融雪剂/除冰剂的历史现状与发展方向
2024-10-11

1.传统氯盐类除冰剂对钢筋混凝土结构的腐蚀危害
国外经验教训
氯盐类融雪剂是一把双刃剑。由于价格低廉,在融化冰雪的同时,给道路、设施带来了巨大的负面影响,特别是腐蚀危害。氯盐类融雪剂(NACL、CaCL₂/MgCL₂等)的腐蚀性能是相似的,都具有强腐蚀性。早期西方国家在路桥上大量使用氯盐化冰雪之后,陆续出现(使用5-15年内)以钢筋腐蚀为主要特征的破坏现象。1981年美国50万座桥中,有1/4受到腐蚀破坏;1993年,受到腐蚀破坏的桥梁超过1/2,有40%已承载力不足,近年来美国仅桥梁修复费已高达1550亿美元。在加拿大由于大面积使用化冰盐,基础设施破坏特别突出。如修复所有被腐蚀破坏的基础设施,其费用要超过5000亿美元。英国也有受化冰盐危害的典型事例,如1972年,在长20km的高速公路上建了11座桥,由于采用氯盐类融雪剂,几年后就出现混凝土顺钢筋开裂,其15年修复费已是建桥费的1.6倍,到2004年,累计修复费达到建桥费的6倍。德国柏林市某座大型立交桥,由于使用氯盐类融雪剂,使用年限不足20年,钢筋腐蚀破坏严重,不得不在其旁边领建一座新立交桥。以丹麦的哥本哈根地区为例,调查了102座桥,其中50%的桥有严重的钢筋腐蚀破坏,其主导原因是使用大量氯盐类融雪剂。
混凝土耐久性是当今世界的大问题,钢筋混凝土结构依然是工程结构主体,特别是大型公共基础设施,钢筋混凝土是主要材料与结构形式,而基础设施是国家的经济命脉,其耐久性问题,足以影响国民经济与可持续发展。世界著名专家梅塔教授指出:“钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构破坏的主要原因”,而氯盐又是钢筋遭受腐蚀的主要原因。
我国目前融雪剂(化冰盐)使用状况
目前,我国大量使用的仍为氯盐类融雪剂(早期大都使用氯化钠,近来也使用氯化钙、氯化镁等。)在我国北方地区高速公路、桥梁等均有氯盐腐蚀破坏的现象。事实上,凡撒氯盐频率高的桥梁,随着时间的推移,都出现不同程度的腐蚀破坏情况。此外,撒氯盐还腐蚀地下管线、周边建筑、污染环境等。
2.新型融雪剂的出现与性能比较
美国、欧洲等西方国家在融雪剂的开发和使用方面一直保持领先地位,陆续推出了系列有机融雪剂并逐步替代“氯盐”,广泛运用在机场、高速路等交通场所,在减少氯盐融雪剂使用、充分保障交通高效安全运行方面,取得了十分显著的成效。主要品种包括醋酸钙镁,生物有机质,醇类物质(乙二醇、丙二醇),羧酸盐系列(甲酸钠、甲酸钾、乙酸钠、乙酸钾、乳酸钾等),尿素等。目前,该系列有机融雪剂的使用,在我国已经逐渐开始得到部分推广和实施。
有机融雪剂体现出不同的优势互补性质,其主要性能如下表所示:
种类 |
使用温度 |
优势 |
不足之处 |
使用情况 |
氯盐类(NaCl,CaCl₂,MgCl₂等) |
﹣15℃~﹣20℃ |
价格便宜 |
腐蚀严重,尤其对钢筋混凝土结构腐蚀 |
只适用于安全系数要求很低的低端市场 |
醋酸钙镁(CMA)) |
﹣15℃~﹣20℃ |
腐蚀性较小 |
固体使用,颗粒强度低,容易起粉尘;价格昂贵 |
一般场所 |
生物有机质(如市面流行秸秆转化液等生态环保除冰液) |
﹣15℃~﹣25℃ |
腐蚀性小 |
价格高;多为液体使用,容易使路面湿滑。喷湿后易流失,除冰保持时间短;化学耗氧量高,排到水体会导致水生物缺氧 |
适用于一般场所 |
乙二醇 |
﹣40℃ |
腐蚀性小 |
有毒性 |
已经开始禁止使用 |
丙二醇 |
﹣40℃ |
腐蚀性小 |
液体使用,容易使路面湿滑。喷湿后易流失,除冰保持时间短;化学耗氧量高,排到水体会导致水生物缺氧;价格高 |
道面较少使用 |
甲酸钠 |
﹣15℃~﹣20℃ |
腐蚀性小;价格适中;可单独固体使用,或与液体除冰剂搭配使用,效果更佳 |
不适用高寒地区 |
适用范围广,如高速路和机场等 |
醋酸钠 |
﹣15℃~﹣20℃ |
腐蚀性小 |
不适用高寒地区;价格偏高 |
高速路和机场 |
甲酸钾 |
﹣50℃ |
腐蚀性小 |
单独液体使用,容易使路面湿滑;喷施后易流失,除冰保持时间短;价格较高 |
主要适用于机场 |
醋酸钾 |
﹣30℃ |
腐蚀性小 |
单独液体使用,容易使路面湿滑;喷施后易流失,除冰保持时间短;价格高 |
主要适用于机场 |
尿素 |
﹣15℃~﹣20℃ |
腐蚀性小 |
含氮量高,造成水体富营养化 |
高速路和机场使用,但已逐渐淘汰 |
说明:上表中,甲酸盐融雪剂综合性能十分突出,我公司生产的路通-DG环保固体颗粒融雪剂和路通-K环保固体颗粒融雪剂属于甲酸盐融雪剂。
3.甲酸盐除冰剂与传统氯盐除冰剂对钢铁的腐蚀测试比较
路通-D环保固体颗粒融雪剂是有机融雪剂中的一种,以甲酸盐为主要成分、添加多种助剂的除冰剂,其融冰速度快,化冰能力强,仅就对钢筋混凝土结构的腐蚀性方面,相对于氯盐有显著不同。按照GB/T23851-2009 道路除冰融雪剂(国标)对路通-D与氯盐对钢铁的腐蚀性进行了测试,将20#碳钢试片放在除冰剂溶液中40℃下连续浸泡48小时,测试结果如下
碳钢在融雪剂溶液中腐蚀试验测试结果
品种 |
碳钢腐蚀率(mm/a) |
||
指标值 |
测试结果 |
现象 |
|
路通-DG除冰剂 |
0.1 |
0.02 |
碳钢试片在路通-DG除冰剂溶液中连续浸泡48小时后,基本光亮如新 |
氯盐除冰剂 |
0.11 |
碳钢试片在氯盐溶液中连续浸泡48小时后,出现大量铁锈,试片腐蚀严重 |
4.几种除冰剂对路面水泥混凝土影响测试比较
融雪剂投放到路面对水泥混凝土的腐蚀是其性能考核的一个关键点。下面图表是按照美国标准SHRP H205-8测试方法对几种除冰剂对路面水泥混凝土腐蚀进行测试,由此绘出的比价图表。该测试方法是美国《公路战略计划(Strategic Highway Reseatch Program,SHRP)》所制定的国际通用方法。通过此图表可以发现甲酸钠(钾)和醋酸对水泥的腐蚀率只有氯化钠的1/3,而醋酸钾比氯化钠还要略高一点。
按照美国标准SHRP H205-8测试方法测试几种除冰剂对路面水泥混凝土腐蚀率
5.融雪剂的发展方向
融雪剂应该对公路、桥梁、机场道路等建筑物的钢筋混凝土腐蚀更小,同时对车辆、道路设施腐蚀更低,对环境、植被的破坏极低,具有低化学耗氧量和低生物耗氧量、低水体生物毒性等特性。美国SAE-AMS-1431D标准全面考虑了融雪剂对环境、金属材料和飞机材料方面的要求,世界各国纷纷以它作为机场融雪剂选用标准。
● 氯盐融雪剂价格低廉,对钢筋混凝土腐蚀性厉害,对桥梁、高速路等造成很大破坏,已受到社会广泛关注,被淘汰是一种必然趋势。
● 有机盐融雪剂腐蚀性小、品种多、价格偏差大,不同类型适应不同场所:甲酸钾、醋酸钾价格昂贵,主要用在机场液态喷洒除冰;乙二醇丙二醇主要用于飞机机身除冰;生物有机质排放到水体会导致水生生物缺氧,不宜大量使用。尿素含量高,易导致水体富营养化,已很少使用。
●【路通-DG】环保固体颗粒融雪剂和路通K液体融雪剂是以甲酸盐为主成分,添加其它助剂,符合美国SAE-AMS-1431D和1435C的所有要求,性价比较高,是目前机场道路、高速路、桥梁、铁路等融雪剂除冰的首选。
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