關于環保型除冰雪液的探討

楊 勇,李紀東

(1.黑龍江省龍建路橋股份有限公司;2.哈同公路管理處)

0 引 言

在我國的東北地區地處北溫帶,不僅冬季氣候寒冷,降雪較多,而且降雪期長,近幾年的氣溫驟冷驟熱交替頻繁,路面雪后結冰,冰上降雪,嚴重影響汽車安全行駛,增加能源消耗,造成交通阻塞,增加交通事故的發生率,給交通帶來諸多的不便。安全是公路運輸工作永恒的主題,為了保證冬季行車安全,提高運力,增加運輸效益,我們必須具備防冰除雪的有效手段。

1 目前國內外普遍采用且較有效的除雪方式主要是機械除雪和化學融雪

機械除雪具有機動靈活、速度快、不受氣溫限制、適用范圍廣等特點,但存在除凈率差、易損壞路面等不足。

化學除雪法可彌補機械除雪的不足,是一種有效的防冰、融雪化冰手段,其原理主要是利用融雪作用的物質降低水份的結冰溫度,在降雪過程中融化新雪,防止積雪結冰。由于除雪劑的冰點較低,直接灑在路面的冰雪上,可以使冰凍的冰層積雪消凍成水。

2 作為路面除冰雪劑已使用過的有氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、尿素、鈣鎂乙酸鹽復合劑(CMA)、乙烯二醇等,這些藥劑的性質及使用情況如下

2.1 氯化鈉

粒狀,其融點在 -22℃,適用低于-10℃融冰效果降低的環境,潮解性小,速效性不高,持續性好,對道路、金屬腐蝕性大,目前是道路中最常用的融雪劑。

2.2 氯化鈣

粒狀,也有薄片狀,其融點在 -54℃,適用于 -20℃左右的環境,潮解性比氯化鈉大,可在氣溫偏低地區使用,速效性高。單獨使用不多,一般與氯化鈉混合使用,對金屬、路面的腐蝕性稍高,但是除冰效果高,價格也偏高。

2.3 氯化鎂

粒狀,其融點在 -32℃,適用 -10℃左右低于 -10℃易出現再結冰,潮解性大,速效性比氯化鈉高,但低溫下易出現再結冰。單獨應用不多,一般與氯化鈉、氯化鈣混合使用。對金屬、路面的腐蝕性略高,除冰雪效果低,價格稍高。

2.4 鈣鎂乙酸鹽復合劑

粒狀,其融點在 -12℃,適用 -9℃環境使用。溶解性大,速效性低,其融點高,在氣溫偏低地區使用效果不好,有臭味。目前,沒有得到廣泛應用,對金屬、路面的腐蝕性低,除冰雪效果低,價格偏高。

2.5 尿素

微粒狀,其融點在 -12℃,適用 -10℃環境。溶解性小,共融點高,速效性不高,不適于氣溫偏低地區。價格高,多用于機場及部分鋼橋。

2.6 乙烯二醇

液體,其融點在 -40℃,適用 -15℃環境使用。速效性高,使路面發滑,在低溫下隨藥劑被雪水稀釋后,易出現反結冰。價格高,目前多用于機場。

從以上物質的特點看出,除冰雪效果較好、適用范圍廣、價格較經濟是氯化鈉或氯鹽混合物,但它們都對金屬、路面有嚴重腐蝕性。因此,目前一些國家已明文禁止使用氯鹽除雪。鈣鎂乙醇鹽復合物的腐蝕性很小,且易生物降解,不污染環境,但其凝固點、價格偏高,限制了其應用前景。

尿素雖腐蝕性小,但其排入自然界后,會導致水質富營養化,藻類繁殖過快,破壞生態環境,且適用于溫度范圍太小,只在-10℃。乙烯二醇具有凝固點低,對金屬、路面腐蝕性小的優點,但其生物耗氧量大,對環境有不良影響,且其價格較高,它的使用正逐漸受到限制。

3 環保型除冰雪液的特點

為了解決上述除冰雪劑存在的問題,我們研制出一種環保型道路除冰雪劑。該道路除冰雪劑是棕色略帶粘稠液體,它的主要成份為有機成份蛋白質、乳酸類極易生物降解物質,在有氧條件下,可大量分解,對環境無可見污染。且該除冰雪劑對金屬、路面腐蝕性極小。經過大量的對金屬腐蝕性試驗得出,該除冰雪劑對鋼鐵的腐蝕速率為0.032mg/cm2?d,可比氯鹽對金屬的腐蝕性降低十倍,這是由于道路除冰雪劑含有有機活性物質,可有效抑制無機鹽對金屬材料及路面腐蝕,從而大大減輕對車輛、橋梁、路面的有害影響。

該道路除冰雪劑冰點很低,可達 -55℃,即使在很惡劣的氣候條件下也能有效融冰雪。融冰能力強,在 -20℃每克除冰雪液可融冰 0.9 g,其除冰效果達到國外同類產品水平(在-20℃國外同類除冰液每克可融冰 0.87 g)。

4 環保型除冰雪液的使用

該除冰雪液為略帶粘稠的液體,相對粘度為 4.3 pa?s,使用方便,便于噴灑。噴灑設備可采用現有灑水車改裝,也可用洗車噴槍進行噴灑,這二種方式均可使該液體以霧狀噴出。

除冰雪液雖然具有腐蝕性、污染性很小的特點,可以任意使用,但為了達到在及時有效除雪同時,節約除雪費用,還是應該科學使用。具體使用方法如下。

4.1 雪前噴灑

雪前施用除雪劑可以防止雪降落后結冰于路面,是近幾年除雪方法中的新興養護技術,即防冰方法。其最大優點是可成倍地節省除冰雪劑的用量,加快除雪速度,減少交通阻塞。該除冰雪液的出現,使這一技術更有發揮的空間。因為該除冰雪液具有一定的粘度,噴灑于路面后便粘結在路面上,不易揮發或被風和車輛帶走,所以撒布的時間,主要根據氣象條件(降雪、風速、氣溫)來確定。一般在一開始下雪時就撒布,或估計在路面出現凍結之前 1～2 h撒布。所撒布的劑量根據降雪情況、路面溫度來定,路面溫度 -5～150℃,施用量一般 30～50 g/m2;溫度 -150℃以下,施用劑量可適當增加;雪厚在 5mm左右時,可立刻融化;雪量大時,可防止雪與地面粘結或接觸的雪結冰,便于機械清除。

4.2 雪后噴灑

雪后施用除雪劑,這是傳統的方法,也是常用的方法。在相同的降雪厚度、溫度下,雪在公路上的形態不同,除雪劑對雪的融雪能力不同,施用的劑量也不同。通過試驗我們知道,趁雪的密度在盡可能小的情況下,即在雪停后,立即噴撒除雪劑效果最好,可避免浪費。針對路面冰雪的厚度、路面溫度可采用不同施用劑量,見表 1。

表 1 道路防滑除冰液使用參考劑量

5 除冰雪液的使用范圍及特點

東三省屬于寒溫帶大陸性氣候,冬季降雪期長,溫度變化異常,降雪后,積雪形態各異,機械設備對 5 cm以下的壓實雪、1 cm以下的冰層以及車轍內的冰雪很難清除干凈,使用該除冰雪液卻能有效地融化這些冰雪,且對環境污染及對道路腐蝕性較小,克服了以往除冰鹽的缺點。

5.1 該除冰雪液可用來防冰

該除冰雪液的冰點最低可達 -550℃,雪前預先噴灑除冰液,可防止雪與路面的粘結及雪在路面上凍結成冰。在-350℃下都可使用它進行防冰,它可以滿足我國北方整個冬季的養護需要。

5.2 該除冰雪液對除去薄層冰雪及冰雪混合物特別有效

5 cm以下的壓實雪或者冰雪混合物,機械除雪很難將其清除,通過噴灑除冰液可有效地將其融化。

5.3 該除冰雪液能迅速而有效地除去冰上蓋雪的特殊冰雪路面

由于晝夜溫差的變化,雪在白天融化后夜間結冰,薄冰上又覆蓋一層小雪,對行車極為不利,最易發生交通事故。這種情況用機械除雪方法難以解決,而用該除冰雪液卻能迅速而有效地除去冰上蓋雪的特殊冰雪路面,解決行車難的問題。

5.4 該除冰雪液可融化機械除雪后剩余且清除難度較大的頑固雪塊和冰塊

無論是人工除雪還是機械除雪都很難將雪完全除凈,而車轍內的冰雪機械根本無法清除,肯定要有些殘冰剩雪粘附在路面上,給行車安全帶來隱患。這種情況下,也可以使用該除冰液。

如果雪厚超過 5mm,冰厚超過 10mm,使用該除冰雪液在經濟上和除雪效果上都不太理想。這時可先用除雪機械將較厚的冰雪刮走一部分或大部分,然后噴灑除冰液,達到即噴即化,防滑防冰的作用 。

6 使用中應注意的問題

(1)使用本防滑除冰雪液請勿稀釋;若雪前使用,預撒后,如果降雪量隨著時間逐漸加大,除冰雪液明顯被稀釋,此時須進行二次噴撒,以防止路面出現結冰現象。

(2)如在下雪的同時噴灑本品,除冰、雪效果較差,甚至失去作用,所以使用本品應在雪前或雪后。

(3)若積雪超過50mm,冰厚超過10mm,不宜直接使用該產品。

(4)本防滑除冰雪液可加熱使用,效果更佳(尤其對冰)。

(5)本品性能穩定,不易變質,便于長期保存;可用集裝箱或運輸罐運輸,也可采用桶裝。

7 效益分析

本項目研制的除冰雪液為 600元/t左右,價格低于國外同類產品,與鹽(400 t)相比略高。但由于該產品對環境無污染,且對車輛、道路及其附屬設施腐蝕性極小,僅為鹽的十分之一,可以大大地減少相應的損失,所以總的來說經濟效益十分可觀。可見,采用雪前噴灑的方法,用除冰雪液的成本僅是撒鹽的 62%左右,即使雪后用除冰雪液,其成本也僅比鹽高 24%,且不計用鹽腐蝕道路、車輛及污染環境所帶來的巨大損失。

總之,該道路防滑除冰雪液具有工業規模制備時成本低、無腐蝕性、環境上可接受、且可通過現有的裝置易于噴灑等特點,是一種較理想的路用環保型除冰雪劑,它可廣泛用于高速公路、城市道路的防冰、除冰、除雪。