查湘義

(遼寧省交通高等?？茖W(xué)校 建筑工程系,沈陽 110122)

冬季降雪對城市道路交通的影響越來越突出，大量積雪阻塞了鐵路和公路交通，造成交通事故頻發(fā)，影響人們出行，特別是在北方地區(qū)，這種問題尤為突出.因此，噴灑融雪劑除雪成為城市除雪的主要方式.當(dāng)把融雪劑撒到冰雪路面上時，融雪劑吸收了空氣中的水分便產(chǎn)生潮解現(xiàn)象，使固體冰雪表面形成少量的水，融雪劑在這些水中及車輪的沖擊下形成溶液.由于融雪劑形成溶液后降低了水的蒸汽壓，從而使水溶液的冰點得到了降低，當(dāng)鹽類的水溶液濃度越高時，溶液的冰點就會越低，使固體雪或冰繼續(xù)融化，雪或冰會以鹽溶液的形式流走，從而達(dá)到了除雪化冰的目的.[1-2].

目前，使用最多的是氯鹽型融雪劑，通稱為化冰鹽，主要包括氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣、氯化鉀等.本文針對目前用量最多的幾類融雪劑，對其溶解能力、融雪化冰能力進(jìn)行測試，并與CMA環(huán)保型融雪劑進(jìn)行對比分析.

1 實驗材料及方法

1.1 實驗所需原材料

實驗選取氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣、硝酸鉀、CMA等融雪劑，其中CMA為實驗室自制，是將水和生物質(zhì)及氧化鈣或氧化鎂固體粉末按一定的固液比加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，然后將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心過濾，得到的液相產(chǎn)物脫色過濾得到無色溶液，最后將溶液蒸發(fā)結(jié)晶即得到固體CMA產(chǎn)品[3-5].圖1為水熱反應(yīng)設(shè)備，圖2為結(jié)晶的CMA融雪劑產(chǎn)品.

圖1 水熱反應(yīng)釜

圖2 結(jié)晶后的融雪劑產(chǎn)品

1.2 實驗方法

實驗主要進(jìn)行各種融雪劑的溶解能力、融雪化冰能力測試.溶解能力是在25℃下，稱取固體融雪劑樣品40.0 g放入燒杯，加水至200 mL體積，啟動精密電動攪拌器，將轉(zhuǎn)速調(diào)至100 r/min進(jìn)行攪拌并開始計時，觀察溶解狀況，至其完全溶解，記錄完全溶解時間(s).融雪化冰是從恒溫箱中取出有冰塊的瓷坩堝迅速稱重，準(zhǔn)確至0.1 g，然后將冷凍處理的融雪劑溶液倒入有冰塊的瓷坩堝后重新放回低溫恒溫箱.0.5 h后取出該瓷坩堝立即傾倒其中液體，并迅速稱量瓷坩堝和剩余冰塊重量[6-7].

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 融雪劑的溶解能力

融雪劑通常作為固體形式撒在路的表面，在融雪化冰作用產(chǎn)生以前必然存在一個溶解的過程，因此研究融雪劑的溶解能力對于掌握融雪劑的使用效果及性質(zhì)具有重要意義.本試驗進(jìn)行了氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、硝酸鎂、CMA等融雪劑溶解能力的測試，溶解能力試驗結(jié)果如表1.

表1 融雪劑溶解能力測試結(jié)果

由表1可以看出，氯化鈣、氯化鎂、硝酸鎂溶解時間很短，是同等條件下氯化鈉溶解時間的1/3，CMA溶解時間稍長，其溶解時間也接近氯化鈉溶解時間的1/2；在同等條件下氯化鈣溶解時，放出大量的熱量，溫度迅速從25 ℃升至50 ℃以上，從而更有利于提高溶解能力，對融雪化冰也將有促進(jìn)作用.對環(huán)保型融雪劑來說，鎂型的融雪劑稍慢于鈣型的融雪劑，但所有的融雪劑的溶解速度均符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的溶解速度大于4.0 g/min的要求.

2.2 融雪劑融雪化冰能力

考慮到路面撒布融雪劑時會存在撒布方式上的區(qū)別，因此本試驗除了進(jìn)行化冰能力試驗外，提出了與之相對應(yīng)的融雪能力試驗.

2.2.1 融雪劑化冰能力

圖3 不同融雪劑化冰能力

本實驗采用相對化冰能力來評價各種融雪劑的融雪化冰能力，即R(化冰能力)=(未加入融雪劑溶液的瓷坩堝和冰塊的質(zhì)量-已加入融雪劑溶液的瓷坩堝和剩余冰塊的質(zhì)量)/(未加入氯化鈉溶液的瓷坩堝和冰塊的質(zhì)量-已加入氯化鈉溶液的瓷坩堝和剩余冰塊的質(zhì)量)，試驗結(jié)果如圖3所示.

從圖3可知，以氯化鈉作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，氯化鎂的化冰效果最佳，高達(dá)168.8%，化冰效果由高到低排序為氯化鎂>氯化鈉>硝酸鎂>氯化鈣>CMA，CMA的化冰效果為氯化鈉的87.4%.為了進(jìn)一步提高CMA融雪劑的化冰性能，本試驗在CMA溶液中加入不同體積的化冰鹽類融雪劑，以對后續(xù)環(huán)境影響評價提供指導(dǎo)，測試方法與前述相同，化冰測試結(jié)果見圖4.考慮到化冰鹽含量越大，對環(huán)境的腐蝕越嚴(yán)重，所以本試驗體積比取9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5五種方案.

從圖4可知，隨著體積比不斷加大，復(fù)合融雪劑的化冰能力不斷增強，其中CMA與氯化鎂復(fù)配時，化冰能力增強最快.當(dāng)CMA與化冰鹽溶液的體積比為8∶2時，各種復(fù)配溶液的化冰能力均達(dá)到氯化鈉化冰能力的90%，滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求.而CMA與氯化鎂體積比為9∶1時，化冰能力已達(dá)到氯化鈉化冰能力的90%.可見CAM雖然單一化冰能力未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但是作為復(fù)配的方法加以改善，在添加少量化冰鹽的基礎(chǔ)上，其化冰能力還是能滿足要求的，這種復(fù)配融雪劑的環(huán)保性能可以在后續(xù)試驗得以測試.

2.2.2 融雪劑融雪能力

融雪能力測試是稱取一定質(zhì)量的固體融雪劑撒在相同面積的冰面上，在規(guī)定的時間內(nèi)和溫度下，測定融化冰的體積.本試驗取10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min共6個時間段分別測試融化冰水的體積，以評價其不同時間的融雪能力，結(jié)果如圖5所示.

圖4 不同體積配比融雪劑融雪化冰能力

圖5 不同時間下各種融雪劑融雪能力

從圖5可知，質(zhì)量為5 g、溫度為-10 ℃、化冰時間為10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min的條件下，各種融雪劑的融雪能力均隨融雪時間的延長而變大，以氯化鈉增長曲線最為明顯.在10 min時，融雪能力由大到小排序為氯化鈣>氯化鎂>硝酸鎂>CMA>氯化鈉，在60 min，融雪能力由大到小排序為氯化鈣>氯化鎂>氯化鈉>硝酸鎂>CMA.由此可知，融雪能力測試結(jié)果與化冰能力測試結(jié)果并不完全一致，其中氯化鈣融雪性能增大最為明顯，在測試時間段內(nèi)，氯化鈣融雪能力均為最大，這是由于氯化鈣在溶解時釋放大量的熱量而導(dǎo)致的.當(dāng)融雪時間為30 min時，CMA融雪劑融雪能力達(dá)到91.7%，已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)融雪能力90%的要求.

3 結(jié)論

本文主要對氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉、硝酸鎂、CMA等五種融雪劑的溶解能力、融雪化冰性能指標(biāo)進(jìn)行了測試，并以融雪化冰質(zhì)量作為考察指標(biāo)，分析不同融雪劑及不同融雪劑復(fù)配對融雪化冰效果的影響，得到的主要結(jié)論總結(jié)如下：

(1)通過不同融雪劑溶解能力試驗可知，在25℃室溫試驗條件下，氯化鈉溶解速度最慢，氯化鎂的溶解速度最快.融解速度由大到下排序為氯化鎂>硝酸鎂>氯化鈣>氯化鈉>CMA.在溶解過程中，除氯化鈣伴有大量放熱現(xiàn)象，其他融雪劑未有明顯的放熱過程.氯化鈣溶解速度快原因之一在于其溶解過程中大量放熱導(dǎo)致溶液溫度迅速升高，加快了固體顆粒的快速溶解.

(2)通過化冰試驗可知，在濃度為20%、溫度為-10 ℃、化冰時間為30 min的條件下，化冰效果由高到低排序為氯化鎂>氯化鈉>硝酸鎂>氯化鈣>CMA,CMA與化冰鹽復(fù)配時，隨著體積比不斷加大，復(fù)合融雪劑的化冰能力不斷增強，當(dāng)CMA與化冰鹽溶液的體積比為8∶2時，各種復(fù)配溶液的化冰能力均達(dá)到氯化鈉化冰能力的90%.

(3)融雪測試結(jié)果與化冰測試結(jié)果并不完全一致，融雪能力由大到小排序為氯化鈣>氯化鎂>氯化鈉>硝酸鎂>CMA，氯化鈣的融雪效果最好，取代了化冰試驗中氯化鎂效果最好的位置.在10 min時，氯化鈉的融雪效果最差，融雪能力為21.1%，隨后氯化鈉融雪的效果迅速上升，而CMA在10 min時融雪能力為33.3%，當(dāng)融雪時間為30 min，其融雪能力達(dá)到91.7%，已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)融雪能力90%的要求.

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