徐天予

(遼寧省交通建設(shè)管理有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110005)

橋梁用融雪材料的選擇

徐天予

(遼寧省交通建設(shè)管理有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110005)

重點(diǎn)研究了融雪材料對(duì)橋梁主體材料的影響，對(duì)幾種不同融雪材料的融雪化冰能力、融雪材料對(duì)水泥混凝土及鋼鐵的腐蝕作用進(jìn)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(wèn)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(duì)橋梁進(jìn)行特殊防滑處理，一般可以采取撒布礦渣、細(xì)小砂石、車輛安裝防滑鏈等增加橋梁路面摩擦系數(shù)的被動(dòng)防滑處理，也可以通過(guò)機(jī)械除雪、人工除雪、撒布融雪劑等主動(dòng)防滑處理措施快速清除路面冰雪，保障正常社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活。融雪材料融雪化冰效率高，效果好，操作簡(jiǎn)便，所以成為冬季公路養(yǎng)護(hù)除雪、防結(jié)冰、防滑的不可缺少、不可替代的技術(shù)手段。

2 融雪材料對(duì)橋梁的影響

橋梁分鋼橋與鋼筋混凝土橋梁。融雪材料對(duì)橋梁的腐蝕破壞主要從對(duì)鋼鐵及水泥混凝土的影響說(shuō)起。國(guó)內(nèi)外關(guān)于融雪材料對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和行車安全的危害爭(zhēng)論一直持續(xù)著。美國(guó)聯(lián)邦公路系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)在冊(cè)的581,862座橋梁中，約17.5%的橋梁被定為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足。由于氯鹽方便、快捷、強(qiáng)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(guó)相關(guān)部門認(rèn)定使用氯鹽融雪材料對(duì)橋梁的腐蝕帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失也是相當(dāng)大的，每年修復(fù)橋梁花費(fèi)的直接成本是64.31億美元，而間接損失(延誤交通、影響生產(chǎn))是直接損失的10倍。1972年，英國(guó)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(nèi)置鋼筋開(kāi)裂，使用15年來(lái)為維修這11座橋梁所花的費(fèi)用已經(jīng)相當(dāng)于建橋資金的1.6倍。我國(guó)上個(gè)世紀(jì)90年代開(kāi)始使用價(jià)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(lái)，有些建成僅十多年的立交橋，橋梁邊梁出現(xiàn)大面積剝落，梁頭及帽梁混凝土出現(xiàn)裂縫并剝落，使鋼筋外露、銹蝕，橋梁墩柱嚴(yán)重?fù)p壞，造成這些損害的罪魁禍?zhǔn)拙褪嵌救谘┑柠}水。

3 融雪材料使用狀況

西方發(fā)達(dá)國(guó)家使用融雪材料處理路面冰雪已有近七十年的歷史，我國(guó)從上世紀(jì)90年代逐漸開(kāi)始大量使用融雪材料，至今已有近三十年的使用時(shí)間。按照融雪劑中主要化學(xué)成分的不同，融雪劑大體分為三類：氯鹽類、非氯鹽類、環(huán)保復(fù)合型融雪劑。融雪劑的應(yīng)用經(jīng)歷了從氯鹽到非氯鹽再到環(huán)保復(fù)合型融雪劑的發(fā)展過(guò)程。由于氯鹽類融雪材料價(jià)格便宜，融雪化冰效果優(yōu)，被廣泛應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，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(guó)內(nèi)外融雪材料的使用狀況。美國(guó)每年氯鹽類融雪材料的使用量可達(dá)千萬(wàn)噸，占鹽業(yè)總產(chǎn)量的1/3。加拿大每年用量為400～500萬(wàn)噸。在北美、北歐等地，氯鹽類“化冰鹽”產(chǎn)品已經(jīng)成為具有一定規(guī)模的行業(yè)。我國(guó)降雪特點(diǎn)是高山高原多、低地平原少、北方多南方少，而且冬季全國(guó)范圍都會(huì)降雪，但是積雪多集中在北方寒冷及高山高原地區(qū)，如我國(guó)的東北、西北、華北地區(qū)地處北溫帶，不僅冬季氣候寒冷，而且降雪、積雪期長(zhǎng)，平均可達(dá)4～6個(gè)月之久，地面極易積雪和結(jié)冰，嚴(yán)重影響汽車行駛速度和安全。

瑪括特大學(xué)公共與環(huán)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(qiáng)大，功不可沒(méi)。融雪劑在保證雪天城市、公路交通暢達(dá)和公共安全方面顯示了優(yōu)勢(shì)，雖然它同時(shí)存在嚴(yán)重的負(fù)面影響，但仍然需繼續(xù)使用氯鹽類融雪劑。目前國(guó)內(nèi)外普遍且有效的除雪方式主要是機(jī)械除雪和化學(xué)融雪。融雪劑可彌補(bǔ)機(jī)械除雪的不足，是一種有效的防冰、融雪化冰手段?？傊?，純氯鹽類融雪劑使用量大，使用歷史較長(zhǎng)，暴露出的問(wèn)題突出，負(fù)面影響已被公認(rèn)。

表1 國(guó)外公路用融雪劑應(yīng)用狀況(2005年)

氯鹽類融雪材料價(jià)格便宜，取材于大自然，使用數(shù)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(méi)，但其對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施尤其是橋梁危害巨大，在用與不用之間一直是爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。于是促成的后來(lái)?yè)脚渚徫g成分的復(fù)合氯鹽融雪材料和不含氯的有機(jī)融雪材料的研發(fā)與應(yīng)用?；旧?，單純的氯鹽最便宜，摻緩蝕劑的復(fù)合氯鹽價(jià)格一般是氯鹽的2倍，而不含氯的有機(jī)融雪材料價(jià)格是氯鹽的10倍以上。由于經(jīng)濟(jì)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(duì)橋梁的腐蝕作用包括對(duì)水泥混凝土和鋼筋的腐蝕兩方面。在撒布融雪材料對(duì)橋梁特殊除雪防滑處理時(shí)應(yīng)選用對(duì)水泥混凝土和鋼筋的腐蝕作用甚微或沒(méi)有腐蝕的融雪材料，既可以解決冰雪橋面除雪防滑的問(wèn)題又可以減輕對(duì)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(duì)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(diǎn)是評(píng)價(jià)融雪劑融雪化冰性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。將幾種代表性融雪材料的冰點(diǎn)測(cè)試結(jié)果作圖如圖1，能清楚判定各個(gè)融雪劑融雪化冰能力強(qiáng)弱。相同濃度融雪材料溶液的冰點(diǎn)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(duì)應(yīng)的融雪材料濃度越低，使用融雪材料的數(shù)量越少，則融雪材料的融雪化冰能力越優(yōu)。從測(cè)試結(jié)果看出，1#及3#融雪材料融雪化冰能力優(yōu)。從融雪化冰功能方面擇優(yōu)選擇融雪材料的順序?yàn)?#>3#>2#>4#。

表2 融雪劑冰點(diǎn)測(cè)試結(jié)果

4.2 不同融雪材料對(duì)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(dá)某一峰值后迅速降低，即中低濃度的鹽溶液對(duì)混凝土剝蝕破壞影響最大，凍融試驗(yàn)選擇融雪材料濃度為3%溶液為凍融介質(zhì)，在-18～+5℃之間進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)30次凍融循環(huán)后測(cè)試比較水泥混凝土表皮剝落量，考察研究幾種融雪材料對(duì)水泥混凝土的剝蝕破壞作用。

不同融雪劑環(huán)境條件下，水泥混凝土表面剝落量測(cè)試結(jié)果如表3所示。根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果作圖(如圖3所示)。在相同凍融條件下，幾種融雪材料對(duì)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(huán)境要大很多。如果以工業(yè)鹽為參照，可以看出有機(jī)非氯的融雪材料3#和4#對(duì)水泥混凝土的腐蝕作用比工業(yè)鹽降低38%左右，摻緩蝕劑的1#融雪材料比工業(yè)鹽降低54.4%，對(duì)混凝土腐蝕破壞作用最弱。按照對(duì)混凝土腐蝕作用的強(qiáng)弱，選擇融雪材料的順序?yàn)?#>4#>3#>2#。

表3 融雪劑種類對(duì)混凝土剝落量的影響

4.3 不同融雪材料對(duì)鋼鐵的腐蝕作用研究

項(xiàng)目組參照我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《道路除冰融雪劑》(GB/T 23851-2009)中規(guī)定的旋轉(zhuǎn)掛片法(GB/T 18175-2000《水處理劑緩蝕性能的測(cè)定 旋轉(zhuǎn)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(duì)掛片腐蝕作用呈現(xiàn)出不同的變化和現(xiàn)象(如圖4所示)，計(jì)算不同融雪材料的腐蝕速度及相對(duì)工業(yè)鹽的緩蝕率如表4所示，并作圖5。幾種融雪材料環(huán)境下，工業(yè)鹽的腐蝕最嚴(yán)重，其他測(cè)試環(huán)境中相對(duì)于工業(yè)鹽的緩蝕率1#最高，對(duì)金屬腐蝕作用最弱。按照緩蝕效果擇優(yōu)選擇融雪材料的順序?yàn)椋?#>3#>4#>2#。

表4 融雪劑對(duì)碳鋼的腐蝕速率和相對(duì)工業(yè)鹽的緩蝕率

5 結(jié)論

綜上研究測(cè)試結(jié)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(yīng)考慮減輕或避免融雪材料對(duì)橋梁的構(gòu)成材料如混凝土和鋼筋的腐蝕破壞作用。當(dāng)然經(jīng)濟(jì)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(jià)比綜合考慮，工業(yè)鹽直接用于橋梁上除雪防滑負(fù)面影響最嚴(yán)重，摻緩蝕劑的復(fù)合氯鹽融雪材料從融雪化冰能力及對(duì)橋梁的腐蝕程度來(lái)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(guó)外使用化冰鹽的教訓(xùn)與經(jīng)驗(yàn)[J].城市減災(zāi)， 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(guó)外化學(xué)融雪劑除冰劑的開(kāi)發(fā)與進(jìn)展[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，1989,102(5):28-32.

[4] 張洋，戶立，張嘉鵬.無(wú)腐蝕復(fù)合融雪劑研制與應(yīng)用[J].中國(guó)公路，2006(5):110-111.

[5] 劉楠.公路用融雪劑應(yīng)用研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[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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