季-10℃的不利天氣情況，對五種類型融雪劑在-10℃的條件下進行融雪化冰能力的對比分析，以評價其工程應用性能。

表2 不同類型融雪劑5h融冰能力(-10℃)

圖2 兩種融雪劑用量與融冰量之間關系曲線

由表2可知，五種類型融雪劑在-10℃條件下與冰塊作用5h后的融冰性能排序依次為5#>1#>4#>2#>3#，融冰能力以單位質量的融雪劑所能融化的冰量計，5#固體融雪劑5h的融冰性能優于其他四種環保型融雪劑。對于不同劑量的4#液體環保型融雪劑和5#固體融雪劑在-10℃條件下與99g冰塊經過作用16h后的融冰性能進行了對比分析，相同質量的兩種類型融雪劑在同樣的外界環境條件下，固體融雪劑的融冰量(最大融雪化冰能力)為液體融雪劑的4倍之多，表現出了優異的融雪化冰性能。因此，液體融雪劑應在環保的同時，經過配方優化改善其融冰能力以達到高速公路在冬季的交通運營需求。相關研究表明，氯鹽類融雪劑對水泥混凝土路面腐蝕較為嚴重，而對瀝青混凝土路面的腐蝕相對較小，并且市場上固體融雪劑灑布機械設備的自動化程度較液體融雪劑高，若兼顧產品環保和融雪性能，建議對于高速公路不同結構物，選擇特定類型的融雪劑或結合使用不同類型的融雪劑。

2.3 融雪劑環保性能

2.3.1 植物種子相對受害率

土壤中可溶性鹽類過多對植物的不利影響是多種多樣的，但主要危害包括生理干旱、特殊離子的毒害和破壞正常代謝[5]。本文采用相對受害率這一指標來研究鹽對種子發芽率的影響，選取了20粒經過氧化氫溶液浸泡處理的草地早熟禾種子平鋪在墊有定性濾紙和脫脂棉的發芽盒內，依照融雪劑在工程實際中的使用濃度濕潤，置于25℃的室溫中培養、觀察記錄。

圖3 五種類型融雪劑的植物種子相對受害率

由圖3可知，五種類型的融雪劑均會對植物種子的發芽情況產生不同程度的抑制作用，其植物種子相對受害率排序依次為5#>1#>3#>4#>2#。相對于固體氯鹽類融雪劑，液體環保型融雪劑對于植物種子的影響相對較小，但是其濃度的大小對于種子發芽所需時間及生長情況產生直接影響。因此，應注意融雪劑的使用方式，否則高濃度的化學類產品浸入生態體系，會嚴重破壞植物生長所需的平衡環境，導致植物枯萎死亡[6]。

2.3.2 碳鋼腐蝕率

本文利用經打磨后的鐵釘置于四種類型的融雪劑溶液和水中，經一定時間觀察鐵釘的銹蝕情況，定性分析判別各融雪劑對金屬的腐蝕情況。

圖4 鐵釘經在融雪劑和水浸泡7d銹蝕情況

如圖4所示，鐵釘經在空白對比試驗水中和氯鹽溶液中已表現出較大程度上的腐蝕，在實體工程應用中由于氯鹽的作用，更多的氯離子會聚集在鋼筋周圍，混凝土對鋼筋的握裹力逐漸喪失，導致混凝土開裂，路面逐步失去安全性和耐久性[7]。而在其他三種液體環保型融雪劑中腐蝕程度較小，尤其是1#基本上沒有任何腐蝕跡象，因此，液體環保型融雪劑相比固體氯鹽類融雪劑對于金屬腐蝕程度較小。

2.4 路面摩擦衰減率

為保證道路行車安全，利用擺式摩擦系數測定儀對1#、3#、4#和5#融雪劑灑布后的瀝青混凝土試塊(SMA-13)的摩擦系數進行了測試(表3)，以對各類型融雪劑對路面抗滑性能的影響作出評價。

表3 不同類型融雪劑灑布后的路面摩擦系數

由表3可知，四種類型融雪劑的灑布均會造成路面摩擦系數不同程度的下降，對路面抗滑性能均會產生不利影響。路面摩擦系數衰減率由大到小依次為：1#>4#>3#>5#，其中，相比液體環保型融雪劑對于路面抗滑性能產生較大程度的影響，固體融雪劑對其影響較小，這與融雪劑的固有屬性有著密不可分的關系。

3 結論

(1)對于固體氯鹽類、多元醇及有機酸鹽類融雪劑經過一定程度的稀釋后，其冰點及融冰能力會大幅衰減，鑒于相同質量條件下的固體氯鹽類融雪劑的融冰能力為液體環保型融雪劑的4倍，因此，應結合路用情況，在兼顧環保性能的同時，根據最不利因素條件下的融雪劑性能設定灑布方式和灑布量，以避免道路二次結冰對交通安全帶來安全隱患。

(2)結合固體氯鹽類融雪劑和液體環保型融雪劑的實際路用性能，建議在環境溫度較低(-10℃)、積雪厚度2cm以上時考慮機械除雪和融雪劑灑布相結合的方式進行除雪防滑作業。

(3)結合工程實際，固體融雪劑灑布設備相較液體融雪劑自動化程度和工作效率高，可實現灑布過程精細化控制。因此應在提升液體環保型融雪劑性價比的同時，加大專用灑布設備的研發力度，以滿足冬季高速公路除雪防滑工作的需求。