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融雪剂/除冰剂的历史现状与发展方向

发表时间:2019-04-22 08:30:43    作者:本站    来源:本站原创    点击数:

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(NaClCaCl2MgCl2 )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,1/4受到腐蚀破坏;1993, 受到腐蚀破坏的桥梁超过1/2, 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。在加拿大大面积使用化冰盐, 基础设施的腐蚀破坏特别突出。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, 1972,在长20km的高速公路路段上建了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,15年的修复费已是建桥费的1.6, 2004, 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, 由于使用氯盐融雪剂, 使用年限不足20, 钢筋腐蚀破坏严重,不得不在其旁边另建一座新立交桥。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, 其主导原因是使用了氯盐化冰盐。 

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的主体,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) 。北京原西直门立交桥1979年建成并投入使用, 使用期不到20年已须重建。除去先天因素( 设计、施工质量等) , 就环境影响而言, 撒氯盐类融雪剂所造成的钢筋腐蚀与混凝土冻融破坏, 是路桥过早破坏的主要因素。除北京外, 天津等城市的路、桥也已经出现同样的情况。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.有机融雪剂的出现与性能比较优势

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代替“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、丙二醇等),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1所示。

1

     

使用温度

   

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

只适用于对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。喷施后易流失,除冰保持时间短;化学耗氧量高,排放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;喷施后易流失,除冰保持时间短;化学耗氧量高,排放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

高速路和机场等

甲酸钾

-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;价格较高

主要使用于机场

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

主要使用于机场

尿素

-15~ -20

腐蚀性小

含氮量高,造成水体富营养化

高速路、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,国外已经广泛使用

 

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 

FY-01甲酸盐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,相对于氯盐有显著的不同。按照GB/T23851-2009  道路除冰融雪剂(国标)对FY-01融雪剂与氯盐对钢铁的腐蚀进行了测试,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(2)与钢铁腐蚀图片1~4比较如下:

碳钢在融雪剂溶液中腐蚀试验测试结果2

  

碳钢腐蚀率(mm/a

测试结果

          

FY-01甲酸盐除冰剂

0.1

0.02

碳钢试片在FY-01甲酸盐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

 

 

 

1  刚放入氯盐融雪剂溶液中的20#碳钢试片          

     


2 在氯盐融雪剂溶液中48小时浸泡后的20#碳钢试片 

 

3  刚放入FY-01融雪剂溶液中的20#碳钢试片 

 

4  FY-01融雪剂溶液中48小时浸泡后的20#碳钢试片

  

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3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,由此绘出的比较图表。该测试方法是美国《公路战略计划(Strategic Highway Research 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)和醋酸钠对水泥的腐蚀率只有氯化钠的1/3大小,而醋酸钾比氯化钠还要略高一点。

图表3

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机场融雪剂选用标准。

1)氯盐融雪剂价格低廉,对钢筋混凝土腐蚀厉害,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。

2)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。尿素含氮高,易导致水体富营养化,已很少使用。

3))FY-01融雪剂是以甲酸盐为主成分、添加其它助剂的融雪剂,符合美国SAE-AMS-1431D的所有要求,性价比较高,是目前机场道路、高速路、桥梁、铁路等融雪除冰的首选。

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