2種方法對融雪劑碳鋼腐蝕率測試結(jié)果的影響分析

畢崇濤，馬 媛，劉 媛，劉欣艷，張 旭

（北京市城市管理研究院 生活垃圾檢測分析與評價北京市重點實驗室，北京 100028）

我國大部分地區(qū)的公路、城市道路和機場道路等在冬季都會受到冰雪影響。道路的積雪結(jié)冰不僅導(dǎo)致交通中斷，還容易引發(fā)交通事故，帶來嚴重的經(jīng)濟和生命財產(chǎn)損失。目前，全世界范圍內(nèi)采用最多的融雪除冰方式是撒布融雪劑。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球每年大約使用3 000萬t融雪劑[1]。氯鹽類融雪劑因其融雪效果好、價格便宜，一直被廣泛地應(yīng)用于道路的除雪化冰。但氯鹽型融雪劑易造成金屬腐蝕，最容易被破壞的是橋梁中的鋼筋，氯鹽類融雪劑對基礎(chǔ)設(shè)施的腐蝕危害，已經(jīng)成為世界性問題[2]。

目前國內(nèi)對融雪劑金屬腐蝕的試驗和判定主要是依據(jù)GB/T 23851—2017《融雪劑》中的檢測方法和標準限值來進行，該標準方法的要點包括：試驗溶液不通氣，試樣全浸在試驗溶液中；融雪劑試驗溶液含量為18%。研究發(fā)現(xiàn)含量為18%的融雪劑溶液腐蝕速率比3%的融雪劑溶液小很多[3]。另外，氯鹽類融雪劑的噴灑、使用過程是充分與空氣（O2）接觸的，是通氣狀態(tài)，而不是“全浸”狀態(tài)。試驗檢驗方法應(yīng)盡量符合氯鹽類融雪劑的實際使用狀態(tài)與條件，采用較低含量、通氣條件下進行試驗，更符合實際，其結(jié)果更具實際意義[4]。美國一些州在研究探索融雪劑腐蝕性試驗、檢驗方法的過程中發(fā)現(xiàn)，采取不同的方法可能獲得不同或相反的結(jié)果。為了更切合實際，即符合撒化冰鹽對汽車部件的腐蝕影響，美國西北州聯(lián)合（PNS）制定了一個關(guān)于氯鹽類融雪劑腐蝕性試驗方法和標準，具體試驗過程如下：①采用3%的試樣溶液；②采用“干濕循環(huán)”的原則。鋼試片在水中浸泡10 min、空氣中停放50 min，共循環(huán)試驗達24 h。以上的試驗設(shè)計，考慮到汽車部件接觸融雪劑的實際情況，在氯鹽含量、接觸空氣等方面，不脫離腐蝕原理。為控制氯鹽的腐蝕，PNS還制定出“判定標準”，即用上述方法檢驗，與氯化鈉作對比，其腐蝕性是氯化鈉的30%以下為合格。洪乃豐[5]提出GB/T 18175—2014《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉(zhuǎn)掛片法》，是否可用于融雪劑的腐蝕性檢驗，值得認真分析、商榷與討論。

目前國內(nèi)針對融雪劑腐蝕性檢測的試驗方法主要集中在旋轉(zhuǎn)掛片法和周期浸潤法，本研究基于以上2種試驗方法對氯鹽類融雪劑碳鋼腐蝕性檢測的適用性開展相關(guān)研究，研究結(jié)果對科學(xué)合理地檢驗、評價氯鹽類融雪劑具有重要的意義。

1 試驗部分

1.1 主要試驗藥品、儀器

試驗藥品：氯化鈉（分析純）、20#碳鋼試片、2種市場在售緩蝕劑：緩蝕劑A、緩蝕劑B。

儀器設(shè)備：RCC-Ⅲ型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗儀、CHZJ-800周期浸潤腐蝕試驗箱。

1.2 實驗過程

1.2.1 旋轉(zhuǎn)掛片法試驗

參照DB11/T 161—2012《融雪劑》和GB/T 18175—2014《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉(zhuǎn)掛片法》配制18%、10%、6%、2%的氯化鈉溶液，將試驗溫度分別設(shè)置為10、20、30、40℃，使用RCC-Ⅲ型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗儀進行碳鋼腐蝕試驗。

緩蝕劑A、緩蝕劑B分別按照1.0%、0.46%的質(zhì)量百分比與氯化鈉混合配制成2種成品融雪劑，將2種成品融雪劑分別配制成含量18%的融雪劑溶液，按照DB11/T 161—2012《融雪劑》和GB/T 18175—2014《水處理劑緩蝕性能的測定旋轉(zhuǎn)掛片法》，使用RCC-Ⅲ型旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗儀進行碳鋼腐蝕試驗。

1.2.2 周期浸潤試驗

配制18%、10%、6%、2%的氯化鈉溶液參照標準TB/T 2375—93《鐵路用耐候鋼周期浸潤腐蝕試驗方法》，與旋轉(zhuǎn)掛片法設(shè)置相同的試驗溫度、相同的試驗時間和相同的評價指標使用CHZJ-800周期浸潤腐蝕試驗箱進行試驗。試驗溫度分別設(shè)置為10、20、30、40℃，試驗時間48 h，每一循環(huán)周期60 min，其中浸潤時間12 min，試驗結(jié)果以mm/a表示的腐蝕速率R按公式（1）計算得出

式中：R為腐蝕速率，mm/a；M為試驗前的試樣重量，g；Mt為試驗后的試樣重量，g；S為試驗試樣的總面積，cm2；T為試驗時間，h；D為試驗材料的密度，kg/m3；M0為浸泡后試樣重量，g；Mk為空白損失量，g；8.76×107為換算系數(shù)。

緩蝕劑A、緩蝕劑B分別按照1.0%、0.46%的質(zhì)量百分比與氯化鈉混合配制成2種成品融雪劑，將2種成品融雪劑分別配制成含量18%的融雪劑溶液，在40℃的溫度條件下進行上述試驗。

2 結(jié)果討論與分析

2.1 氯化鈉腐蝕試驗

18%、10%、6%、2%的氯化鈉溶液在不同溫度下2種試驗方法的試驗結(jié)果見表1，為更加直觀地分析2種試驗方法碳鋼腐蝕率的變化規(guī)律，對表1部分試驗數(shù)據(jù)進行作圖分析，具體如圖1和圖2所示。

表1 周期浸潤法和旋轉(zhuǎn)掛片法試驗數(shù)據(jù)對比

通過分析試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，對同一含量的氯化鈉溶液，2種試驗方法的碳鋼腐蝕率隨溫度的升高都呈上升的趨勢，由圖1可知，隨著溫度的升高，18%的氯化鈉溶液周期浸潤法碳鋼腐蝕率從0.60 mm/a升至1.38 mm/a，旋轉(zhuǎn)掛片法碳鋼腐蝕率從0.26 mm/a升至0.41 mm/a，在30℃和40℃時周期浸潤法的腐蝕率分別為1.31 mm/a、1.38 mm/a，旋轉(zhuǎn)掛片法的腐蝕率分別為0.40 mm/a、0.41 mm/a，即18%的氯化鈉溶液在30℃和40℃時周期浸潤法的碳鋼腐蝕率是旋轉(zhuǎn)掛片法的3倍多，此時2種試驗方法的試驗結(jié)果相差最大。同樣地，10%的氯化鈉溶液周期浸潤法碳鋼腐蝕率從0.79 mm/a升至1.91 mm/a，旋轉(zhuǎn)掛片法碳鋼腐蝕率從0.46 mm/a升至0.78 mm/a；6%的氯化鈉溶液周期浸潤法碳鋼腐蝕率從0.92 mm/a升至2.49 mm/a，旋轉(zhuǎn)掛片法碳鋼腐蝕率從0.52 mm/a升至1.07 mm/a；2%的氯化鈉溶液周期浸潤法碳鋼腐蝕率從1.03 mm/a升至2.62 mm/a，旋轉(zhuǎn)掛片法碳鋼腐蝕率從0.61 mm/a升至1.38 mm/a，即10%、6%、2%的氯化鈉溶液的碳鋼腐蝕率均隨溫度升高變化明顯。

圖1 含量18%氯化鈉溶液不同溫度下2種試驗方法碳鋼腐蝕率比較

由圖2可知，在40℃的溫度條件下，2種試驗方法的碳鋼腐蝕率隨濃度的升高都呈下降的趨勢，說明2種試驗方法測得的氯化鈉溶液碳鋼腐蝕規(guī)律完全一致。在30、20、10℃溫度條件下的碳鋼腐蝕規(guī)律與40℃時相同。在所有試驗結(jié)果里，周期浸潤法的碳鋼腐蝕率最大值為2.62 mm/a，最小值為0.60 mm/a，旋轉(zhuǎn)掛片法的碳鋼腐蝕率最大值為1.38 mm/a，最小值為0.26 mm/a，說明周期浸潤試驗方法的試驗環(huán)境更為復(fù)雜，同樣含量的溶液在相同的溫度條件下對碳鋼試片的腐蝕更為嚴重。

圖2 不同含量氯化鈉溶液40℃時2種試驗方法碳鋼腐蝕率比較

2.2 氯化鈉與緩蝕劑配制的成品融雪劑腐蝕試驗

氯化鈉與緩蝕劑配制的成品融雪劑溶液2種試驗方法的試驗結(jié)果見表2。

表2 成品融雪劑溶液周期浸潤法和旋轉(zhuǎn)掛片法試驗數(shù)據(jù)比對

通過比對發(fā)現(xiàn)，對成品融雪劑配制的溶液進行碳鋼腐蝕試驗，周期浸潤法的碳鋼腐蝕率略高于旋轉(zhuǎn)掛片法，用緩蝕劑A配制的成品融雪劑，周期浸潤法和旋轉(zhuǎn)掛片法碳鋼腐蝕率分別為0.09 mm/a、0.05 mm/a，用緩蝕劑B配制的成品融雪劑，周期浸潤法和旋轉(zhuǎn)掛片法碳鋼腐蝕率分別為0.06 mm/a、0.04 mm/a。北京市地方標準DB11/T 161—2012《融雪劑》中的融雪劑技術(shù)指標規(guī)定碳鋼腐蝕率小于等于0.11 mm/a即為“合格”，依此判斷，用緩蝕劑A和緩蝕劑B配制的2種成品融雪劑都為合格產(chǎn)品。

根據(jù)本研究的試驗數(shù)據(jù)，周期浸潤法的試驗結(jié)果均高于旋轉(zhuǎn)掛片法，因此在對評價標準做出適當調(diào)整的前提下，2種方法都能對合格的融雪劑產(chǎn)品作出合理的鑒定和評價。

3 結(jié)論

根據(jù)本研究的試驗結(jié)果，獲得的結(jié)論如下。

（1）周期浸潤法和旋轉(zhuǎn)掛片法2種試驗方法的碳鋼腐蝕率隨溫度的升高都呈上升的趨勢，但隨溫度升高，周期浸潤法測得的碳鋼腐蝕率數(shù)值增大更加明顯，18%的氯化鈉溶液在30℃和40℃時周期浸潤法的碳鋼腐蝕率是旋轉(zhuǎn)掛片法的3倍多，此時2種試驗方法的試驗結(jié)果相差最大。

（2）周期浸潤法和旋轉(zhuǎn)掛片法2種試驗方法的碳鋼腐蝕率隨濃度的升高都呈下降的趨勢，在所有試驗結(jié)果里，周期浸潤法的碳鋼腐蝕率最大值為2.62 mm/a，旋轉(zhuǎn)掛片法的碳鋼腐蝕率最大值為1.38 mm/a，說明周期浸潤試驗方法的試驗環(huán)境更為復(fù)雜，同樣含量的溶液在相同的溫度條件下對碳鋼試片的腐蝕更為嚴重。

（3）實驗結(jié)果顯示，周期浸潤法的試驗結(jié)果均高于旋轉(zhuǎn)掛片法，因此在對評價標準作出適當調(diào)整的前提下，2種方法都能對合格的融雪劑產(chǎn)品作出合理的鑒定和評價。