橋梁用融雪材料的選擇

徐天予

(遼寧省交通建設管理有限責任公司 沈陽市 110005)

橋梁用融雪材料的選擇

徐天予

(遼寧省交通建設管理有限責任公司 沈陽市 110005)

重點研究了融雪材料對橋梁主體材料的影響，對幾種不同融雪材料的融雪化冰能力、融雪材料對水泥混凝土及鋼鐵的腐蝕作用進行研究，提出橋梁除雪防滑用融雪材料的選用建議。

橋梁：融雪材料：融雪化冰能力；腐蝕作用

1 橋梁除雪防滑的重要性

橋梁除雪抗滑問題一直是交通管理部門的重中之重，每遇降雪冰凍，道路管理部門都要對橋梁進行特殊防滑處理，一般可以采取撒布礦渣、細小砂石、車輛安裝防滑鏈等增加橋梁路面摩擦系數的被動防滑處理，也可以通過機械除雪、人工除雪、撒布融雪劑等主動防滑處理措施快速清除路面冰雪，保障正常社會經濟生活。融雪材料融雪化冰效率高，效果好，操作簡便，所以成為冬季公路養護除雪、防結冰、防滑的不可缺少、不可替代的技術手段。

2 融雪材料對橋梁的影響

橋梁分鋼橋與鋼筋混凝土橋梁。融雪材料對橋梁的腐蝕破壞主要從對鋼鐵及水泥混凝土的影響說起。國內外關于融雪材料對橋梁結構強度和行車安全的危害爭論一直持續著。美國聯邦公路系統統計在冊的581,862座橋梁中，約17.5%的橋梁被定為結構強度不足。由于氯鹽方便、快捷、強大的融雪化冰功能，使其用量不降低反而增加，從1980到1990年的十年間就增加1.5倍。美國相關部門認定使用氯鹽融雪材料對橋梁的腐蝕帶來的經濟損失也是相當大的，每年修復橋梁花費的直接成本是64.31億美元，而間接損失(延誤交通、影響生產)是直接損失的10倍。1972年，英國某條高速公路上修建的11座橋梁剛剛使用幾年，混凝土就順著內置鋼筋開裂，使用15年來為維修這11座橋梁所花的費用已經相當于建橋資金的1.6倍。我國上個世紀90年代開始使用價廉的氯鹽融雪材料，十多年后氯鹽危害(鹽害)也逐步暴露出來，有些建成僅十多年的立交橋，橋梁邊梁出現大面積剝落，梁頭及帽梁混凝土出現裂縫并剝落，使鋼筋外露、銹蝕，橋梁墩柱嚴重損壞，造成這些損害的罪魁禍首就是冬季融雪的鹽水。

3 融雪材料使用狀況

西方發達國家使用融雪材料處理路面冰雪已有近七十年的歷史，我國從上世紀90年代逐漸開始大量使用融雪材料，至今已有近三十年的使用時間。按照融雪劑中主要化學成分的不同，融雪劑大體分為三類：氯鹽類、非氯鹽類、環保復合型融雪劑。融雪劑的應用經歷了從氯鹽到非氯鹽再到環保復合型融雪劑的發展過程。由于氯鹽類融雪材料價格便宜，融雪化冰效果優，被廣泛應用。據不完全統計，90%以上的融雪材料是氯鹽，其中氯化鈉的使用率占氯鹽中的80%以上。表1給出了2005年國內外融雪材料的使用狀況。美國每年氯鹽類融雪材料的使用量可達千萬噸，占鹽業總產量的1/3。加拿大每年用量為400～500萬噸。在北美、北歐等地，氯鹽類“化冰鹽”產品已經成為具有一定規模的行業。我國降雪特點是高山高原多、低地平原少、北方多南方少，而且冬季全國范圍都會降雪，但是積雪多集中在北方寒冷及高山高原地區，如我國的東北、西北、華北地區地處北溫帶，不僅冬季氣候寒冷，而且降雪、積雪期長，平均可達4～6個月之久，地面極易積雪和結冰，嚴重影響汽車行駛速度和安全。

瑪括特大學公共與環境工程部研究表明[1]，雪天撒氯鹽，可使意外傷害事故降低88.3%。氯鹽類融雪劑的確效能強大，功不可沒。融雪劑在保證雪天城市、公路交通暢達和公共安全方面顯示了優勢，雖然它同時存在嚴重的負面影響，但仍然需繼續使用氯鹽類融雪劑。目前國內外普遍且有效的除雪方式主要是機械除雪和化學融雪。融雪劑可彌補機械除雪的不足，是一種有效的防冰、融雪化冰手段。總之，純氯鹽類融雪劑使用量大，使用歷史較長，暴露出的問題突出，負面影響已被公認。

表1 國外公路用融雪劑應用狀況(2005年)

氯鹽類融雪材料價格便宜，取材于大自然，使用數量最多，使用年限最久，在融雪化冰，快速清除道路冰雪、保障交通安全暢通方面功不可沒，但其對交通基礎設施尤其是橋梁危害巨大，在用與不用之間一直是爭論的焦點。于是促成的后來摻配緩蝕成分的復合氯鹽融雪材料和不含氯的有機融雪材料的研發與應用。基本上，單純的氯鹽最便宜，摻緩蝕劑的復合氯鹽價格一般是氯鹽的2倍，而不含氯的有機融雪材料價格是氯鹽的10倍以上。由于經濟因素制約，最終較多選擇使用的仍是氯鹽類融雪材料，少量使用摻配緩蝕成分的融雪材料。

4 橋梁用融雪材料選擇研究

氯鹽類融雪材料對橋梁的腐蝕作用包括對水泥混凝土和鋼筋的腐蝕兩方面。在撒布融雪材料對橋梁特殊除雪防滑處理時應選用對水泥混凝土和鋼筋的腐蝕作用甚微或沒有腐蝕的融雪材料，既可以解決冰雪橋面除雪防滑的問題又可以減輕對橋梁的腐蝕破壞作用。本文從幾種不同融雪材料的融雪化冰能力、對水泥混凝土及鋼鐵的腐蝕作用三方面研究選用適宜橋梁用融雪材料。

4.1 不同融雪材料融雪化冰能力研究

冰點是評價融雪劑融雪化冰性能優劣的重要指標。將幾種代表性融雪材料的冰點測試結果作圖如圖1，能清楚判定各個融雪劑融雪化冰能力強弱。相同濃度融雪材料溶液的冰點越低，其使用等量的融雪材料則能在更低的溫度下融雪化冰。相同的溫度下，對應的融雪材料濃度越低，使用融雪材料的數量越少，則融雪材料的融雪化冰能力越優。從測試結果看出，1#及3#融雪材料融雪化冰能力優。從融雪化冰功能方面擇優選擇融雪材料的順序為1#>3#>2#>4#。

表2 融雪劑冰點測試結果

4.2 不同融雪材料對水泥混凝土的腐蝕作用研究

許多研究成果已證明隨著鹽溶液濃度的增加，混凝土的剝蝕量也逐步增大，到達某一峰值后迅速降低，即中低濃度的鹽溶液對混凝土剝蝕破壞影響最大，凍融試驗選擇融雪材料濃度為3%溶液為凍融介質，在-18～+5℃之間進行凍融循環試驗，經過30次凍融循環后測試比較水泥混凝土表皮剝落量，考察研究幾種融雪材料對水泥混凝土的剝蝕破壞作用。

不同融雪劑環境條件下，水泥混凝土表面剝落量測試結果如表3所示。根據以上測試結果作圖(如圖3所示)。在相同凍融條件下，幾種融雪材料對混凝土剝蝕作用不同。其中與清水為參照，可以看出任何融雪材料的剝落量都比清水環境要大很多。如果以工業鹽為參照，可以看出有機非氯的融雪材料3#和4#對水泥混凝土的腐蝕作用比工業鹽降低38%左右，摻緩蝕劑的1#融雪材料比工業鹽降低54.4%，對混凝土腐蝕破壞作用最弱。按照對混凝土腐蝕作用的強弱，選擇融雪材料的順序為1#>4#>3#>2#。

表3 融雪劑種類對混凝土剝落量的影響

4.3 不同融雪材料對鋼鐵的腐蝕作用研究

項目組參照我國現行標準《道路除冰融雪劑》(GB/T 23851-2009)中規定的旋轉掛片法(GB/T 18175-2000《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉掛片法》)，不同融雪材料深度5%溶液中浸泡7d后，不同融雪劑溶液對掛片腐蝕作用呈現出不同的變化和現象(如圖4所示)，計算不同融雪材料的腐蝕速度及相對工業鹽的緩蝕率如表4所示，并作圖5。幾種融雪材料環境下，工業鹽的腐蝕最嚴重，其他測試環境中相對于工業鹽的緩蝕率1#最高，對金屬腐蝕作用最弱。按照緩蝕效果擇優選擇融雪材料的順序為：1#>3#>4#>2#。

表4 融雪劑對碳鋼的腐蝕速率和相對工業鹽的緩蝕率

5 結論

綜上研究測試結論，我們可以看出，橋梁融雪材料的選擇一方面要以起到融雪化冰清除橋面冰雪為首要目的，其次應考慮減輕或避免融雪材料對橋梁的構成材料如混凝土和鋼筋的腐蝕破壞作用。當然經濟方面的因素也是選用何種融雪材料必須考慮的因素之一。從性價比綜合考慮，工業鹽直接用于橋梁上除雪防滑負面影響最嚴重，摻緩蝕劑的復合氯鹽融雪材料從融雪化冰能力及對橋梁的腐蝕程度來看都是最好的選擇。

[1] 洪乃豐.氯鹽融雪劑是把“雙刃劍”淺議國外使用化冰鹽的教訓與經驗[J].城市減災， 2005(4):19-21.

[2] Wang Kejin, Nelsen Daniel E., Nixon, Wilfrid A. Damaging effects of deicing chemicals on concrete materials[J]. Cement & Concrete Composites，2006, 28(2):173-188.

[3] 吳天容. 國外化學融雪劑除冰劑的開發與進展[J].無機鹽工業，1989,102(5):28-32.

[4] 張洋，戶立，張嘉鵬.無腐蝕復合融雪劑研制與應用[J].中國公路，2006(5):110-111.

[5] 劉楠.公路用融雪劑應用研究現狀與發展趨勢[J].北方交通，2012(1).

Selection of Snow-melting Material for Bridge

XUTian-yu

(Liaoning Provincial Transportation Construction Management Co.,Ltd.,Shenyang 110005,China)

The research on the influence of snow-melting material on host material of the bridge is made emphatically, the research on snow-melting and deicing capability of several kinds of different snow-melting materials and corrosive effect on cement concrete and steel is made, and selection suggestion on snow-melting material for snow removal and skid resistance of the bridge is put forward.

Bridge; Snow-melting material; Snow-melting and deicing capability; Corrosive effect

1673-6052(2016)11-0018-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.11.005

U416.41+2

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