高速路應用融雪劑的環(huán)境問題及其對策研究

摘 要：隨著高速公路快速發(fā)展，融雪劑已對路域環(huán)境安全構(gòu)成嚴重威脅。該文藉此對高速公路應用的融雪劑種類與特點，融雪劑的環(huán)境危害和緩解的對策與途徑進行分析，希望對解決我國高速公路融雪劑的環(huán)境問題，保障高速公路的安全和可持續(xù)運行具有參考。

關(guān)鍵詞：高速公路 融雪劑 土壤鹽堿化 環(huán)境問題

中圖分類號：U418 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-000-02

高速公路是我國公路運輸?shù)闹饕傻溃?010年通車里程已達7.4萬 km，位居世界第二。由于高速公路行車速度快，且冬季積雪易凍冰使路面堅硬濕滑，增加交通事故的發(fā)生概率。對于解決高速公路積雪結(jié)冰問題，一般采用物理機械清除和化學融雪劑溶解等辦法。其中，化學融雪劑具有成本低、效率較高、使用便捷等特點，因而在高速公路養(yǎng)護上得到廣泛使用。據(jù)悉，美國每年“化冰鹽”的使用量可達千萬噸，占鹽業(yè)總產(chǎn)量的1/3，加拿大每年用量400～500 萬t。我國從20世紀90年代開始使用融雪劑，現(xiàn)在每年用量呈遞增趨勢。如沈陽市2003-2008年融雪劑用量從6000～9000 t。2008年1月我國南方遭遇50年以來罕見冰凍災害，期間長沙市對市區(qū)3101 萬m2主干道路撤融雪劑10 d達7000 t，武漢每天融雪防凍鹽500 t左右。近年來，北京市年使用融雪劑3萬多t，2009年2月18～19日北京地區(qū)降雪，連夜撒融雪劑5731 t，同年11月13日降雪一次撒融雪劑

2882 t。

但是，融雪劑引發(fā)的環(huán)境安全問題日顯重要，不僅侵蝕道路和腐蝕橋梁和車輛，而且引起綠化帶土壤鹽堿化和抑制植物生長，造成地下水污染。該文藉此對高速公路應用的融雪劑種類與特點，融雪劑的環(huán)境危害和緩解的對策與途徑進行分析，希望對解決我國高速公路融雪劑的環(huán)境問題，保障高速公路的安全和可持續(xù)運行具有

參考。

1 融雪劑分類及其特點

融雪劑按照其化學成分不同，一般分為三種類型：氯化物型融雪劑，非氯化物型融雪劑，混合型融雪劑。各類融雪具有不同的特點。

1.1 氯化物型融雪劑

主要成分是氯鹽，包括氯化鈉（NaCl）、氯化鈣（CaCl2）、氯化鎂（MgCl2）等。融雪原理主要是通過降低水的冰點來達到融雪效果，氯化鈉溶于水后冰點在-10 ℃，氯化鈣在-20 ℃左右。氯鹽溶解要吸熱加快積雪溶解；融雪劑溶于水后凝固點降低，使水難以再形成冰塊而有利排雪；當融雪劑溶于水后，水液相蒸氣壓下降但冰固態(tài)蒸氣壓不變，蒸汽壓平衡中冰便溶化了。這類融雪劑的冰點低、資源豐富、價格低廉、融雪效果好，廣泛應用于公路融雪，應用比例90 %以上，對道路、環(huán)境、植物影響大。

1.2 非氯化物型融雪劑

以醋酸鹽（如醋酸鈣鎂、醋酸鉀）、尿素、二元醇等不含氯的物質(zhì)為主。這類融雪劑冰點高、融雪效果較差、價格昂貴，如醋酸鈣鎂極限冰點在-10 ℃左右，同樣效果下其用量是氯鹽的2～3倍，使用成本是氯鹽類的20～30倍。非氯鹽類融雪劑中其他的物質(zhì)由于貯存、處理、環(huán)保、安全等方面存在各種無法回避的缺陷，加之價格高而應用范圍有限，僅在有些機場、高級停車場、別墅區(qū)域使用。據(jù)市場調(diào)查，氯化鈉每噸成本25美元，氯化鈣110美元，而乙酸鎂鈣每噸高達1200美元。

1.3 混合型融雪劑

以氯鹽為主料，再加入阻銹劑（或緩蝕劑）形成氯鹽混合型融雪劑，可分為按比例配制的人工混合物和天然混合物兩種。人工混合物一般以氯化鈉為主要成分，再加其他的氯化物以提高低溫性能或吸濕性。如美國首先使用氯鹽阻銹型融雪劑，日本曾在融雪劑里加緩蝕劑，俄羅斯的首都莫斯科使用尿素、硝酸鈣和硝酸鎂合成的新型融雪劑。其他用于融雪的有機物是醇類，如甲醇、乙醇等類，但易揮發(fā)、易燃等問題而被用來融雪化冰極少，更多用于防凍防結(jié)冰的是二元醇，40%乙二醇水溶液，冰點為-24 ℃，腐蝕性較小，對植物危害有限，可用作機場除冰劑，用于道路除冰雪。但作為普通路面融雪劑使用費用

較高。

我國從20世紀90年代初開始使用融雪劑，近年在特殊路段使用兩、三種氯鹽混合物，有的添加了緩蝕劑或阻銹劑等環(huán)保型融雪劑。北京市目前主要使用鈣鈉鹽復合型融雪劑。遼寧省高速公路在橋隧、長坡等特殊路段使用了氯化鈣、氯化鈉、氯化鎂及阻銹劑復合的融雪劑。

2 融雪劑應用引起的環(huán)境問題

2.1 侵蝕高速公路路面，造成路基破壞，縮短高速公路壽命

水泥混凝土中有活性骨料，氯鹽中的鈉離子將促進混凝土中的堿骨料反應，使混凝土膨脹開裂，導致表面混凝土保護層脫落、鋼筋外露銹蝕；融雪劑與瀝青產(chǎn)生化學反應，大幅折減瀝青材料和砂石料的握裹能力，造成瀝青表面脫落，在車輛荷載作用下，形成大面積的路面破損；融雪劑中 的鹽類遇水后發(fā)生的鹽漲現(xiàn)象，則會造成路基破壞。據(jù)報道，應用NaC1融雪劑使普通公路壽命縮短1/2以上。美國氯鹽融雪劑腐蝕破壞環(huán)境成本占GNP的4%（相當美國的國防開支），每年用于修復道路橋梁的費用大于2000億美元，是初建費的

4倍。

2.2 腐蝕橋梁金屬構(gòu)件和車輛底盤及車身嚴重

氯離子是一種高效活化劑，不僅對橋梁金屬 構(gòu)件和車輛底盤及車身腐蝕嚴重，而且能夠在極低濃度下破壞鋼筋表面的鈍化膜，通過一定的環(huán) 境條件共同作用，進而引起混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕。由于氯離子利于混凝土內(nèi)部保持濕潤，從而減小混凝土的電阻率，導致混凝土內(nèi)部的鋼筋加速銹蝕，嚴重時體積膨脹，使混凝土中鋼筋處出現(xiàn)縱向裂縫，最終使混凝土保護層剝落，截面承載力失效。

2.3 鹽化路邊綠化帶土壤，燒傷綠化植物葉片，嚴重威脅綠化植物生長

含氯鹽融雪劑大量使用對植物傷害，一是抑制植物種子萌發(fā)，減少土壤種子庫效應；二是造成土壤鹽堿化和對植物形成“生理干旱”，就是植物很難吸收土壤中高鹽濃度中的水分；三是破壞植物細胞膜和植物光合作用等生理過程，導致植物失綠和整體死亡。Na+、K+、CI-等離子使植物細胞內(nèi)某種離子濃度增高，抑制了對一些營養(yǎng)元素吸收，破壞了植物細胞內(nèi)部離子平衡，產(chǎn)生單鹽毒害。當濃度大于0.2%～0.3%鹽水浸入綠地，植物即會因生理性缺水導致生物量減少、葉黃、枯枝或死亡。據(jù)報道，融雪劑對公路綠化帶樹木植物損害高達5%～10%。北京市2004年冬季噴灑融雪劑8000 t，至2003年春季市城區(qū)近3000株行道樹、5萬多平米草坪和40余萬株綠籬枯死，直接經(jīng)濟損失近1500萬元；至2005年春天，約1.1萬株行道樹、20萬m2草坪和149萬余株綠籬等灌木遭重度鹽害或死亡，直接經(jīng)濟損失3000萬元。

2.4 污染土壤和水資源

含融雪劑雪水通過各種途徑進入土壤和水體，造成公路兩側(cè)土壤鹽漬化、硬化、板結(jié)、貧瘠，還會導致地表及地下水污染。長期飲用被融雪劑污染的水源，容易導致高血壓等多種疾患，危害人體健康。據(jù)北京市園林局調(diào)查，2005年死傷植物的土壤中和周邊殘雪里的含鹽量嚴重超標，成分與融雪劑一致。

3 緩解融雪劑環(huán)境危害的對策與途徑

3.1 制定生產(chǎn)融雪劑技術(shù)標準

北歐國家均制定了法規(guī)，嚴格控制融雪劑的成分和使用量，美國針對普通道路和機場制定了不同融雪劑標準。我國推薦性標準《道路除冰融雪劑》（GB/T 23851-2009），突出了對融雪劑的腐蝕和污染技術(shù)指標及其控制措施的要求。2002年10月北京市出臺我國首個融雪劑地方標準，特別突出融雪劑環(huán)保性能方面要求，如無令人不快的氣味、對設(shè)施的腐蝕率必須低于氯化鈉50%、pH值（酸堿度）適中等，另外對于融雪劑中汞、鉛、砷等5種具有腐蝕性的重金屬含量也做了嚴格界定，如融雪劑汞含量須低于0.05 mg/kg，砷和鎘含量必須低于5 mg/kg，對融雪劑生產(chǎn)，加工和品質(zhì)測控起到了約束作用。遼寧省沈陽市制定融雪劑的地方標準。

3.2 制定和執(zhí)行融雪劑的安全使用規(guī)范

由于氣候、氣溫、交通量、降雪量、撒布時機和方法等多因素不同，融雪劑使用過程中難免造成使用方法不當、用量過大等問題，使得使用效果不佳和造成植物傷害和環(huán)境問題。據(jù)調(diào)查，2008年1月河南省發(fā)生50年一遇的雨雪冰凍在災害，為確保高速路運行而大面積使用融雪劑，K895-K995路段內(nèi)撒鹽近700 t，融雪劑覆蓋路面達到0.35 kg/m2。該路段同年3～4月份，樹木大面積枯萎和量死亡，經(jīng)調(diào)查綠化帶0～20 cm土壤含鹽量達到 0.3%～0.7%，遠高土壤鹽漬化含鹽量臨界值和植物生長受抑制限制。

因此，在保障融雪劑生產(chǎn)標準的同時，各地應根據(jù)實際，制定融雪劑使用的技術(shù)規(guī)范，加強融雪劑使用的監(jiān)督和環(huán)境治理。實踐表明，融雪劑可降低冰雪融點5～10 ℃，故-10 ℃使用效果最佳；溫度偏高、陽光充足時融雪效果較好；交通量較大時車輪碾壓作用 融雪效果較好；積雪厚低于2 cm 厚時融雪效果較好；杜絕把被融雪劑污染后的雪水堆積到樹埯內(nèi)的傳統(tǒng)做法。有人總結(jié)提出融雪劑的適用量

（表2）。

3.3 開發(fā)環(huán)境友好的新型融雪劑

研發(fā)低成本、無氯環(huán)保性的復合融雪劑是目前融雪劑研發(fā)的熱點。美國DOT公司研制出CMA（醋酸鈣鎂）可大幅降低對鋼筋的腐蝕，在美國等發(fā)達國家已逐步代替氯鹽作為融雪劑，但因價格昂貴，我國很少使用。我國有人采用不同氯鹽加合磷酸鹽、葡萄糖酸鈉、硫酸鋅、硫脲、硅酸等多種緩蝕劑進行配比，研發(fā)出PSA系列融雪劑，具有冰點低（-10 ℃～-35 ℃）、融冰速率高，對碳鋼、混凝土的腐蝕性小，對植物的損害小，符合相關(guān)標準要求，是可與CMA相媲美的高效環(huán)保型融雪產(chǎn)品。也有學者選擇可生物降解的、低成本的醋酸廢液（木醋液）為原料，研究制備低成本CMA類融雪劑，所得產(chǎn)品為低碳混合羧酸鈣鎂鹽，其融雪溫度低（最低可達- 34 ℃），融雪效率高（可達208 m3雪/g融雪劑），對金屬、花草等基本無腐蝕和損害，各方面的性能均優(yōu)于氯化鈉等氯鹽融雪劑。這也是可采用的方法之一。

3.4 選擇種植和搭配抗旱耐鹽的植物

植物在生長過程中，從土壤中吸收養(yǎng)分離子，也逐漸形成對土壤眼見得適應能力。按照植物分類，植物有中生植物和鹽生植物。如聚鹽類的鹽角草，它能從土壤里吸收大量可溶性鹽類，并把其積聚在體內(nèi)而不受傷害，可以種植此類植物來處理融雪劑所含鹽類。此外，植物產(chǎn)生對鹽分的忍受耐力要經(jīng)過一個適應鍛煉過程，對逐漸上升的鹽分易適應，對突然遭遇高鹽環(huán)境就不能適應，可以人為的使道路兩旁的植物提高抗鹽能力；并且根據(jù)不同植物對土壤鹽分的適應能力，合理搭配，進而提高整體綠化帶植物的抗鹽能力。

3.5 改良和提高土壤抗融雪劑的能力

土壤是生態(tài)環(huán)境的重要組成，融雪劑應用國良引起土壤鹽堿化的治理措施多種，一般主要采用換土和土壤改良措施。由于高速公路綠化帶的土壤深度一般在50～60 cm有限，長期收融雪劑侵害而采用更換客土較好，但工程量巨大，所以采用土壤改良方法更加結(jié)合實際。

土壤改良措施一般采用增加有機肥，種植坑內(nèi)投放土壤化學改良劑等，以此來改良土壤，控制種植坑向上反鹽堿，為樹木提供存活的基本條件。化學改良劑主要有石灰、石膏、磷石膏、高分子保水劑、氯化鈣、硫酸亞鐵、腐殖酸鈣等，視土壤的性質(zhì)而擇用?；瘜W改良技術(shù)一般與水利、農(nóng)業(yè)等措施結(jié)合取得效果較好。土壤保水劑近年來在土壤改良中應用廣泛，它是一種能吸收和保持相當于自身重量數(shù)百倍乃至數(shù)千倍水分的高分子聚合物，加入土壤后能增加土壤團聚體形成，有效提高土壤保水和改善土壤離子交換能力，增強土壤對養(yǎng)分的保持和植物利用，增加植物抗鹽堿能力。北京首發(fā)集團與中國礦業(yè)大學（北京）等單位合作，開發(fā)研究新型的融雪劑土壤鹽堿化復合改良材料，在實驗研究中取得明顯的效果。

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