寒區道路橋梁受融雪劑危害分析與防治措施

摘 要：文章對寒區道路、橋梁等交通基礎設施受融雪劑的危害進行分析，提出減少、防治融雪劑危害的具體措施。為寒區道路橋梁工程設計、融雪劑合理使用提供參考。

關鍵詞：融雪劑；道路橋梁；寒區

中圖分類號：U418.41 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）20-0132-02

二十世紀以來，世界各國道路交通發展迅猛，道路在各國交通運輸體系中占的比重日益增大，保持交通暢行變得十分重要。而在寒冷地區，冬季降雪是道路交通的“大敵”，降雪后地面易積雪、結冰，嚴重影響汽車正常行駛速度，導致交通堵塞，引發交通事故。據統計，降雪過后冰雪路面交通事故的發生率較通常增加3～4倍，每年因此造成的損失達數千萬元。全世界每年因路面積雪結冰所造成的直接經濟損失達數億元。

常見的道路清除冰雪方式主要有三種：人工清理、機械清除、融雪劑除雪。其中人工除雪方式勞動強度高，除雪雖徹底但效率較低，作業時影響車輛通行及交通安全。機械除雪對除雪機械要求較高，設備價格昂貴，且因積雪受車輛碾壓致實，除雪效果不佳，同時易損壞路面，我國應用較少。融雪劑除雪，具有操作簡便、價格低廉、融雪效果好等優點，在國內外廣泛應用。但融雪劑易在融雪后引起環境污染：導致綠化植被大量死亡，對動物生存產生不利影響，易污染江河、地下水，破壞生態環境。同時會對道路、橋梁混凝土路面造成嚴重腐蝕破壞，導致路面剝蝕、橋梁鋼筋銹蝕、混凝土開裂、結構失效等危害。

本文主要介紹了國內外常用融雪劑種類、使用情況，分析其對道路、橋梁造成的危害原因，并進一步提出減少融雪劑危害的防治措施，為寒區道路、橋梁工程設計、融雪劑合理使用提供參考。

1 融雪劑的種類及使用情況

目前國內外常用的融雪劑按成分主要分為氯鹽類、非氯鹽類和復合類三類。

1.1 氯鹽類融雪劑

氯鹽類融雪劑主要有氯化鈉、氯化鈣、氯化鉀、氯化鎂等，國際上通稱氯鹽類融雪劑作“化冰鹽” （Deicing Salt）。氯鹽類融雪劑由于具有冰點低、資源豐富、價格便宜（僅相當于有機類非氯鹽融雪劑的1/10）等優點，目前多數國家仍主要使用此類融雪劑，尤其是氯化鈉使

用歷史最為悠久，融雪效率最高、價格低廉、用量最大，短時間內難以被取代。但此類融雪劑破壞環境，危害農田、綠化帶；且造成鋼筋腐蝕、混凝土損傷嚴重，降低了道路、橋梁使用壽命。

1.2 非氯鹽類融雪劑

非氯鹽類融雪劑多為乙酸鹽、醇類等有機融雪劑。如美國DOT公司研究的無氯、無污染、對環境安全的CMA（鈣鎂乙酸鹽），融雪性能穩定，對環境影響優于氯化鈉和氯化鈣。美國專利發明者Terence E P發明的LMWBL融雪劑，較適合在高寒地區使用。以及利用酯、糖、酒等副產物生產的其他非氯鹽融雪劑等。此類融雪劑環保性能較好，對道路、環境、植物影響較小。但價格較高，一般用于機場跑道等重要場所，公路及市政道路很少使用。

1.3 復合類融雪劑

復合類融雪劑如氯鹽類加非氯鹽類融雪劑、氯鹽阻銹型融雪劑等。主要是通過在傳統的氯鹽類融雪劑中加入非氯鹽或阻銹劑，以減少其使用過程中鋼筋的銹蝕。復合類融雪劑是目前新型融雪劑發展方向。然而阻銹劑的研制與選擇一直是一項艱巨的任務，加入量過少幾乎很難起到阻銹的效果，而加入量過大又容易引起成本過高和新的環境問題。人們至今仍在研究探討其價格與環境影響等問題。

2 氯鹽融雪劑對道路、橋梁的危害

2.1 道路路面混凝土侵蝕

對于瀝青混凝土路面，鹽類物質與瀝青相互作用，大大減小瀝青材料與砂石料的黏合能力，造成瀝青表面脫落，在行車荷載的作用下大面積路面破損。

對于水泥混凝土路面的腐蝕作用主要體現在鹽凍腐蝕。可以分為物理作用和化學作用。物理作用主要表現為，溶化后的雪變成液體后易沿著混凝土表面的裂縫或其他薄弱環節滲透到混凝土的內部，在混凝土內部結冰而產生體積膨脹，導致混凝土的進一步開裂、剝蝕。化學作用主要是氯鹽與混凝土中的水化產物Ca（OH）2發生反應，生產的CaCl2溶于水，使水泥混凝土孔隙率增加，強度下降。同時CaCl2與水泥漿體中的凝膠（C3A）發生反應生成復鹽，產生膨脹，導致混凝土的膨脹破壞。

2.2 橋梁鋼筋銹蝕

氯鹽型融雪劑在融化冰雪的同時，其引發的鋼筋銹蝕問題更為嚴重，給道路、橋梁設施帶來了巨大的負面影響。混凝土中的水泥水化過程中生成大量的Ca（OH）2，其pH值大于12，鋼筋在堿性介質中，表面生成一層穩定致密的氧化物鈍化膜，使鋼筋難以銹蝕。當氯鹽融雪劑滲透到混凝土中，到達鋼筋表面并超過一定的臨界值時，鋼筋周圍的pH值降低，鈍化膜破壞，進而引發鋼筋銹蝕。銹蝕產物的體積會膨脹2～6倍，擠壓包裹在鋼筋外側的混凝土，使混凝土保護層發生順鋼筋開裂、脫落的狀況，導致整個混凝土結構承載力下降或喪失。

早期西方國家在路橋上大量使用氯鹽化冰雪之后在使用5～15 a內，陸續出現以鋼筋腐蝕為主要特征的破壞現象。1981年美國50萬座橋中，有1/4受到腐蝕破壞；1993年，受到腐蝕破壞的橋梁超過1/2，有40%已承載力不足，近年來美國僅橋梁修復費已高達1 550億美元。此外加拿大、英國、德國、丹麥等國均有因化冰鹽腐蝕，鋼筋銹蝕導致基礎設施破壞特別嚴重的工程實例。

在我國北方地區高速公路、橋梁等均有氯鹽腐蝕破壞的現象。如北京原西直門立交橋1979年建成并投入使用，僅運行18 a就因耐久性問題而拆除重建，沈陽文化路大立交橋在使用13年后因鋼筋銹蝕導致混凝土開裂和剝落現象異常嚴重，哈爾濱到大慶的哈大公路，在建成5a后混凝土就出現了嚴重的順筋脹裂和剝落。近年來的工程調查表明，由氯鹽腐蝕引起的鋼筋銹蝕己成為導致我國混凝土結構耐久性失效的主要原因之一，由此造成的損失巨大。

3 減少、防治融雪劑危害措施

使用氯鹽融雪劑存在較大的危害性，但由于其融雪效果好，價格低廉、使用方便，短期內很難找到合適的替代品，因此應采取切實可行的措施，以減少、防止氯鹽危害的發生與發展。

3.1 提高道路、橋梁自身防腐性

對于寒區道路、橋梁等交通構筑物，在設計、建造初期，必須考慮混凝土耐久性設計，事先采取以下防護措施：選擇合適配比（采用低水膠比，一般低于0.4），提高混凝土密實度；適當提高混凝土保護層厚度；利用粉煤灰或礦渣替代部分水泥；采用噴、鍍、涂等方法對鋼筋實施覆蓋防腐，或使用特種鋼筋；摻用抑制腐蝕外加劑，如引氣劑、減水劑、鋼筋阻銹劑等；陰極保護等。同時加強施工過程的監管力度，提高施工質量。從而提高道路、橋梁自身防腐性能。

3.2 規范、科學使用融雪劑

①根據不同融雪劑材料冰點、當地氣溫、降雪厚度等因素，合理選擇融雪劑種類（如降雪氣溫在-5℃～-15℃，宜用氯化鈉，降雪氣溫在-15℃～-25℃，宜用氯化鈣）、限制撒布量和范圍。聯合使用其他除冰雪的方法（人工、機械、熱能）等，以減少氯鹽融雪劑的用量，避免擴大環境污染。

②合理選擇撒布時間，在降雪前1～2 h，撒布融雪劑，可有效防止降雪遇路面后結冰。一般每平方米撒布5～10 g融雪劑，既可有效防治結冰，又可節省融雪劑的使用量，加快除雪速度，減少對交通的影響。

③采用預濕撒布的方式，即將融雪劑預先溶化成為糊狀再進行撒布，因為融雪劑只有溶解后才能產生融雪功能。目前國內許多除雪工作人員往往采取的是將顆粒狀融雪劑直接撒布到路面，融雪劑需要經過車輛多次碾壓溶化后才能融雪，這樣不僅融雪效果慢、而且浪費融雪劑、增大了環境污染。

④采用加阻銹劑的氯鹽阻銹型融雪劑，減少鋼筋銹蝕、體積膨脹而導致的混凝土開裂。

3.3 加大新型融雪劑研究力度

市場營銷的各種融雪劑均存在各自的缺陷，氯鹽類融雪劑雖然價格低廉、使用方便，但環境污染嚴重，對道路橋梁設施腐蝕嚴重；非氯鹽類融雪劑雖具有環保性能，但價格昂貴，難以大規模使用。因此迫切需要加大研究力度，研發出一種新型融雪劑，既具有良好的融雪效果，又環保廉價，同時對鋼筋、混凝土沒有侵蝕作用。

3.4 加強寒區在役橋梁多因素作用下耐久性研究及修

復加固技術的研究

截至2009年，我國己建造各類公路橋梁60余萬座。與此同時，我國的橋梁面臨一大批橋梁已進入“老齡”化問題，常年帶“病”運營，其中，寒冷地區的橋梁“病害”程度尤為嚴重。因此應加強初期損傷、凍融、氯鹽融雪劑侵蝕等多因素作用下橋梁結構耐久性的研究及修復加固技術研究，通過修復加固，對已產生損傷的橋梁予以充分利用。

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