關(guān)于環(huán)保型除冰雪液的探討

楊 勇,李紀(jì)東

(1.黑龍江省龍建路橋股份有限公司;2.哈同公路管理處)

0 引 言

在我國(guó)的東北地區(qū)地處北溫帶,不僅冬季氣候寒冷,降雪較多,而且降雪期長(zhǎng),近幾年的氣溫驟冷驟熱交替頻繁,路面雪后結(jié)冰,冰上降雪,嚴(yán)重影響汽車安全行駛,增加能源消耗,造成交通阻塞,增加交通事故的發(fā)生率,給交通帶來諸多的不便。安全是公路運(yùn)輸工作永恒的主題,為了保證冬季行車安全,提高運(yùn)力,增加運(yùn)輸效益,我們必須具備防冰除雪的有效手段。

1 目前國(guó)內(nèi)外普遍采用且較有效的除雪方式主要是機(jī)械除雪和化學(xué)融雪

機(jī)械除雪具有機(jī)動(dòng)靈活、速度快、不受氣溫限制、適用范圍廣等特點(diǎn),但存在除凈率差、易損壞路面等不足。

化學(xué)除雪法可彌補(bǔ)機(jī)械除雪的不足,是一種有效的防冰、融雪化冰手段,其原理主要是利用融雪作用的物質(zhì)降低水份的結(jié)冰溫度,在降雪過程中融化新雪,防止積雪結(jié)冰。由于除雪劑的冰點(diǎn)較低,直接灑在路面的冰雪上,可以使冰凍的冰層積雪消凍成水。

2 作為路面除冰雪劑已使用過的有氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、尿素、鈣鎂乙酸鹽復(fù)合劑(CMA)、乙烯二醇等,這些藥劑的性質(zhì)及使用情況如下

2.1 氯化鈉

粒狀,其融點(diǎn)在 -22℃,適用低于-10℃融冰效果降低的環(huán)境,潮解性小,速效性不高,持續(xù)性好,對(duì)道路、金屬腐蝕性大,目前是道路中最常用的融雪劑。

2.2 氯化鈣

粒狀,也有薄片狀,其融點(diǎn)在 -54℃,適用于 -20℃左右的環(huán)境,潮解性比氯化鈉大,可在氣溫偏低地區(qū)使用,速效性高。單獨(dú)使用不多,一般與氯化鈉混合使用,對(duì)金屬、路面的腐蝕性稍高,但是除冰效果高,價(jià)格也偏高。

2.3 氯化鎂

粒狀,其融點(diǎn)在 -32℃,適用 -10℃左右低于 -10℃易出現(xiàn)再結(jié)冰,潮解性大,速效性比氯化鈉高,但低溫下易出現(xiàn)再結(jié)冰。單獨(dú)應(yīng)用不多,一般與氯化鈉、氯化鈣混合使用。對(duì)金屬、路面的腐蝕性略高,除冰雪效果低,價(jià)格稍高。

2.4 鈣鎂乙酸鹽復(fù)合劑

粒狀,其融點(diǎn)在 -12℃,適用 -9℃環(huán)境使用。溶解性大,速效性低,其融點(diǎn)高,在氣溫偏低地區(qū)使用效果不好,有臭味。目前,沒有得到廣泛應(yīng)用,對(duì)金屬、路面的腐蝕性低,除冰雪效果低,價(jià)格偏高。

2.5 尿素

微粒狀,其融點(diǎn)在 -12℃,適用 -10℃環(huán)境。溶解性小,共融點(diǎn)高,速效性不高,不適于氣溫偏低地區(qū)。價(jià)格高,多用于機(jī)場(chǎng)及部分鋼橋。

2.6 乙烯二醇

液體,其融點(diǎn)在 -40℃,適用 -15℃環(huán)境使用。速效性高,使路面發(fā)滑,在低溫下隨藥劑被雪水稀釋后,易出現(xiàn)反結(jié)冰。價(jià)格高,目前多用于機(jī)場(chǎng)。

從以上物質(zhì)的特點(diǎn)看出,除冰雪效果較好、適用范圍廣、價(jià)格較經(jīng)濟(jì)是氯化鈉或氯鹽混合物,但它們都對(duì)金屬、路面有嚴(yán)重腐蝕性。因此,目前一些國(guó)家已明文禁止使用氯鹽除雪。鈣鎂乙醇鹽復(fù)合物的腐蝕性很小,且易生物降解,不污染環(huán)境,但其凝固點(diǎn)、價(jià)格偏高,限制了其應(yīng)用前景。

尿素雖腐蝕性小,但其排入自然界后,會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化,藻類繁殖過快,破壞生態(tài)環(huán)境,且適用于溫度范圍太小,只在-10℃。乙烯二醇具有凝固點(diǎn)低,對(duì)金屬、路面腐蝕性小的優(yōu)點(diǎn),但其生物耗氧量大,對(duì)環(huán)境有不良影響,且其價(jià)格較高,它的使用正逐漸受到限制。

3 環(huán)保型除冰雪液的特點(diǎn)

為了解決上述除冰雪劑存在的問題,我們研制出一種環(huán)保型道路除冰雪劑。該道路除冰雪劑是棕色略帶粘稠液體,它的主要成份為有機(jī)成份蛋白質(zhì)、乳酸類極易生物降解物質(zhì),在有氧條件下,可大量分解,對(duì)環(huán)境無可見污染。且該除冰雪劑對(duì)金屬、路面腐蝕性極小。經(jīng)過大量的對(duì)金屬腐蝕性試驗(yàn)得出,該除冰雪劑對(duì)鋼鐵的腐蝕速率為0.032mg/cm2?d,可比氯鹽對(duì)金屬的腐蝕性降低十倍,這是由于道路除冰雪劑含有有機(jī)活性物質(zhì),可有效抑制無機(jī)鹽對(duì)金屬材料及路面腐蝕,從而大大減輕對(duì)車輛、橋梁、路面的有害影響。

該道路除冰雪劑冰點(diǎn)很低,可達(dá) -55℃,即使在很惡劣的氣候條件下也能有效融冰雪。融冰能力強(qiáng),在 -20℃每克除冰雪液可融冰 0.9 g,其除冰效果達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品水平(在-20℃國(guó)外同類除冰液每克可融冰 0.87 g)。

4 環(huán)保型除冰雪液的使用

該除冰雪液為略帶粘稠的液體,相對(duì)粘度為 4.3 pa?s,使用方便,便于噴灑。噴灑設(shè)備可采用現(xiàn)有灑水車改裝,也可用洗車噴槍進(jìn)行噴灑,這二種方式均可使該液體以霧狀噴出。

除冰雪液雖然具有腐蝕性、污染性很小的特點(diǎn),可以任意使用,但為了達(dá)到在及時(shí)有效除雪同時(shí),節(jié)約除雪費(fèi)用,還是應(yīng)該科學(xué)使用。具體使用方法如下。

4.1 雪前噴灑

雪前施用除雪劑可以防止雪降落后結(jié)冰于路面,是近幾年除雪方法中的新興養(yǎng)護(hù)技術(shù),即防冰方法。其最大優(yōu)點(diǎn)是可成倍地節(jié)省除冰雪劑的用量,加快除雪速度,減少交通阻塞。該除冰雪液的出現(xiàn),使這一技術(shù)更有發(fā)揮的空間。因?yàn)樵摮┮壕哂幸欢ǖ恼扯?噴灑于路面后便粘結(jié)在路面上,不易揮發(fā)或被風(fēng)和車輛帶走,所以撒布的時(shí)間,主要根據(jù)氣象條件(降雪、風(fēng)速、氣溫)來確定。一般在一開始下雪時(shí)就撒布,或估計(jì)在路面出現(xiàn)凍結(jié)之前 1～2 h撒布。所撒布的劑量根據(jù)降雪情況、路面溫度來定,路面溫度 -5～150℃,施用量一般 30～50 g/m2;溫度 -150℃以下,施用劑量可適當(dāng)增加;雪厚在 5mm左右時(shí),可立刻融化;雪量大時(shí),可防止雪與地面粘結(jié)或接觸的雪結(jié)冰,便于機(jī)械清除。

4.2 雪后噴灑

雪后施用除雪劑,這是傳統(tǒng)的方法,也是常用的方法。在相同的降雪厚度、溫度下,雪在公路上的形態(tài)不同,除雪劑對(duì)雪的融雪能力不同,施用的劑量也不同。通過試驗(yàn)我們知道,趁雪的密度在盡可能小的情況下,即在雪停后,立即噴撒除雪劑效果最好,可避免浪費(fèi)。針對(duì)路面冰雪的厚度、路面溫度可采用不同施用劑量,見表 1。

表 1 道路防滑除冰液使用參考劑量

5 除冰雪液的使用范圍及特點(diǎn)

東三省屬于寒溫帶大陸性氣候,冬季降雪期長(zhǎng),溫度變化異常,降雪后,積雪形態(tài)各異,機(jī)械設(shè)備對(duì) 5 cm以下的壓實(shí)雪、1 cm以下的冰層以及車轍內(nèi)的冰雪很難清除干凈,使用該除冰雪液卻能有效地融化這些冰雪,且對(duì)環(huán)境污染及對(duì)道路腐蝕性較小,克服了以往除冰鹽的缺點(diǎn)。

5.1 該除冰雪液可用來防冰

該除冰雪液的冰點(diǎn)最低可達(dá) -550℃,雪前預(yù)先噴灑除冰液,可防止雪與路面的粘結(jié)及雪在路面上凍結(jié)成冰。在-350℃下都可使用它進(jìn)行防冰,它可以滿足我國(guó)北方整個(gè)冬季的養(yǎng)護(hù)需要。

5.2 該除冰雪液對(duì)除去薄層冰雪及冰雪混合物特別有效

5 cm以下的壓實(shí)雪或者冰雪混合物,機(jī)械除雪很難將其清除,通過噴灑除冰液可有效地將其融化。

5.3 該除冰雪液能迅速而有效地除去冰上蓋雪的特殊冰雪路面

由于晝夜溫差的變化,雪在白天融化后夜間結(jié)冰,薄冰上又覆蓋一層小雪,對(duì)行車極為不利,最易發(fā)生交通事故。這種情況用機(jī)械除雪方法難以解決,而用該除冰雪液卻能迅速而有效地除去冰上蓋雪的特殊冰雪路面,解決行車難的問題。

5.4 該除冰雪液可融化機(jī)械除雪后剩余且清除難度較大的頑固雪塊和冰塊

無論是人工除雪還是機(jī)械除雪都很難將雪完全除凈,而車轍內(nèi)的冰雪機(jī)械根本無法清除,肯定要有些殘冰剩雪粘附在路面上,給行車安全帶來隱患。這種情況下,也可以使用該除冰液。

如果雪厚超過 5mm,冰厚超過 10mm,使用該除冰雪液在經(jīng)濟(jì)上和除雪效果上都不太理想。這時(shí)可先用除雪機(jī)械將較厚的冰雪刮走一部分或大部分,然后噴灑除冰液,達(dá)到即噴即化,防滑防冰的作用 。

6 使用中應(yīng)注意的問題

(1)使用本防滑除冰雪液請(qǐng)勿稀釋;若雪前使用,預(yù)撒后,如果降雪量隨著時(shí)間逐漸加大,除冰雪液明顯被稀釋,此時(shí)須進(jìn)行二次噴撒,以防止路面出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。

(2)如在下雪的同時(shí)噴灑本品,除冰、雪效果較差,甚至失去作用,所以使用本品應(yīng)在雪前或雪后。

(3)若積雪超過50mm,冰厚超過10mm,不宜直接使用該產(chǎn)品。

(4)本防滑除冰雪液可加熱使用,效果更佳(尤其對(duì)冰)。

(5)本品性能穩(wěn)定,不易變質(zhì),便于長(zhǎng)期保存;可用集裝箱或運(yùn)輸罐運(yùn)輸,也可采用桶裝。

7 效益分析

本項(xiàng)目研制的除冰雪液為 600元/t左右,價(jià)格低于國(guó)外同類產(chǎn)品,與鹽(400 t)相比略高。但由于該產(chǎn)品對(duì)環(huán)境無污染,且對(duì)車輛、道路及其附屬設(shè)施腐蝕性極小,僅為鹽的十分之一,可以大大地減少相應(yīng)的損失,所以總的來說經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。可見,采用雪前噴灑的方法,用除冰雪液的成本僅是撒鹽的 62%左右,即使雪后用除冰雪液,其成本也僅比鹽高 24%,且不計(jì)用鹽腐蝕道路、車輛及污染環(huán)境所帶來的巨大損失。

總之,該道路防滑除冰雪液具有工業(yè)規(guī)模制備時(shí)成本低、無腐蝕性、環(huán)境上可接受、且可通過現(xiàn)有的裝置易于噴灑等特點(diǎn),是一種較理想的路用環(huán)保型除冰雪劑,它可廣泛用于高速公路、城市道路的防冰、除冰、除雪。