高速路應用融雪劑的環境問題及其對策研究

摘 要：隨著高速公路快速發展，融雪劑已對路域環境安全構成嚴重威脅。該文藉此對高速公路應用的融雪劑種類與特點，融雪劑的環境危害和緩解的對策與途徑進行分析，希望對解決我國高速公路融雪劑的環境問題，保障高速公路的安全和可持續運行具有參考。

關鍵詞：高速公路 融雪劑 土壤鹽堿化 環境問題

中圖分類號：U418 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-000-02

高速公路是我國公路運輸的主要干道，2010年通車里程已達7.4萬 km，位居世界第二。由于高速公路行車速度快，且冬季積雪易凍冰使路面堅硬濕滑，增加交通事故的發生概率。對于解決高速公路積雪結冰問題，一般采用物理機械清除和化學融雪劑溶解等辦法。其中，化學融雪劑具有成本低、效率較高、使用便捷等特點，因而在高速公路養護上得到廣泛使用。據悉，美國每年“化冰鹽”的使用量可達千萬噸，占鹽業總產量的1/3，加拿大每年用量400～500 萬t。我國從20世紀90年代開始使用融雪劑，現在每年用量呈遞增趨勢。如沈陽市2003-2008年融雪劑用量從6000～9000 t。2008年1月我國南方遭遇50年以來罕見冰凍災害，期間長沙市對市區3101 萬m2主干道路撤融雪劑10 d達7000 t，武漢每天融雪防凍鹽500 t左右。近年來，北京市年使用融雪劑3萬多t，2009年2月18～19日北京地區降雪，連夜撒融雪劑5731 t，同年11月13日降雪一次撒融雪劑

2882 t。

但是，融雪劑引發的環境安全問題日顯重要，不僅侵蝕道路和腐蝕橋梁和車輛，而且引起綠化帶土壤鹽堿化和抑制植物生長，造成地下水污染。該文藉此對高速公路應用的融雪劑種類與特點，融雪劑的環境危害和緩解的對策與途徑進行分析，希望對解決我國高速公路融雪劑的環境問題，保障高速公路的安全和可持續運行具有

參考。

1 融雪劑分類及其特點

融雪劑按照其化學成分不同，一般分為三種類型：氯化物型融雪劑，非氯化物型融雪劑，混合型融雪劑。各類融雪具有不同的特點。

1.1 氯化物型融雪劑

主要成分是氯鹽，包括氯化鈉（NaCl）、氯化鈣（CaCl2）、氯化鎂（MgCl2）等。融雪原理主要是通過降低水的冰點來達到融雪效果，氯化鈉溶于水后冰點在-10 ℃，氯化鈣在-20 ℃左右。氯鹽溶解要吸熱加快積雪溶解；融雪劑溶于水后凝固點降低，使水難以再形成冰塊而有利排雪；當融雪劑溶于水后，水液相蒸氣壓下降但冰固態蒸氣壓不變，蒸汽壓平衡中冰便溶化了。這類融雪劑的冰點低、資源豐富、價格低廉、融雪效果好，廣泛應用于公路融雪，應用比例90 %以上，對道路、環境、植物影響大。

1.2 非氯化物型融雪劑

以醋酸鹽（如醋酸鈣鎂、醋酸鉀）、尿素、二元醇等不含氯的物質為主。這類融雪劑冰點高、融雪效果較差、價格昂貴，如醋酸鈣鎂極限冰點在-10 ℃左右，同樣效果下其用量是氯鹽的2～3倍，使用成本是氯鹽類的20～30倍。非氯鹽類融雪劑中其他的物質由于貯存、處理、環保、安全等方面存在各種無法回避的缺陷，加之價格高而應用范圍有限，僅在有些機場、高級停車場、別墅區域使用。據市場調查，氯化鈉每噸成本25美元，氯化鈣110美元，而乙酸鎂鈣每噸高達1200美元。

1.3 混合型融雪劑

以氯鹽為主料，再加入阻銹劑（或緩蝕劑）形成氯鹽混合型融雪劑，可分為按比例配制的人工混合物和天然混合物兩種。人工混合物一般以氯化鈉為主要成分，再加其他的氯化物以提高低溫性能或吸濕性。如美國首先使用氯鹽阻銹型融雪劑，日本曾在融雪劑里加緩蝕劑，俄羅斯的首都莫斯科使用尿素、硝酸鈣和硝酸鎂合成的新型融雪劑。其他用于融雪的有機物是醇類，如甲醇、乙醇等類，但易揮發、易燃等問題而被用來融雪化冰極少，更多用于防凍防結冰的是二元醇，40%乙二醇水溶液，冰點為-24 ℃，腐蝕性較小，對植物危害有限，可用作機場除冰劑，用于道路除冰雪。但作為普通路面融雪劑使用費用

較高。

我國從20世紀90年代初開始使用融雪劑，近年在特殊路段使用兩、三種氯鹽混合物，有的添加了緩蝕劑或阻銹劑等環保型融雪劑。北京市目前主要使用鈣鈉鹽復合型融雪劑。遼寧省高速公路在橋隧、長坡等特殊路段使用了氯化鈣、氯化鈉、氯化鎂及阻銹劑復合的融雪劑。

2 融雪劑應用引起的環境問題

2.1 侵蝕高速公路路面，造成路基破壞，縮短高速公路壽命

水泥混凝土中有活性骨料，氯鹽中的鈉離子將促進混凝土中的堿骨料反應，使混凝土膨脹開裂，導致表面混凝土保護層脫落、鋼筋外露銹蝕；融雪劑與瀝青產生化學反應，大幅折減瀝青材料和砂石料的握裹能力，造成瀝青表面脫落，在車輛荷載作用下，形成大面積的路面破損；融雪劑中 的鹽類遇水后發生的鹽漲現象，則會造成路基破壞。據報道，應用NaC1融雪劑使普通公路壽命縮短1/2以上。美國氯鹽融雪劑腐蝕破壞環境成本占GNP的4%（相當美國的國防開支），每年用于修復道路橋梁的費用大于2000億美元，是初建費的

4倍。

2.2 腐蝕橋梁金屬構件和車輛底盤及車身嚴重

氯離子是一種高效活化劑，不僅對橋梁金屬 構件和車輛底盤及車身腐蝕嚴重，而且能夠在極低濃度下破壞鋼筋表面的鈍化膜，通過一定的環 境條件共同作用，進而引起混凝土內鋼筋銹蝕。由于氯離子利于混凝土內部保持濕潤，從而減小混凝土的電阻率，導致混凝土內部的鋼筋加速銹蝕，嚴重時體積膨脹，使混凝土中鋼筋處出現縱向裂縫，最終使混凝土保護層剝落，截面承載力失效。

2.3 鹽化路邊綠化帶土壤，燒傷綠化植物葉片，嚴重威脅綠化植物生長

含氯鹽融雪劑大量使用對植物傷害，一是抑制植物種子萌發，減少土壤種子庫效應；二是造成土壤鹽堿化和對植物形成“生理干旱”，就是植物很難吸收土壤中高鹽濃度中的水分；三是破壞植物細胞膜和植物光合作用等生理過程，導致植物失綠和整體死亡。Na+、K+、CI-等離子使植物細胞內某種離子濃度增高，抑制了對一些營養元素吸收，破壞了植物細胞內部離子平衡，產生單鹽毒害。當濃度大于0.2%～0.3%鹽水浸入綠地，植物即會因生理性缺水導致生物量減少、葉黃、枯枝或死亡。據報道，融雪劑對公路綠化帶樹木植物損害高達5%～10%。北京市2004年冬季噴灑融雪劑8000 t，至2003年春季市城區近3000株行道樹、5萬多平米草坪和40余萬株綠籬枯死，直接經濟損失近1500萬元；至2005年春天，約1.1萬株行道樹、20萬m2草坪和149萬余株綠籬等灌木遭重度鹽害或死亡，直接經濟損失3000萬元。

2.4 污染土壤和水資源

含融雪劑雪水通過各種途徑進入土壤和水體，造成公路兩側土壤鹽漬化、硬化、板結、貧瘠，還會導致地表及地下水污染。長期飲用被融雪劑污染的水源，容易導致高血壓等多種疾患，危害人體健康。據北京市園林局調查，2005年死傷植物的土壤中和周邊殘雪里的含鹽量嚴重超標，成分與融雪劑一致。

3 緩解融雪劑環境危害的對策與途徑

3.1 制定生產融雪劑技術標準

北歐國家均制定了法規，嚴格控制融雪劑的成分和使用量，美國針對普通道路和機場制定了不同融雪劑標準。我國推薦性標準《道路除冰融雪劑》（GB/T 23851-2009），突出了對融雪劑的腐蝕和污染技術指標及其控制措施的要求。2002年10月北京市出臺我國首個融雪劑地方標準，特別突出融雪劑環保性能方面要求，如無令人不快的氣味、對設施的腐蝕率必須低于氯化鈉50%、pH值（酸堿度）適中等，另外對于融雪劑中汞、鉛、砷等5種具有腐蝕性的重金屬含量也做了嚴格界定，如融雪劑汞含量須低于0.05 mg/kg，砷和鎘含量必須低于5 mg/kg，對融雪劑生產，加工和品質測控起到了約束作用。遼寧省沈陽市制定融雪劑的地方標準。

3.2 制定和執行融雪劑的安全使用規范

由于氣候、氣溫、交通量、降雪量、撒布時機和方法等多因素不同，融雪劑使用過程中難免造成使用方法不當、用量過大等問題，使得使用效果不佳和造成植物傷害和環境問題。據調查，2008年1月河南省發生50年一遇的雨雪冰凍在災害，為確保高速路運行而大面積使用融雪劑，K895-K995路段內撒鹽近700 t，融雪劑覆蓋路面達到0.35 kg/m2。該路段同年3～4月份，樹木大面積枯萎和量死亡，經調查綠化帶0～20 cm土壤含鹽量達到 0.3%～0.7%，遠高土壤鹽漬化含鹽量臨界值和植物生長受抑制限制。

因此，在保障融雪劑生產標準的同時，各地應根據實際，制定融雪劑使用的技術規范，加強融雪劑使用的監督和環境治理。實踐表明，融雪劑可降低冰雪融點5～10 ℃，故-10 ℃使用效果最佳；溫度偏高、陽光充足時融雪效果較好；交通量較大時車輪碾壓作用 融雪效果較好；積雪厚低于2 cm 厚時融雪效果較好；杜絕把被融雪劑污染后的雪水堆積到樹埯內的傳統做法。有人總結提出融雪劑的適用量

（表2）。

3.3 開發環境友好的新型融雪劑

研發低成本、無氯環保性的復合融雪劑是目前融雪劑研發的熱點。美國DOT公司研制出CMA（醋酸鈣鎂）可大幅降低對鋼筋的腐蝕，在美國等發達國家已逐步代替氯鹽作為融雪劑，但因價格昂貴，我國很少使用。我國有人采用不同氯鹽加合磷酸鹽、葡萄糖酸鈉、硫酸鋅、硫脲、硅酸等多種緩蝕劑進行配比，研發出PSA系列融雪劑，具有冰點低（-10 ℃～-35 ℃）、融冰速率高，對碳鋼、混凝土的腐蝕性小，對植物的損害小，符合相關標準要求，是可與CMA相媲美的高效環保型融雪產品。也有學者選擇可生物降解的、低成本的醋酸廢液（木醋液）為原料，研究制備低成本CMA類融雪劑，所得產品為低碳混合羧酸鈣鎂鹽，其融雪溫度低（最低可達- 34 ℃），融雪效率高（可達208 m3雪/g融雪劑），對金屬、花草等基本無腐蝕和損害，各方面的性能均優于氯化鈉等氯鹽融雪劑。這也是可采用的方法之一。

3.4 選擇種植和搭配抗旱耐鹽的植物

植物在生長過程中，從土壤中吸收養分離子，也逐漸形成對土壤眼見得適應能力。按照植物分類，植物有中生植物和鹽生植物。如聚鹽類的鹽角草，它能從土壤里吸收大量可溶性鹽類，并把其積聚在體內而不受傷害，可以種植此類植物來處理融雪劑所含鹽類。此外，植物產生對鹽分的忍受耐力要經過一個適應鍛煉過程，對逐漸上升的鹽分易適應，對突然遭遇高鹽環境就不能適應，可以人為的使道路兩旁的植物提高抗鹽能力；并且根據不同植物對土壤鹽分的適應能力，合理搭配，進而提高整體綠化帶植物的抗鹽能力。

3.5 改良和提高土壤抗融雪劑的能力

土壤是生態環境的重要組成，融雪劑應用國良引起土壤鹽堿化的治理措施多種，一般主要采用換土和土壤改良措施。由于高速公路綠化帶的土壤深度一般在50～60 cm有限，長期收融雪劑侵害而采用更換客土較好，但工程量巨大，所以采用土壤改良方法更加結合實際。

土壤改良措施一般采用增加有機肥，種植坑內投放土壤化學改良劑等，以此來改良土壤，控制種植坑向上反鹽堿，為樹木提供存活的基本條件。化學改良劑主要有石灰、石膏、磷石膏、高分子保水劑、氯化鈣、硫酸亞鐵、腐殖酸鈣等，視土壤的性質而擇用。化學改良技術一般與水利、農業等措施結合取得效果較好。土壤保水劑近年來在土壤改良中應用廣泛，它是一種能吸收和保持相當于自身重量數百倍乃至數千倍水分的高分子聚合物，加入土壤后能增加土壤團聚體形成，有效提高土壤保水和改善土壤離子交換能力，增強土壤對養分的保持和植物利用，增加植物抗鹽堿能力。北京首發集團與中國礦業大學（北京）等單位合作，開發研究新型的融雪劑土壤鹽堿化復合改良材料，在實驗研究中取得明顯的效果。

參考文獻

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