陳櫻華,張金娜,李富華,陳世祥
(天津長蘆海晶集團有限公司,天津 300457)
我國大部分地區冬季會出現大雪天氣,低溫條件下,積雪不易融化,因此,雪后采取有效、及時的融雪除冰具有重要的意義。
我國從20 世紀80 年代開始使用氯化鈉除雪, 到90 年代中后期則開始大量采用融雪劑除雪[1]。 產品類型經歷了由單一的工業鹽型,到氯化鈉與氯化鎂和氯化鈣混合型、 氯鹽混合防腐型,到現在倡導的環保型。
1.1.1 氯鹽類融雪劑
氯鹽類融雪劑又稱作為“化冰鹽”,主要包括:氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂等,以氯化鈉為主。 氯鹽類融雪劑具有適用溫度低,價格便宜,原料來源廣等特點,是現階段使用范圍最廣的融雪劑。 氯化鈉、氯化鎂及氯化鈣等氯鹽對于降低溶液的冰點有較好的作用,隨著氯鹽濃度的增加,融雪劑的冰點越低,融雪效果越好,以氯化鈣為主的融雪劑能夠在-20℃條件下使用,最低冰點可達-54℃[2]。
1.1.2 非氯鹽類融雪劑
非氯鹽類融雪劑包括有機鹽或無機鹽、 胺、醇類等無氯型的物質,以冰醋酸為原料研制的醋酸鈣鎂融雪劑 (CMA) 是在20 世紀末期由美國DOT 公司最早研制成功,是一種綠色環保型融雪劑[3],其融雪性能穩定,對環境影響小于氯鹽類融雪劑。 還有一部分的非氯鹽類融雪劑主要是利用酯、糖酒等副產物生產的。 但是由于非氯鹽型融雪劑的生產成本較高,使用范圍有限,雖然對基礎實施的腐蝕性小, 但是對環境影響存在爭議,并未得到廣泛應用,只適用于機場、軍事基地等特殊場合。
1.1.3 混合型融雪劑
按照一定比例,將氯類融雪劑、非氯鹽類融雪劑等混合配制而成的融雪劑稱為混合型融雪劑。 該類融雪劑兼有氯類融雪劑和非氯鹽類融雪劑的優點,具有融雪效率高、原料來源廣泛、價格較低且對環境影響小的特點,是未來融雪劑產品的主流。
吸濕放熱型:在低溫的條件下,固相的融雪劑易吸潮形成溶液,且在融雪化冰過程中吸水放熱,加快融雪化冰。
冰點低、溶解速度快:融雪劑的冰點低,在灑落后, 固相的融雪劑能夠在低溫條件下快速溶解,且形成的溶液冰點低,進而發揮融雪除冰的作用。
流動性和持久性: 固相融雪劑流動性好,易于拋灑或機械撒布,融雪化冰后形成溶液,可以長時間的起到融雪除冰的作用。
融雪劑以液態或者固態的形式撒播到冰雪上, 融化后形成性質符合烏拉爾定律的稀溶液,形成的稀溶液可以降低水的蒸汽壓,降低溶液的冰點,當溶液的冰點低于氣溫時,冰雪便會融化變成液態,進而達到融雪除冰的效果。 主要用于各地的街道、城市道路、高速公路、鐵路等交通路線、各地廣場以及高爾夫球場等運動場所。
隨著融雪劑的使用,氯化物溶于水中,進而進入到土壤中,Na+和Cl-明顯積累,增加了土壤的鹽度,破壞土壤結構,造成土壤板結,透水性下降,形成土壤的鹽堿化,致使植物缺水,嚴重的影響植物的生長[4,5]。
距離公路近的土壤中含有融雪劑沉降在表面,土壤中氯離子的含量增多,滲透性越好,氯離子含量越多[6]。
融雪劑導致植物組織中高濃度Na+和Cl-積累破壞細胞膜結構,造成質膜透性增大,導致細胞的質壁分離,細胞內電解質外滲等[7]。
此外,土壤中鹽分大于0.2%時,植物對水分的吸收就會產生影響, 鹽分增高就會造成吸收困難或者水分外滲, 進而導致植物生長緩慢或者死亡[8]。 隨著融雪劑的使用,土壤中鹽離子濃度升高,植物根部的鹽分過高時,造成生理干旱和滲透脅迫, 造成生理性缺水而抑制植物正常生長[9]。
融雪劑溶于雪水后,匯集流入到河流、湖泊,改變水體的密度梯度,增加了各種無機離子的濃度,提高水體中生化需要量含量,降低水中的溶解氧含量,嚴重的破壞了水體原有平衡,改變其生態及物理特征[10]。 同時,由于鹽濃度的升高,將會導致水中的綠藍藻過度生長繁殖,進一步破壞水體的生態環境[11]。
2.4.1 對混凝土的影響
含氯型融雪劑使用后,含鹽雪水容易進入到混凝土內部,水分蒸發后,產生結晶,造成混凝土的膨脹、剝蝕和開裂[12]。 低溫條件下,受凍混凝土會產生較高的滲透壓,同時收到分層結冰時產生的壓力差,進而造成混凝土的破壞[13]。
2.4.2 對鋼筋的影響
含氯融雪劑的雪水能夠透到混凝土內部,長時間的接觸,Cl-能夠被表面氧化膜的電極表面吸附,發生化學反應,生產氧化鐵進而破壞混凝土中鋼筋的鈍化膜。 不僅加速鋼筋的氧化侵蝕,氧化生銹后的鋼筋強度下降, 而且氧化后膨脹,導致混凝土開裂[14]。
2.4.3 對車輛的影響
車輛接觸到含鹽雪水后,能夠加速輪胎的氧化,減少輪胎的使用壽命。 車輛金屬部分接觸到雪水后,能夠加速金屬部件的氧化生銹,進而形成嚴重的腐燭,導致金屬零件的損壞,嚴重影響到車輛的行駛安全[15]。
Pedersen 等[16]研究表明:臭氧對于人類來說是至關重要的,但隨著融雪劑的不斷使用,鹽類物質被吸附到粉塵顆粒中, 影響人們的呼吸系統,同時氯元素能夠起到破壞臭氧的作用。Blasius和Mernitt 研究表明:融雪劑的使用導致鹽濃度逐漸增高,會影響動物種群結構,主要表現在干擾滲透調節,抑制呼吸作用,進而造成兩棲類動物的發育不正常,影響生理功能等[17]。
總之, 隨著科研技術的發展以及融雪劑研發的不斷投入, 融雪劑將會向綠色環保、 成本低、融雪速度快、用量少的特點發展,既能夠達到融雪除冰的效果, 又不會對環境產生過多的危害。