融雪劑對路面混凝土的破壞機理及防治措施探究

郭慧敏

（山西工程科技職業(yè)大學，山西 晉中 030619）

0 引言

在冬季，頻率較大的降雪、較厚的地面積雪以及極低的溫度是北方寒冷地區(qū)的主要氣候特征。為了消除路面積雪對正常行車的影響，大多地方使用融雪劑，這是化雪和化冰工作相對便捷的手段[1]。但同時，融雪劑對混凝土也會造成許多不利的影響，如剝蝕路面的混凝土以及銹蝕橋梁的鋼筋[2]。根據已損壞的實際情況，探究融雪劑對路面混凝土的破壞機理，積極采取防治措施確保道路和橋梁的使用年限，是學者和工程技術人員一直以來重點研究的問題，也是本文要討論的主要內容。

1 融雪劑概況

1.1 融雪劑的工作原理

融雪劑的工作原理為：溶于水（雪）之后，降低溶液（含融雪劑的雪水混合溶液）的冰點至零度以下，以此呈現化學效果。對于氯鹽類融雪劑來說，溶于水后氯化鈉溶液的冰點為-10°C，氯化鈣溶液大概為-20°C，醋酸鹽類溶液大概為-30°C。融雪劑與水相結合后，加大了水中離子濃度，降低水的液相蒸氣壓，同時冰的固態(tài)蒸氣壓保持不變，從而確保冰水混合物平衡共存時固液相蒸氣壓保持一致，融化冰雪；此外，鹽的溶解大大降低了含鹽雪水的凝固點，從而促使雪水與鹽融合后很難呈現冰塊的狀態(tài)。

1.2 融雪劑的主要類型

（1）氯化鈉融雪劑。氯化鈉是較為普遍的除冰鹽，其具備原料獲取簡便、價格低廉等特征，但其化雪和化冰效果要想得到保障，溫度需要處于-15℃以上，限制條件為一般低溫天氣。

（2）氯化鈣融雪劑。氯化鈣的化雪和化冰的溫度能夠達到-31℃左右，具備吸濕性較強、溶解度較大、降冰點效果更好等特性，但其也會促使道路更加潤滑從而降低路面的抗滑性能，同時容易造成人體皮膚過敏以及燙傷等問題，并不利于實際施工，此外成本也較高。

（3）混合融雪劑。公路管理部門結合二者的優(yōu)缺點制定出氯化鈉和氯化鈣混用的方案，形成新型除冰鹽——混合融雪劑，實踐證明，該方法不僅能確保除冰效果，還能降低成本。混合融雪劑具有良好的吸濕放熱性，吸收潮氣、形成溶液的速度快，放熱快，融雪快，除冰雪效果好（溫度在-14°C以下時，將融雪劑放置于冰雪之上，3min 開始融化，15min 加速融化，35min 可見效果）；還有持續(xù)融冰的效果；相比氯化鈉融雪劑，混合融雪劑能夠在更低溫度下溶解冰雪。

2 融雪劑對路面混凝土的破壞機理

融雪劑在發(fā)揮除冰雪作用的同時，容易對路面混凝土產生破壞，主要包括物理破壞和化學破壞。

2.1 物理破壞機理

冰雪季節(jié)混凝土受到的損害主要來自融雪劑溶于水后形成的鹽水對混凝土的物理作用，鹽水的滲透深度決定著物理破壞程度，具體表現為混凝土表面的剝蝕和開裂。氣溫條件降低時，混凝土中9%的可凍水體積將會膨脹，從而加快結冰速率。而混凝土的飽水度逐漸接近或大于臨界飽水度時，在拉力影響下以及凍融循環(huán)不斷加快的作用下，進一步受到損壞。所以，在使用融雪劑過程中，受鹽吸濕性和保水性的影響，含鹽混凝土中的初始飽水度遠高于未使用除冰鹽的混凝土的初始飽水度，前者富含較多可凍水，受凍時的結冰壓力也更大。混凝土內水呈現冰塊狀態(tài)時，加大了孔中溶液鹽濃度，從而與環(huán)境產生鹽濃度差，進而造成滲透壓。混凝土內滲透壓越大，飽水度愈加大，同時加大結冰壓力，使混凝土受到更嚴重的破壞，這是凍融條件下混凝土受除冰鹽物理剝蝕損壞的主要原理。此外，融雪劑發(fā)生作用時，吸收較多熱量，大大降低冰雪層下的混凝土溫度，帶來額外的凍害。鹽凍原理具體可從以下三方面闡述：第一，鹽水使混凝土飽水度增加；第二，大孔中的鹽結晶與水結晶產生過大的內壓力；第三，負溫吸附水在毛細管中產生流動壓力。

2.2 化學破壞機理

2.2.1 破壞特征

混凝土遭受化學侵蝕主要是受到鹽分的影響。以實際鹽凍破壞調查為基礎，加以在試驗室進行的鹽凍破壞試驗，能夠總結出混凝土受鹽凍化學破壞的主要特征：

（1）此破壞開始于表層，最先剝落的是砂漿層，之后趨向于內部，導致表面骨料暴露、崎嶇不平，同時剝落層之下的混凝土仍呈現完好狀態(tài)，所以運用傳統(tǒng)鉆芯取樣測強并不能完全明確破壞原因；

（2）此種破壞速度遠高于其他種類，撒融雪劑之后第1～2場雪就可對非引氣混凝土造成損壞；

（3）對于橋梁底部等未受損害的部位來說，分層剝蝕的痕跡和白色的鹽結晶體常有發(fā)生，現場檢驗時伴有咸味；

（4）明顯的分層剝蝕痕跡可見于混凝土遭受破壞的截面之上；

（5）白色粉末狀NaCl 晶體可清晰見于剝蝕表面及裂紋內。

2.2.2 破壞機理

復鹽的形成促使融雪劑化學作用的產生。復鹽大多見于混凝土表層，具備膨脹特性，表層膨脹而內部收縮的狀態(tài)一定會造成混凝土表面剝落。當活性骨料與混凝土融合，受融雪劑中鹽組分的影響，堿骨料反應速度加快，致使混凝土結構遭到破壞。同時，混凝土破壞也會受Ca(OH)2溶出的影響，受Ca(OH)2溶水性以及混凝土滲透性的影響，壓力和水流產生作用時，Ca(OH)2隨水溶出流失，加大了水泥混凝土的空隙，并降低其強度。Ca(OH)2被溶出之后，高堿性水化物轉化為堿性水化物，導致膠結能力的喪失，進而加速了水泥混凝土結構的破壞，以致?lián)p害到混凝土結構。

3 融雪劑破壞路面混凝土的防治措施

對于北方城市冬季的除雪工作，融雪劑無疑是此工作的最佳選擇，但在此過程中不可避免會對路面混凝土造成不利影響，應當重點探究融雪劑的有效使用措施。

3.1 嚴格把握融雪劑的生產質量

對于融雪劑的生產廠家來說，應當根據國家或地方規(guī)范的融雪劑質量標準為生產依據，確保質量的合格；融雪劑產品外包裝應當有明顯的融雪劑成分示意，以及標記清楚危害性[3]。與采購方溝通，為其積極介紹產品的質量檢測結果和使用方法；不得將融雪劑與氯化鎂、亞硝酸鈉、甲醇等有毒化學物質相結合，以免出現人畜中毒問題。為減輕融雪劑的腐蝕程度，應當在融雪劑中定量融合融緩蝕劑。

3.2 針對不同路面采用不同的除冰雪措施

在選擇適當的除冰措施時，應當針對不同的路面作出差異化的選擇，比如應用一定量的融雪劑以除普通水泥混凝土路面的冰雪；對瀝青混凝土路面進行除冰雪工作，應對融雪劑使用量加以把控，盡量使用環(huán)保型融雪劑；對瀝青混凝土路面，要盡量降低融雪劑溶液的流入；橋面冰雪的清除應以機械除雪為主，同時結合人工清雪，禁止摻入氯鹽類融雪劑；應運用熱雪機和融雪劑對車站等地進行除雪。注意，工作中一定要依照實際自然環(huán)境、地形條件以及原材料供應等基礎來選取最佳除雪措施，確保最佳除雪效果的實現，注意盡可能降低融雪劑的使用頻率。

3.3 采取適當的措施提高混凝土的抗氯能力

（1）改進混凝土拌合工藝。室內實驗證實，引氣劑對混凝土抗凍性能有提升效果。因此，在道橋混凝土工程中可增加引氣劑的比重。

（2）改進混凝土配比。實驗證明，混凝土與粉煤灰的混合有利于提升抗?jié)B透能力、降低收縮性以及開裂概率，進一步減少混凝土與氯鹽的接觸面。

（3）降低氯鹽與混凝土中鋼筋接觸的可能性。道橋混凝土工程的鋼筋要涂抹防銹物，確保鋼筋表面形成一層有效的防銹膜，阻隔氯鹽的腐蝕。

3.4 制定適合北方的混凝土配合比方案和技術規(guī)范

《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》(JTG 3402-2020)欠缺對北方地區(qū)道橋混凝土配合比精準設計的要求，希望盡快制定出北方路面混凝土配合比設計規(guī)程。規(guī)劃好的方案應具備以下特性：有較強針對性，針對對象清晰、抗?jié)B透性高、抗凍融程度強，同時不易開裂，混凝土的原材料、水泥種類、骨料性能及其大小、粒度分布、混凝土質量、引氣能力、抗?jié)B透程度以及橋面結構等有嚴格的限制條件，不僅如此，更應將施工過程以及過程中的氣候、天氣等自然因素進行重點控制。

3.5 重視融雪劑的規(guī)范管理

（1）預先實行融雪劑招投標工作并保障其完善性和科學性，在評測和評標時全面依據標準，同時嚴格把控融雪劑產品的質量。

（2）融雪劑產品的生產單位應將其主要成分、濃度配比、施撒量等內容明顯標于產品說明書。

（3）現行“環(huán)保型融雪劑”大多結合氯化鎂或者氯化鈣以及2種以上的氯鹽，并結合緩蝕劑，仍呈現出高濃度的氯離子含量。要不斷探究各種氯化物的差異化腐蝕性。以此為基礎，全面把握各種氯化物對混凝土和鋼筋帶來的腐蝕程度，指引使用者正確使用創(chuàng)新、危害較小的氯鹽融雪劑，以及合理選用種類，這些都是十分重要的。

3.6 使用環(huán)保型融雪劑

著眼當下，環(huán)保型融雪劑的研制在國際范圍內得到廣泛關注。比如，主料原料為氯化鈣等，輔助原料為亞硝酸鈉、硫酸鉀等混合型融雪劑的研制成功，能夠有效降低傳統(tǒng)融雪方法引發(fā)的環(huán)境污染等問題，同時也能提升橋梁鋼筋結構的抗腐蝕性。或者DGW 環(huán)保型除雪劑，能夠確保融雪除冰的高效性，同時不存在腐蝕危害。這一融雪除冰劑原料中，并不包含氯化物、硫酸鹽等腐蝕性成分。

4 結束語

綜上所述，利用融雪劑除冰雪相較于機械除冰雪的方法具備更良好的效果，有利于保證防冰、融雪化冰的有效性，但如果出現使用不當很可能對路面混凝土產生損害。實踐證明，以下措施能降低融雪劑除冰雪工作對路面混凝土的影響：

（1）以國家或地方制定的融雪劑質量標準為基礎，融雪劑的生產廠家應精準把控質量；

（2）在設定融雪劑使用量和使用濃度、藥劑溫度時，應充分與氣溫、雪量等實際相結合，從而保障融雪效果，盡量降低融雪劑的使用量；

（3）規(guī)范管理融雪劑：嚴格監(jiān)管融雪劑產品質量，產品的生產單位應當附帶清晰的使用說明書，進而為使用者合理選用、正確使用融雪劑提供保障；

（4）科學、全面運用研發(fā)成功的環(huán)保型融雪劑，進而避免對路面混凝土產生過大破壞。