寒區(qū)道路橋梁受融雪劑危害分析與防治措施

摘 要：文章對寒區(qū)道路、橋梁等交通基礎(chǔ)設(shè)施受融雪劑的危害進(jìn)行分析，提出減少、防治融雪劑危害的具體措施。為寒區(qū)道路橋梁工程設(shè)計、融雪劑合理使用提供參考。

關(guān)鍵詞：融雪劑；道路橋梁；寒區(qū)

中圖分類號：U418.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）20-0132-02

二十世紀(jì)以來，世界各國道路交通發(fā)展迅猛，道路在各國交通運(yùn)輸體系中占的比重日益增大，保持交通暢行變得十分重要。而在寒冷地區(qū)，冬季降雪是道路交通的“大敵”，降雪后地面易積雪、結(jié)冰，嚴(yán)重影響汽車正常行駛速度，導(dǎo)致交通堵塞，引發(fā)交通事故。據(jù)統(tǒng)計，降雪過后冰雪路面交通事故的發(fā)生率較通常增加3～4倍，每年因此造成的損失達(dá)數(shù)千萬元。全世界每年因路面積雪結(jié)冰所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)億元。

常見的道路清除冰雪方式主要有三種：人工清理、機(jī)械清除、融雪劑除雪。其中人工除雪方式勞動強(qiáng)度高，除雪雖徹底但效率較低，作業(yè)時影響車輛通行及交通安全。機(jī)械除雪對除雪機(jī)械要求較高，設(shè)備價格昂貴，且因積雪受車輛碾壓致實，除雪效果不佳，同時易損壞路面，我國應(yīng)用較少。融雪劑除雪，具有操作簡便、價格低廉、融雪效果好等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用。但融雪劑易在融雪后引起環(huán)境污染：導(dǎo)致綠化植被大量死亡，對動物生存產(chǎn)生不利影響，易污染江河、地下水，破壞生態(tài)環(huán)境。同時會對道路、橋梁混凝土路面造成嚴(yán)重腐蝕破壞，導(dǎo)致路面剝蝕、橋梁鋼筋銹蝕、混凝土開裂、結(jié)構(gòu)失效等危害。

本文主要介紹了國內(nèi)外常用融雪劑種類、使用情況，分析其對道路、橋梁造成的危害原因，并進(jìn)一步提出減少融雪劑危害的防治措施，為寒區(qū)道路、橋梁工程設(shè)計、融雪劑合理使用提供參考。

1 融雪劑的種類及使用情況

目前國內(nèi)外常用的融雪劑按成分主要分為氯鹽類、非氯鹽類和復(fù)合類三類。

1.1 氯鹽類融雪劑

氯鹽類融雪劑主要有氯化鈉、氯化鈣、氯化鉀、氯化鎂等，國際上通稱氯鹽類融雪劑作“化冰鹽” （Deicing Salt）。氯鹽類融雪劑由于具有冰點(diǎn)低、資源豐富、價格便宜（僅相當(dāng)于有機(jī)類非氯鹽融雪劑的1/10）等優(yōu)點(diǎn)，目前多數(shù)國家仍主要使用此類融雪劑，尤其是氯化鈉使

用歷史最為悠久，融雪效率最高、價格低廉、用量最大，短時間內(nèi)難以被取代。但此類融雪劑破壞環(huán)境，危害農(nóng)田、綠化帶；且造成鋼筋腐蝕、混凝土損傷嚴(yán)重，降低了道路、橋梁使用壽命。

1.2 非氯鹽類融雪劑

非氯鹽類融雪劑多為乙酸鹽、醇類等有機(jī)融雪劑。如美國DOT公司研究的無氯、無污染、對環(huán)境安全的CMA（鈣鎂乙酸鹽），融雪性能穩(wěn)定，對環(huán)境影響優(yōu)于氯化鈉和氯化鈣。美國專利發(fā)明者Terence E P發(fā)明的LMWBL融雪劑，較適合在高寒地區(qū)使用。以及利用酯、糖、酒等副產(chǎn)物生產(chǎn)的其他非氯鹽融雪劑等。此類融雪劑環(huán)保性能較好，對道路、環(huán)境、植物影響較小。但價格較高，一般用于機(jī)場跑道等重要場所，公路及市政道路很少使用。

1.3 復(fù)合類融雪劑

復(fù)合類融雪劑如氯鹽類加非氯鹽類融雪劑、氯鹽阻銹型融雪劑等。主要是通過在傳統(tǒng)的氯鹽類融雪劑中加入非氯鹽或阻銹劑，以減少其使用過程中鋼筋的銹蝕。復(fù)合類融雪劑是目前新型融雪劑發(fā)展方向。然而阻銹劑的研制與選擇一直是一項艱巨的任務(wù)，加入量過少幾乎很難起到阻銹的效果，而加入量過大又容易引起成本過高和新的環(huán)境問題。人們至今仍在研究探討其價格與環(huán)境影響等問題。

2 氯鹽融雪劑對道路、橋梁的危害

2.1 道路路面混凝土侵蝕

對于瀝青混凝土路面，鹽類物質(zhì)與瀝青相互作用，大大減小瀝青材料與砂石料的黏合能力，造成瀝青表面脫落，在行車荷載的作用下大面積路面破損。

對于水泥混凝土路面的腐蝕作用主要體現(xiàn)在鹽凍腐蝕?？梢苑譃槲锢碜饔煤突瘜W(xué)作用。物理作用主要表現(xiàn)為，溶化后的雪變成液體后易沿著混凝土表面的裂縫或其他薄弱環(huán)節(jié)滲透到混凝土的內(nèi)部，在混凝土內(nèi)部結(jié)冰而產(chǎn)生體積膨脹，導(dǎo)致混凝土的進(jìn)一步開裂、剝蝕?；瘜W(xué)作用主要是氯鹽與混凝土中的水化產(chǎn)物Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)的CaCl2溶于水，使水泥混凝土孔隙率增加，強(qiáng)度下降。同時CaCl2與水泥漿體中的凝膠（C3A）發(fā)生反應(yīng)生成復(fù)鹽，產(chǎn)生膨脹，導(dǎo)致混凝土的膨脹破壞。

2.2 橋梁鋼筋銹蝕

氯鹽型融雪劑在融化冰雪的同時，其引發(fā)的鋼筋銹蝕問題更為嚴(yán)重，給道路、橋梁設(shè)施帶來了巨大的負(fù)面影響。混凝土中的水泥水化過程中生成大量的Ca（OH）2，其pH值大于12，鋼筋在堿性介質(zhì)中，表面生成一層穩(wěn)定致密的氧化物鈍化膜，使鋼筋難以銹蝕。當(dāng)氯鹽融雪劑滲透到混凝土中，到達(dá)鋼筋表面并超過一定的臨界值時，鋼筋周圍的pH值降低，鈍化膜破壞，進(jìn)而引發(fā)鋼筋銹蝕。銹蝕產(chǎn)物的體積會膨脹2～6倍，擠壓包裹在鋼筋外側(cè)的混凝土，使混凝土保護(hù)層發(fā)生順鋼筋開裂、脫落的狀況，導(dǎo)致整個混凝土結(jié)構(gòu)承載力下降或喪失。

早期西方國家在路橋上大量使用氯鹽化冰雪之后在使用5～15 a內(nèi)，陸續(xù)出現(xiàn)以鋼筋腐蝕為主要特征的破壞現(xiàn)象。1981年美國50萬座橋中，有1/4受到腐蝕破壞；1993年，受到腐蝕破壞的橋梁超過1/2，有40%已承載力不足，近年來美國僅橋梁修復(fù)費(fèi)已高達(dá)1 550億美元。此外加拿大、英國、德國、丹麥等國均有因化冰鹽腐蝕，鋼筋銹蝕導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)施破壞特別嚴(yán)重的工程實例。

在我國北方地區(qū)高速公路、橋梁等均有氯鹽腐蝕破壞的現(xiàn)象。如北京原西直門立交橋1979年建成并投入使用，僅運(yùn)行18 a就因耐久性問題而拆除重建，沈陽文化路大立交橋在使用13年后因鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土開裂和剝落現(xiàn)象異常嚴(yán)重，哈爾濱到大慶的哈大公路，在建成5a后混凝土就出現(xiàn)了嚴(yán)重的順筋脹裂和剝落。近年來的工程調(diào)查表明，由氯鹽腐蝕引起的鋼筋銹蝕己成為導(dǎo)致我國混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效的主要原因之一，由此造成的損失巨大。

3 減少、防治融雪劑危害措施

使用氯鹽融雪劑存在較大的危害性，但由于其融雪效果好，價格低廉、使用方便，短期內(nèi)很難找到合適的替代品，因此應(yīng)采取切實可行的措施，以減少、防止氯鹽危害的發(fā)生與發(fā)展。

3.1 提高道路、橋梁自身防腐性

對于寒區(qū)道路、橋梁等交通構(gòu)筑物，在設(shè)計、建造初期，必須考慮混凝土耐久性設(shè)計，事先采取以下防護(hù)措施：選擇合適配比（采用低水膠比，一般低于0.4），提高混凝土密實度；適當(dāng)提高混凝土保護(hù)層厚度；利用粉煤灰或礦渣替代部分水泥；采用噴、鍍、涂等方法對鋼筋實施覆蓋防腐，或使用特種鋼筋；摻用抑制腐蝕外加劑，如引氣劑、減水劑、鋼筋阻銹劑等；陰極保護(hù)等。同時加強(qiáng)施工過程的監(jiān)管力度，提高施工質(zhì)量。從而提高道路、橋梁自身防腐性能。

3.2 規(guī)范、科學(xué)使用融雪劑

①根據(jù)不同融雪劑材料冰點(diǎn)、當(dāng)?shù)貧鉁?、降雪厚度等因素，合理選擇融雪劑種類（如降雪氣溫在-5℃～-15℃，宜用氯化鈉，降雪氣溫在-15℃～-25℃，宜用氯化鈣）、限制撒布量和范圍。聯(lián)合使用其他除冰雪的方法（人工、機(jī)械、熱能）等，以減少氯鹽融雪劑的用量，避免擴(kuò)大環(huán)境污染。

②合理選擇撒布時間，在降雪前1～2 h，撒布融雪劑，可有效防止降雪遇路面后結(jié)冰。一般每平方米撒布5～10 g融雪劑，既可有效防治結(jié)冰，又可節(jié)省融雪劑的使用量，加快除雪速度，減少對交通的影響。

③采用預(yù)濕撒布的方式，即將融雪劑預(yù)先溶化成為糊狀再進(jìn)行撒布，因為融雪劑只有溶解后才能產(chǎn)生融雪功能。目前國內(nèi)許多除雪工作人員往往采取的是將顆粒狀融雪劑直接撒布到路面，融雪劑需要經(jīng)過車輛多次碾壓溶化后才能融雪，這樣不僅融雪效果慢、而且浪費(fèi)融雪劑、增大了環(huán)境污染。

④采用加阻銹劑的氯鹽阻銹型融雪劑，減少鋼筋銹蝕、體積膨脹而導(dǎo)致的混凝土開裂。

3.3 加大新型融雪劑研究力度

市場營銷的各種融雪劑均存在各自的缺陷，氯鹽類融雪劑雖然價格低廉、使用方便，但環(huán)境污染嚴(yán)重，對道路橋梁設(shè)施腐蝕嚴(yán)重；非氯鹽類融雪劑雖具有環(huán)保性能，但價格昂貴，難以大規(guī)模使用。因此迫切需要加大研究力度，研發(fā)出一種新型融雪劑，既具有良好的融雪效果，又環(huán)保廉價，同時對鋼筋、混凝土沒有侵蝕作用。

3.4 加強(qiáng)寒區(qū)在役橋梁多因素作用下耐久性研究及修

復(fù)加固技術(shù)的研究

截至2009年，我國己建造各類公路橋梁60余萬座。與此同時，我國的橋梁面臨一大批橋梁已進(jìn)入“老齡”化問題，常年帶“病”運(yùn)營，其中，寒冷地區(qū)的橋梁“病害”程度尤為嚴(yán)重。因此應(yīng)加強(qiáng)初期損傷、凍融、氯鹽融雪劑侵蝕等多因素作用下橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的研究及修復(fù)加固技術(shù)研究，通過修復(fù)加固，對已產(chǎn)生損傷的橋梁予以充分利用。

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