融雪劑對(duì)橋梁的破壞和影響

楊哲斌(國(guó)家新聞出版廣電總局，北京 100866)

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著各國(guó)城市化建設(shè)的加快，由于使用融雪劑清除積雪導(dǎo)致的路橋破壞愈發(fā)成為一個(gè)全球性的難題。以我國(guó)為例，目前除雪的方式主要以物理和化學(xué)兩種方式為主。物理方式主要采用機(jī)械鏟雪和人工清雪等，人工除雪作業(yè)強(qiáng)度高效率低；機(jī)械除雪對(duì)進(jìn)口大型除雪機(jī)械依靠程度高，除東北三省和新疆等少數(shù)地區(qū)城市擁有外，其他城市則幾乎無(wú)除雪機(jī)械。以使用融雪劑為代表的化學(xué)除雪方式簡(jiǎn)便實(shí)用、使用廣泛，但易對(duì)環(huán)境造成影響，使用后不但土壤、農(nóng)田造成不可恢復(fù)性的破壞，對(duì)路面及橋梁也造成嚴(yán)重腐蝕。

融雪劑具有一定的危害性，對(duì)橋梁的混凝土和鋼筋影響尤為嚴(yán)重，大大縮短了橋梁的使用壽命。2008年我國(guó)南方各省為了抵御雪災(zāi)使用了大量的融雪劑，使得各大主要橋梁道路遭受嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致間接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1000億人民幣；另外有數(shù)據(jù)表明，我國(guó)北方地區(qū)年因使用融雪劑造成的直接和間接損失高達(dá)10億人民幣。減小融雪劑的危害，有效提高道橋的使用壽命迫在眉睫。

1 融雪劑的種類和工作機(jī)理

1.1 融雪劑的種類

目前，國(guó)內(nèi)外廣泛使用的三種融雪劑，一種是以醋酸鉀(C2H3KO2)為主要成分的有機(jī)融雪劑；第二種為氯鹽類的無(wú)機(jī)融雪劑，如氯化鈉(NaCl)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鎂(MgCl2)、氯化鉀(KCl)等，即“化冰鹽”；第三種是以氯鹽加非氯鹽或阻銹劑的混合型融雪劑[1]。

應(yīng)用最多的氯鹽類融雪劑，其具有效果好、速效性高、原料易得、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，但對(duì)大型公共基礎(chǔ)設(shè)施的腐蝕和生態(tài)環(huán)境的破壞性較大。較之相比，有機(jī)類融雪劑沒(méi)有什么腐蝕損害，但由于其冰點(diǎn)高，不易在低溫地區(qū)使用，極大地限制了其應(yīng)用范圍和地域，同時(shí)經(jīng)濟(jì)上費(fèi)用較高，通常是氯鹽類的30倍，一般只在機(jī)場(chǎng)跑道等具有特殊要求的場(chǎng)所使用。不同類型融雪劑的使用和破壞性能見(jiàn)表1。

1.2 工作機(jī)理

融雪劑的融雪作用是通過(guò)其溶于水(雪)后，使溶液(含融雪劑的雪水混合溶液)的冰點(diǎn)下降至零度以下，達(dá)到化雪的目的。以氯鹽類融雪劑為例，氯化鈉溶于水后冰點(diǎn)在-10℃，氯化鈣在-20℃左右，醋酸鹽類可達(dá)-30℃左右。融雪劑溶于水后，水中離子濃度增大，使水的液相蒸氣壓下降，但冰的固態(tài)蒸氣壓不變，為達(dá)到冰水混合物平衡共存時(shí)固液相蒸氣壓相等的狀態(tài)，冰便融化；另外，鹽的溶解使含鹽雪水的凝固點(diǎn)降低，因此在雪水中溶解了鹽之后就難以再形成冰塊。

2 氯鹽類融雪劑對(duì)橋梁的危害

表1 常用融雪劑性能比較

含氯鹽類融雪劑的冰融化后，隨雪水流淌進(jìn)入地下，對(duì)地下水資源和農(nóng)田造成污染的同時(shí)，也對(duì)道橋等大型建筑物造成嚴(yán)重的腐蝕。

2.1 對(duì)鋼筋混凝土的侵蝕原理

水泥漿體因泌水作用造成局部水灰比增加，使表面孔隙率變大，即發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：2NaCl+Ca(OH)2=2NaOH+CaCl2。由于高價(jià)Ca2+離子的析出使溶液的溶解度大幅增加，進(jìn)而增大空隙率，降低了混凝土強(qiáng)度[1-3]。

另外由于Cl-離子的滲入，使得低溫下產(chǎn)生的結(jié)晶體積增大，導(dǎo)致“鹽凍”現(xiàn)象，引發(fā)鋼筋的活化發(fā)生銹蝕。而當(dāng)鋼筋表面被銹蝕后，其體積就會(huì)增大(2倍～6倍)，擠壓包裹在其表面外側(cè)的混凝土，使混凝土保護(hù)層發(fā)生開(kāi)裂，破壞水泥混凝土結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度降低，最終導(dǎo)致整體破壞[4，5]。

2.2 對(duì)橋梁的破壞作用

2.2.1 國(guó)外橋梁破壞的實(shí)例

上世紀(jì)80年度以來(lái)，美國(guó)加拿大等西方國(guó)家曾在路橋等大型建筑物路面上大量使用氯鹽化冰雪，在其后的20年中發(fā)生大面積的鋼筋腐蝕性破壞現(xiàn)象。據(jù)報(bào)道，截至90年代末期，全美已有超過(guò)一半的橋梁受到融雪劑的腐蝕破壞，其中近四成橋梁出現(xiàn)承載力不足，近30年間美國(guó)政府因修復(fù)受腐橋梁已耗費(fèi)約一千五百余億美元。英國(guó)同樣深受化冰鹽之害。上世紀(jì)70年代因撒鹽除雪而導(dǎo)致混凝土順?shù)摻铋_(kāi)裂，其后15年間年的修復(fù)費(fèi)已為原始橋梁建設(shè)費(fèi)的兩倍，至本世紀(jì)初，累計(jì)修復(fù)費(fèi)達(dá)到建橋費(fèi)的六倍。這些實(shí)例表明，使用化冰鹽不但造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)的影響更危害性人們的生活安全。

2.2.2 融雪劑對(duì)我國(guó)橋梁的破壞作用

鑒于國(guó)外使用氯鹽類融雪劑的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，近年來(lái)我國(guó)加大橋梁的檢查和維護(hù)。北京市政路橋集團(tuán)曾對(duì)勁松、東直門(mén)、雙井和西直門(mén)等主要交通樞紐地區(qū)的橋梁進(jìn)行了鋼筋銹蝕檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，使用氯鹽類融雪劑的幾十年間，由于含氯化物的混合鹽水侵蝕梁板和柱基等關(guān)鍵承載部位，造成這些部位的鋼筋銹蝕損壞。西直門(mén)橋有落水口的墩柱結(jié)合部氯化物侵入深度近一厘米，該處鋼筋已嚴(yán)重銹蝕，失重率達(dá)百分之三十。據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道，南京市部分城市橋梁路面因融雪劑侵蝕、大型掃雪機(jī)械和裝上防滑鏈車輛的碾壓，產(chǎn)生了很多坑洞，大大降低橋梁路面的耐久度。

3 減小融雪劑破壞性的措施

3.1 加大對(duì)融雪劑的使用管理

北京率先改進(jìn)了融雪劑的使用方法，采用“機(jī)械除雪為主、融雪劑融雪為輔”的除雪作業(yè)方式，嚴(yán)格控制融雪劑的用量，嚴(yán)禁將清除的殘雪堆積或拋撒到車行道，黑冰黑雪應(yīng)及時(shí)清除外運(yùn)。

北京市政部門(mén)出臺(tái)的地方標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)融雪劑產(chǎn)品的融雪能力、溶解速度、金屬腐蝕、植物耐鹽性、重金屬含量等提出測(cè)試及評(píng)價(jià)指標(biāo)[6]。有了科學(xué)的檢測(cè)手段和評(píng)估指標(biāo)，規(guī)范融雪劑的生產(chǎn)，改善融雪劑市場(chǎng)良莠不齊的局面，從而在源頭上減輕了融雪劑對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施的腐蝕危害。

3.2 加速研發(fā)環(huán)保型融雪劑

由于對(duì)道橋和環(huán)境的破壞嚴(yán)重，工業(yè)食鹽化雪劑將被環(huán)保型融雪劑所代替是必然趨勢(shì)。隨著我國(guó)城市化建設(shè)速度的加快，機(jī)械除雪不能滿足需要，據(jù)估算未來(lái)5年，我國(guó)除雪劑市場(chǎng)容量應(yīng)達(dá)到200萬(wàn)噸。因此，研發(fā)適合我國(guó)北方寒區(qū)道橋的方便高效環(huán)保融雪劑已刻不容緩。

3.3 加強(qiáng)工程建設(shè)管理，提高維護(hù)手段

降低融雪劑的危害，除融雪劑本身質(zhì)量因素外，提高工程建設(shè)的質(zhì)量是一個(gè)更重要的手段。在我國(guó)的道路與橋梁在建設(shè)過(guò)程中，由于施工過(guò)程中的偷工減料現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，加之監(jiān)管環(huán)節(jié)的不嚴(yán)格導(dǎo)致個(gè)別工程施工質(zhì)量較差，從而致使我國(guó)北方寒區(qū)路橋的鹽害嚴(yán)重。除此之外，增強(qiáng)對(duì)“鹽害”的預(yù)防策略，強(qiáng)化對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的防腐技術(shù)亦是不容忽視的手段。比如，在橋梁易被侵蝕的部位加涂防護(hù)層，提高混凝土的密實(shí)性，以防氯鹽溶液接觸到鋼筋。

4 結(jié)語(yǔ)

我們應(yīng)清醒地看到，融雪劑的使用在有效除雪的同時(shí)，也對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施具有嚴(yán)重的腐蝕性，甚至對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失，影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。在系統(tǒng)總結(jié)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，合理融雪劑使用規(guī)范，最大限度地減少腐蝕影響，是當(dāng)前我國(guó)亟需解決的問(wèn)題。

[1]張志敏,杜素軍,趙世濤.融雪劑對(duì)交通設(shè)施和環(huán)境的影響及對(duì)策研究[J].山西建筑,2010,36(23):345-347.

[2]程剛，杜素軍，鄭美軍.道路融雪劑的研究[J].山西交通科技,2006,(1):34-37.

[3]邱常義.氯鹽類融雪劑對(duì)建筑與環(huán)境的危害探討[J].江西化工,2008(4):78-81.

[4]劉麗平.化學(xué)融雪與大橋耐久性[J].中國(guó)市政工程,2008(2):22-23.

[5]王小光.高效環(huán)保型融雪劑的研制[D].鄭州:鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007.

[6]北京市地方標(biāo)準(zhǔn):融雪劑.DB11/T161-2011