融雪剂及其对钢筋混凝土的腐蚀危害

1 2 目录 1 融雪剂概述 4 1 1 融雪剂的使用现状 4 1 2 融雪剂的分类 5 1 3 融雪剂的危害 7 1 3 1 融雪剂对建筑物的危害 8 1 3 2 融雪剂对环境的危害 9 1 4 融雪剂的融雪原理 10 3 融雪剂及其对钢筋混凝土设施的腐蚀危害 1 1 融雪剂概述融雪剂概述 北方冬季雪后 及时有效地清除道路上的积雪对于保证交通的畅通和车辆 的安全是十分重要的 一些发达国家 比我国更早地遇到了清除道路冰雪的难 题 曾经采用过许多策略和方法 其中最重要的方法之一 就是在雪前 雪后 向道路 桥梁等撒融雪剂 又称 化冰剂 其中氯盐型融雪剂是最常用的 最初是以食盐即氯化钠为主 后来氯化钙 氯化镁 氯化钾等氯盐也用于融化 冰雪 这类氯盐融雪剂也被称作 化冰盐 但氯盐类融雪剂是一把 双刃剑 一方面它能快速融化冰雪 另一方面 它具有强烈的腐蚀性和促进冻融破坏 性 对基础设施如道路 桥梁建筑以及钢结构 地下管线等均能造成严重腐蚀 破坏 带来巨大经济损失 1 11 1 融雪剂的使用现状融雪剂的使用现状 融雪剂可以说是时代发展的必然产物 上世纪四五十年代 以美国为代表 的发达国家的经济与交通取得长足发展 城市间的高速公路甚至逐步取代了铁 路的功能而成为经济发展的主体命脉 于是保证城市高速公路交通畅达 成为 现实而又特别重要的任务 冬季下雪是公路 铁路交通的 大敌 长期以来世 界各国清除道路积雪的方法主要有机械法和撒融雪剂的方法 机械除雪设备昂贵 且 需较高的维护费用 撒融雪剂的方法除雪成本低 毋须大量的人力物力且融雪速 度快 不必运输和处理积雪 交通恢复快 于是就有了采用融雪剂融冰化雪的方 法 因此融雪剂便应运而生 据统计 自20世纪90年代末至今 全世界对融雪剂产品的需求量与日俱增 年需求量都在3000万吨以上 2008年初 我国南方大部分地区和西北地区东部出 现了罕见的持续大范围低温 雨雪和冰冻的极端天气 这一严重的气象灾害影 响到正常的生产生活 公路 桥梁 机场 高压电网等受到雨雪冰冻灾害 在 抗击灾害中大面积不同计量使用融雪剂 对疏通交通起到了很重要的作用 然而 种类繁多的融雪剂 均不同程度具有一些负面影响 4 融雪剂是由化冰盐 deicing salt 这个名词演变而来的 用来降低冰雪冰点的 盐就被称为化冰盐 目前所用的融雪剂大致分为三类 一类是氯盐型 例如氯 化钙 氯化镁 氯化钠等 第二类是非氯盐型 有机或无机盐 胺 醇 例如 钙镁乙酸盐 CMA 乙酸钾等 第三类是混合型 1 氯盐 非氯盐 2 氯盐 非 氯盐 阻锈剂 目前为止 所使用的融雪剂主要以氯化钠为主要成分 在美国和俄罗斯 钙镁乙酸盐和乙酸钾有一定的应用 氯化钠是一种降低冰点性能好 货源充足 价格低廉的材料 从技术资料查索 很难找到比氯化钠更适用的融雪剂 尽管 氯化钠有许多缺点 但一些交通发达国家至今仍在使用 而且多用干喷法 但 氯化钠型传统融雪剂对环境的危害至今仍是个让全世界头痛的问题 喷洒工业 盐水融化冰雪造成城市绿化植物枯死 路面及桥面破坏 金属受损坏 汽车轮 胎的使用寿命缩短 地下水受污染等危害 这些都已经被人们所认识 又黑又 粘的残雪不仅污染环境 对行人 行车也构成威胁 美国印第安纳州珀杜大学的科学家最新发现 城市喷洒工业盐水化雪会破 坏臭氧层 因为喷洒盐水使水滴中含有的溴和氯与雪混合 在气温升高积雪融 化后 这两种物质以气体形式被释放出来 在大气中转变成自由基 它们的上 升破坏了大气中较低的臭氧层 正是由于以氯化钠为主的融雪剂的负面影响和 所造成的巨大经济损失 促使人们开始努力寻找一种既能尽快地除雪 同时又 不至于对环境及道路交通设施造成危害的环保型融雪剂作为食盐的替代品 1 21 2 融雪剂的分类融雪剂的分类 融雪剂的发展经历了单一的食盐型 氯化钙型到非氯化物型 复合防腐蚀 型等 目前使用的产品有 传统融雪材料如氯化钠 尿素 改进型融雪材料如 氯化钙 氯化镁或它们与氯化钠的复合物 新开发的融雪材料如钙镁乙酸盐复 合剂 CMA 乙烯二醇 甲基葡萄糖甙与二乙二醇或三乙二醇的复合物 甲基 葡萄糖甙 酒精糟或糟液 废纸浆等和天然矿粉混配物等 在一些经济欠发达 地区也有采用雪面黑化法 将土 灰 砂 烧稻壳的黑灰 煤烟灰 煤粉 液状 色素 及炭黑等粉末均匀撒于农田或道路 利用黑色对太阳能的强吸收作用达到 化雪目的 5 融雪剂主要分为氯盐型 非氯盐型 混合型等种类 如果按化学组成划分 还可以区分为无机 有机和混合型 如图1所示 图1 融雪剂的分类 氯盐型融雪剂氯盐型融雪剂 这类融雪剂含有氯化钠 氯化钙 氯化镁等氯盐 在浓度较 低时 氯化钠 氯化钙 氯化镁三者的冰点降低值差不多 但是当浓度高或气 温低时 氯化镁和氯化钙均优于氯化钠 所以将三者混合在一起会使其冰点降 低 现在由于它的价格相对来说比较低 而且用这样的融雪剂方法简单 快捷 高效 能满足雪后迅速缓解交通的要求 所以被国内外广泛使用 非含氯型融雪剂非含氯型融雪剂 这类融雪剂中包括有机或无机盐 胺 醇等 它们也可以 使冰点降低 这也是人们在一直寻找的可以代替氯盐类的代替品 在美国或俄 罗斯一些多雪且经济较发达的国家和地区曾使用过 但它的缺点是价格昂贵 因此并没有在世界范围内普遍使用 混合型融雪剂混合型融雪剂 这类融雪剂是指氯盐型融雪剂与非氯盐型融雪剂相混合 或 在此基础上加入缓蚀剂 阻锈迹 的融雪剂 由于氯盐型融雪剂价格便宜 但 对环境危害较大 而非氯盐型融雪剂价格昂贵 所以将二者混合既可减轻盐害 又能使价格在可以接受的范围内 亚硝酸钠降低冰点的能力仅次于氯盐 它又 是很好的阻锈剂 所以将它与氯盐型或非氯盐型融雪剂混合既能达到降低冰点 的目的 又可以防止钢筋生锈 这种类型正作为新型的融雪剂进行开发研制 6 表 1 各种融雪剂的性能比较 1 从表1可以看出 无论是哪种类型的融雪剂 就目前来看对环境都有一定的 影响 并且由于价格方面的因素 在我国普遍使用的融雪剂仍然是氯盐型融雪 剂 这也就自然地导致了因使用此类型融雪剂而给环境带来了诸多方面的问题 性性 质质 应用情况应用情况 与氯化钠相比与氯化钠相比 名名 称称 外 观融点 适用温度 一般性质腐蚀性 对金属 及路面 等腐蚀 除冰雪效 果 氯化钠氯化钠粒状 22 低于 10 融雪效果降 低 潮解性小 对道 路 金属腐蚀性 大 目前道路中 最常用的除 冰雪剂 氯化钙氯化钙粒状或 薄片状 54 20 左右潮解性比氯化钠 大 可在气温偏 低地区使用 速 效性好 使用不多 一般与氯化 钠混合使用 稍高高 氯化镁氯化镁粒状 32 10 左右潮解性大 速效 性比氯化钠高 但低温下易出现 再结冰 使用不多 一般与氮化 钠 氯化钙 混合使用 略高较高 钙镁乙钙镁乙 酸盐复酸盐复 合剂合剂 粒状 12 9 溶解性大 速效 性低 其融点高 在气温偏低地区 使用效果不好 有臭味 没有得到广 泛使用 低低 尿素尿素微粒状 12 10 溶解性小 共融 点高 速效性不 高 不适用于气 温偏低地区 多用于机场 及部分钢桥 低低 乙烯二乙烯二 醇醇 液体 40 15 速效性高 使路 面发滑 在低温 下被雪稀释后易 出现反冻 多用于机场低高 7 1 31 3 融雪剂的危害融雪剂的危害 只要是能除冰雪的化学物质 不论其化学组成如何 均会有一些不良影响 对道路 交通工具 建筑物 环境 植物会造成较大的危害 尤其是氯盐类融 雪剂 由于其具有冰点低 资源丰富 价格低廉的特点 所以被普遍采用 但它 具有强烈的腐蚀性和促进冻融破坏性 对基础设施 道路 桥梁 建筑等 金属 汽车 钢结构 地下管线等 均能造成严重腐蚀破坏 并且带来巨大经济损失 1 3 11 3 1 融雪剂对建筑物的危害融雪剂对建筑物的危害 1 热冲击 冰雪在撒盐后急剧融化 必然吸收大量的热 每千克冰雪融化为同温度的水 需吸收335千焦耳的热 由于空气是不良导体 在冰雪急剧融化时 从空气中只能 吸收很少热量 大部分热量需要从接触冰雪的路面吸收 例如 下雪时气温为零 下 5 时 路面积雪仅相当于1mm 的降水量 则撒盐数分钟后 可使路面温度降 至 l4 这种突然降温的热冲击 使路面急剧收缩 从而在路表面产生很大的拉 应力 对路面十分不利 严重时会导致路面开裂 2 盐冻剥蚀破坏 大多融雪剂和传统化冰盐一样 不论其化学组成如何 均会引起混凝土严重 剥蚀破坏 混凝土路面盐冻破坏的最主要特征是表面剥蚀 从而造成其表面凹凸 不平 骨料暴露 混凝土盐冻破坏严重程度与盐降低冰点和吸湿性有很大关系 冰点降低愈多和吸湿性愈强 对混凝土破坏愈严重 3 化学侵蚀 融雪剂溶液从表面裂缝或气孔渗入混凝土中 就很难被排出 将不断富集 因此即使在常温下也会产生盐结晶压破坏 即使停止使用除冰盐 盐冻剥蚀破坏 仍将产生 直至受盐污染的混凝土层破坏为止 这已由实践和室内试验所证实 4 加速钢材锈蚀 融雪剂对路面和桥梁的腐蚀作用非常严重 据统计 一条没做过防钠盐处 理的公路 在经过钠盐融雪后 寿命可降低50 以上 融雪剂形成的含盐水对钢 8 筋混凝土路面 桥梁及下水管道会产生损害 原因是当融雪剂中的氯离子到达 钢筋表面并超过一定量 临界值 时 原处于钝化状态的钢筋 就会活化 腐蚀 锈蚀产物的发展与体积膨胀 2 6倍 使混凝土保护层发生顺钢筋开裂 脱落 从而使大型工程处于危险状态 据有关资料报道 天津市按50年使用年限标准建 造的许多立交桥 建成仅10多年 由于冬季融雪盐水向下层渗入 导致一些梁头及 帽梁混凝土构件出现裂缝 剥落 钢筋外露 锈蚀 同时还使部分桥梁线缆受到 损坏 盐水对路面损坏虽不像桥梁那样明显 但却加速了路面混凝土构件的老化 有 一些建成不足5年的道路已出现大面积龟裂 严重影响了道路的使用寿命 其基本破环原理是 融雪剂从路面裂缝渗入桥体钢筋混凝土结构中 氯离子 在钢筋钝化膜薄弱处能促进阳极的半电池作用 使铁溶解在混凝土孔隙的溶液中 成 为铁离子并释放出电子 而阴极半电池形成氯氧离子 导致生成氢氧化铁 即铁锈 一般的钢筋锈蚀是一层一层由表及里向钢筋内部锈蚀 但氯离子是在钝化膜薄弱 处开始 逐步深入促进钢筋锈蚀的电化学作用 锈蚀在一点发展形成孔蚀 使钢筋 局部断面减少 造成应力集中 对结构的危害是相当严重的 实验证明 当NaC1 含量在3 5 Cl 含量为1 8 3 的范围时 钢筋腐蚀速率最高 此外 融雪 过程中路面盐水溅入汽车底部也能使车底部部件锈蚀 1 3 21 3 2 融雪剂对环境的危害融雪剂对环境的危害 融雪剂对植物的影响也是严重的 它是名副其实的 绿色杀手 据不完全 统计 2003年春天 北京51处道路和绿地的37万株绿篱受害枯死 约占全市绿篱总 数的5 10 草地受害超过3万平方米 还有几万颗灌木和乔木枯死 究其原 因 正是因为此前北京融雪剂使用达到创纪录的7000t 北京有关部门对北四环路 边的残雪及周边土壤进行的取样 发现含盐浓度比正常值高392倍 专家认为 土 壤有害指标的高数值是由于大量含有融雪剂的雪水集聚根部 以致盐遗留在土壤 中造成的 实际发现 含有氯化钠的融雪剂能够改变土壤的性质 随着氯化钠的 渗入 钠离子置换了土壤中的钙 钾 镁离子 使土壤的pM 金属离子浓度的负 对数 值升高 造成土壤板结 盐分过多的土壤环境中某些离子浓度过高因而毒害 植物 高浓度盐分首先影响原生质膜 改变其通透性 形成生理干旱 而植物对Cl 的吸收要快于Na 因此Cl 积累就产生了毒害作用 另外盐分过多对植物光合作 9 用 呼吸作用和蛋白质代谢影响也很大 会使呼吸消耗增多 净光合速度降低 不 利于植物的生长 随着融雪剂处理浓度的增加 融雪剂对农作物种子发芽的抑制 效应呈显著上升趋势 路面上撒布的融雪剂 与路面排水一起向河流或湖泊水域排放后 污染了水体 使 鱼类和水生植物受到影响 如果渗入地下也会对饮用水造成影响 因为融雪剂中 的盐类物质的大多是强电解质 当它们进入水体后必将破坏水中原有的电离平衡 高盐度的饮水口感变差对人体健康有害 如诱发高血压等疾病 融雪剂中的盐类 物质附着在粉尘颗粒中 被人们吸入到呼吸道中 会对人体造成损伤 美国交通研 究协会的研究表明 在过去的30年中 美国东北部大量使用氯化钠融雪剂的地区都 发生过有关饮用水中盐分增加的事例 近日据 羊城晚报 报道 京珠高速公路 化冰时所用的融雪剂污染了上万人饮用水源 广东韶关一些村庄蓄水池的水变 苦变咸 不少村民喝了出现发烧呕吐症状 融雪剂的使用也会污染空气 破坏臭氧层 融雪剂对大气质量也有一定影响 因为喷洒盐水使水滴中含有的溴和氯与雪混合 在气温升高积雪融化后 这两种物 质以气体形式被释放