2種方法對融雪劑碳鋼腐蝕率測試結果的影響分析

畢崇濤，馬 媛，劉 媛，劉欣艷，張 旭

（北京市城市管理研究院 生活垃圾檢測分析與評價北京市重點實驗室，北京 100028）

我國大部分地區的公路、城市道路和機場道路等在冬季都會受到冰雪影響。道路的積雪結冰不僅導致交通中斷，還容易引發交通事故，帶來嚴重的經濟和生命財產損失。目前，全世界范圍內采用最多的融雪除冰方式是撒布融雪劑。據不完全統計，全球每年大約使用3 000萬t融雪劑[1]。氯鹽類融雪劑因其融雪效果好、價格便宜，一直被廣泛地應用于道路的除雪化冰。但氯鹽型融雪劑易造成金屬腐蝕，最容易被破壞的是橋梁中的鋼筋，氯鹽類融雪劑對基礎設施的腐蝕危害，已經成為世界性問題[2]。

目前國內對融雪劑金屬腐蝕的試驗和判定主要是依據GB/T 23851—2017《融雪劑》中的檢測方法和標準限值來進行，該標準方法的要點包括：試驗溶液不通氣，試樣全浸在試驗溶液中；融雪劑試驗溶液含量為18%。研究發現含量為18%的融雪劑溶液腐蝕速率比3%的融雪劑溶液小很多[3]。另外，氯鹽類融雪劑的噴灑、使用過程是充分與空氣（O2）接觸的，是通氣狀態，而不是“全浸”狀態。試驗檢驗方法應盡量符合氯鹽類融雪劑的實際使用狀態與條件，采用較低含量、通氣條件下進行試驗，更符合實際，其結果更具實際意義[4]。美國一些州在研究探索融雪劑腐蝕性試驗、檢驗方法的過程中發現，采取不同的方法可能獲得不同或相反的結果。為了更切合實際，即符合撒化冰鹽對汽車部件的腐蝕影響，美國西北州聯合（PNS）制定了一個關于氯鹽類融雪劑腐蝕性試驗方法和標準，具體試驗過程如下：①采用3%的試樣溶液；②采用“干濕循環”的原則。鋼試片在水中浸泡10 min、空氣中停放50 min，共循環試驗達24 h。以上的試驗設計，考慮到汽車部件接觸融雪劑的實際情況，在氯鹽含量、接觸空氣等方面，不脫離腐蝕原理。為控制氯鹽的腐蝕，PNS還制定出“判定標準”，即用上述方法檢驗，與氯化鈉作對比，其腐蝕性是氯化鈉的30%以下為合格。洪乃豐[5]提出GB/T 18175—2014《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉掛片法》，是否可用于融雪劑的腐蝕性檢驗，值得認真分析、商榷與討論。

目前國內針對融雪劑腐蝕性檢測的試驗方法主要集中在旋轉掛片法和周期浸潤法，本研究基于以上2種試驗方法對氯鹽類融雪劑碳鋼腐蝕性檢測的適用性開展相關研究，研究結果對科學合理地檢驗、評價氯鹽類融雪劑具有重要的意義。

1 試驗部分

1.1 主要試驗藥品、儀器

試驗藥品：氯化鈉（分析純）、20#碳鋼試片、2種市場在售緩蝕劑：緩蝕劑A、緩蝕劑B。

儀器設備：RCC-Ⅲ型旋轉掛片腐蝕試驗儀、CHZJ-800周期浸潤腐蝕試驗箱。

1.2 實驗過程

1.2.1 旋轉掛片法試驗

參照DB11/T 161—2012《融雪劑》和GB/T 18175—2014《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉掛片法》配制18%、10%、6%、2%的氯化鈉溶液，將試驗溫度分別設置為10、20、30、40℃，使用RCC-Ⅲ型旋轉掛片腐蝕試驗儀進行碳鋼腐蝕試驗。

緩蝕劑A、緩蝕劑B分別按照1.0%、0.46%的質量百分比與氯化鈉混合配制成2種成品融雪劑，將2種成品融雪劑分別配制成含量18%的融雪劑溶液，按照DB11/T 161—2012《融雪劑》和GB/T 18175—2014《水處理劑緩蝕性能的測定旋轉掛片法》，使用RCC-Ⅲ型旋轉掛片腐蝕試驗儀進行碳鋼腐蝕試驗。

1.2.2 周期浸潤試驗

配制18%、10%、6%、2%的氯化鈉溶液參照標準TB/T 2375—93《鐵路用耐候鋼周期浸潤腐蝕試驗方法》，與旋轉掛片法設置相同的試驗溫度、相同的試驗時間和相同的評價指標使用CHZJ-800周期浸潤腐蝕試驗箱進行試驗。試驗溫度分別設置為10、20、30、40℃，試驗時間48 h，每一循環周期60 min，其中浸潤時間12 min，試驗結果以mm/a表示的腐蝕速率R按公式（1）計算得出

式中：R為腐蝕速率，mm/a；M為試驗前的試樣重量，g；Mt為試驗后的試樣重量，g；S為試驗試樣的總面積，cm2；T為試驗時間，h；D為試驗材料的密度，kg/m3；M0為浸泡后試樣重量，g；Mk為空白損失量，g；8.76×107為換算系數。

緩蝕劑A、緩蝕劑B分別按照1.0%、0.46%的質量百分比與氯化鈉混合配制成2種成品融雪劑，將2種成品融雪劑分別配制成含量18%的融雪劑溶液，在40℃的溫度條件下進行上述試驗。

2 結果討論與分析

2.1 氯化鈉腐蝕試驗

18%、10%、6%、2%的氯化鈉溶液在不同溫度下2種試驗方法的試驗結果見表1，為更加直觀地分析2種試驗方法碳鋼腐蝕率的變化規律，對表1部分試驗數據進行作圖分析，具體如圖1和圖2所示。

表1 周期浸潤法和旋轉掛片法試驗數據對比

通過分析試驗數據發現，對同一含量的氯化鈉溶液，2種試驗方法的碳鋼腐蝕率隨溫度的升高都呈上升的趨勢，由圖1可知，隨著溫度的升高，18%的氯化鈉溶液周期浸潤法碳鋼腐蝕率從0.60 mm/a升至1.38 mm/a，旋轉掛片法碳鋼腐蝕率從0.26 mm/a升至0.41 mm/a，在30℃和40℃時周期浸潤法的腐蝕率分別為1.31 mm/a、1.38 mm/a，旋轉掛片法的腐蝕率分別為0.40 mm/a、0.41 mm/a，即18%的氯化鈉溶液在30℃和40℃時周期浸潤法的碳鋼腐蝕率是旋轉掛片法的3倍多，此時2種試驗方法的試驗結果相差最大。同樣地，10%的氯化鈉溶液周期浸潤法碳鋼腐蝕率從0.79 mm/a升至1.91 mm/a，旋轉掛片法碳鋼腐蝕率從0.46 mm/a升至0.78 mm/a；6%的氯化鈉溶液周期浸潤法碳鋼腐蝕率從0.92 mm/a升至2.49 mm/a，旋轉掛片法碳鋼腐蝕率從0.52 mm/a升至1.07 mm/a；2%的氯化鈉溶液周期浸潤法碳鋼腐蝕率從1.03 mm/a升至2.62 mm/a，旋轉掛片法碳鋼腐蝕率從0.61 mm/a升至1.38 mm/a，即10%、6%、2%的氯化鈉溶液的碳鋼腐蝕率均隨溫度升高變化明顯。

圖1 含量18%氯化鈉溶液不同溫度下2種試驗方法碳鋼腐蝕率比較

由圖2可知，在40℃的溫度條件下，2種試驗方法的碳鋼腐蝕率隨濃度的升高都呈下降的趨勢，說明2種試驗方法測得的氯化鈉溶液碳鋼腐蝕規律完全一致。在30、20、10℃溫度條件下的碳鋼腐蝕規律與40℃時相同。在所有試驗結果里，周期浸潤法的碳鋼腐蝕率最大值為2.62 mm/a，最小值為0.60 mm/a，旋轉掛片法的碳鋼腐蝕率最大值為1.38 mm/a，最小值為0.26 mm/a，說明周期浸潤試驗方法的試驗環境更為復雜，同樣含量的溶液在相同的溫度條件下對碳鋼試片的腐蝕更為嚴重。

圖2 不同含量氯化鈉溶液40℃時2種試驗方法碳鋼腐蝕率比較

2.2 氯化鈉與緩蝕劑配制的成品融雪劑腐蝕試驗

氯化鈉與緩蝕劑配制的成品融雪劑溶液2種試驗方法的試驗結果見表2。

表2 成品融雪劑溶液周期浸潤法和旋轉掛片法試驗數據比對

通過比對發現，對成品融雪劑配制的溶液進行碳鋼腐蝕試驗，周期浸潤法的碳鋼腐蝕率略高于旋轉掛片法，用緩蝕劑A配制的成品融雪劑，周期浸潤法和旋轉掛片法碳鋼腐蝕率分別為0.09 mm/a、0.05 mm/a，用緩蝕劑B配制的成品融雪劑，周期浸潤法和旋轉掛片法碳鋼腐蝕率分別為0.06 mm/a、0.04 mm/a。北京市地方標準DB11/T 161—2012《融雪劑》中的融雪劑技術指標規定碳鋼腐蝕率小于等于0.11 mm/a即為“合格”，依此判斷，用緩蝕劑A和緩蝕劑B配制的2種成品融雪劑都為合格產品。

根據本研究的試驗數據，周期浸潤法的試驗結果均高于旋轉掛片法，因此在對評價標準做出適當調整的前提下，2種方法都能對合格的融雪劑產品作出合理的鑒定和評價。

3 結論

根據本研究的試驗結果，獲得的結論如下。

（1）周期浸潤法和旋轉掛片法2種試驗方法的碳鋼腐蝕率隨溫度的升高都呈上升的趨勢，但隨溫度升高，周期浸潤法測得的碳鋼腐蝕率數值增大更加明顯，18%的氯化鈉溶液在30℃和40℃時周期浸潤法的碳鋼腐蝕率是旋轉掛片法的3倍多，此時2種試驗方法的試驗結果相差最大。

（2）周期浸潤法和旋轉掛片法2種試驗方法的碳鋼腐蝕率隨濃度的升高都呈下降的趨勢，在所有試驗結果里，周期浸潤法的碳鋼腐蝕率最大值為2.62 mm/a，旋轉掛片法的碳鋼腐蝕率最大值為1.38 mm/a，說明周期浸潤試驗方法的試驗環境更為復雜，同樣含量的溶液在相同的溫度條件下對碳鋼試片的腐蝕更為嚴重。

（3）實驗結果顯示，周期浸潤法的試驗結果均高于旋轉掛片法，因此在對評價標準作出適當調整的前提下，2種方法都能對合格的融雪劑產品作出合理的鑒定和評價。