融雪劑對(duì)路面混凝土的破壞機(jī)理及防治措施探究

郭慧敏

（山西工程科技職業(yè)大學(xué)，山西 晉中 030619）

0 引言

在冬季，頻率較大的降雪、較厚的地面積雪以及極低的溫度是北方寒冷地區(qū)的主要?dú)夂蛱卣?。為了消除路面積雪對(duì)正常行車的影響，大多地方使用融雪劑，這是化雪和化冰工作相對(duì)便捷的手段[1]。但同時(shí)，融雪劑對(duì)混凝土也會(huì)造成許多不利的影響，如剝蝕路面的混凝土以及銹蝕橋梁的鋼筋[2]。根據(jù)已損壞的實(shí)際情況，探究融雪劑對(duì)路面混凝土的破壞機(jī)理，積極采取防治措施確保道路和橋梁的使用年限，是學(xué)者和工程技術(shù)人員一直以來(lái)重點(diǎn)研究的問(wèn)題，也是本文要討論的主要內(nèi)容。

1 融雪劑概況

1.1 融雪劑的工作原理

融雪劑的工作原理為：溶于水（雪）之后，降低溶液（含融雪劑的雪水混合溶液）的冰點(diǎn)至零度以下，以此呈現(xiàn)化學(xué)效果。對(duì)于氯鹽類融雪劑來(lái)說(shuō)，溶于水后氯化鈉溶液的冰點(diǎn)為-10°C，氯化鈣溶液大概為-20°C，醋酸鹽類溶液大概為-30°C。融雪劑與水相結(jié)合后，加大了水中離子濃度，降低水的液相蒸氣壓，同時(shí)冰的固態(tài)蒸氣壓保持不變，從而確保冰水混合物平衡共存時(shí)固液相蒸氣壓保持一致，融化冰雪；此外，鹽的溶解大大降低了含鹽雪水的凝固點(diǎn)，從而促使雪水與鹽融合后很難呈現(xiàn)冰塊的狀態(tài)。

1.2 融雪劑的主要類型

（1）氯化鈉融雪劑。氯化鈉是較為普遍的除冰鹽，其具備原料獲取簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉等特征，但其化雪和化冰效果要想得到保障，溫度需要處于-15℃以上，限制條件為一般低溫天氣。

（2）氯化鈣融雪劑。氯化鈣的化雪和化冰的溫度能夠達(dá)到-31℃左右，具備吸濕性較強(qiáng)、溶解度較大、降冰點(diǎn)效果更好等特性，但其也會(huì)促使道路更加潤(rùn)滑從而降低路面的抗滑性能，同時(shí)容易造成人體皮膚過(guò)敏以及燙傷等問(wèn)題，并不利于實(shí)際施工，此外成本也較高。

（3）混合融雪劑。公路管理部門結(jié)合二者的優(yōu)缺點(diǎn)制定出氯化鈉和氯化鈣混用的方案，形成新型除冰鹽——混合融雪劑，實(shí)踐證明，該方法不僅能確保除冰效果，還能降低成本?；旌先谘﹦┚哂辛己玫奈鼭穹艧嵝?，吸收潮氣、形成溶液的速度快，放熱快，融雪快，除冰雪效果好（溫度在-14°C以下時(shí)，將融雪劑放置于冰雪之上，3min 開(kāi)始融化，15min 加速融化，35min 可見(jiàn)效果）；還有持續(xù)融冰的效果；相比氯化鈉融雪劑，混合融雪劑能夠在更低溫度下溶解冰雪。

2 融雪劑對(duì)路面混凝土的破壞機(jī)理

融雪劑在發(fā)揮除冰雪作用的同時(shí)，容易對(duì)路面混凝土產(chǎn)生破壞，主要包括物理破壞和化學(xué)破壞。

2.1 物理破壞機(jī)理

冰雪季節(jié)混凝土受到的損害主要來(lái)自融雪劑溶于水后形成的鹽水對(duì)混凝土的物理作用，鹽水的滲透深度決定著物理破壞程度，具體表現(xiàn)為混凝土表面的剝蝕和開(kāi)裂。氣溫條件降低時(shí)，混凝土中9%的可凍水體積將會(huì)膨脹，從而加快結(jié)冰速率。而混凝土的飽水度逐漸接近或大于臨界飽水度時(shí)，在拉力影響下以及凍融循環(huán)不斷加快的作用下，進(jìn)一步受到損壞。所以，在使用融雪劑過(guò)程中，受鹽吸濕性和保水性的影響，含鹽混凝土中的初始飽水度遠(yuǎn)高于未使用除冰鹽的混凝土的初始飽水度，前者富含較多可凍水，受凍時(shí)的結(jié)冰壓力也更大?；炷羶?nèi)水呈現(xiàn)冰塊狀態(tài)時(shí)，加大了孔中溶液鹽濃度，從而與環(huán)境產(chǎn)生鹽濃度差，進(jìn)而造成滲透壓?；炷羶?nèi)滲透壓越大，飽水度愈加大，同時(shí)加大結(jié)冰壓力，使混凝土受到更嚴(yán)重的破壞，這是凍融條件下混凝土受除冰鹽物理剝蝕損壞的主要原理。此外，融雪劑發(fā)生作用時(shí)，吸收較多熱量，大大降低冰雪層下的混凝土溫度，帶來(lái)額外的凍害。鹽凍原理具體可從以下三方面闡述：第一，鹽水使混凝土飽水度增加；第二，大孔中的鹽結(jié)晶與水結(jié)晶產(chǎn)生過(guò)大的內(nèi)壓力；第三，負(fù)溫吸附水在毛細(xì)管中產(chǎn)生流動(dòng)壓力。

2.2 化學(xué)破壞機(jī)理

2.2.1 破壞特征

混凝土遭受化學(xué)侵蝕主要是受到鹽分的影響。以實(shí)際鹽凍破壞調(diào)查為基礎(chǔ)，加以在試驗(yàn)室進(jìn)行的鹽凍破壞試驗(yàn)，能夠總結(jié)出混凝土受鹽凍化學(xué)破壞的主要特征：

（1）此破壞開(kāi)始于表層，最先剝落的是砂漿層，之后趨向于內(nèi)部，導(dǎo)致表面骨料暴露、崎嶇不平，同時(shí)剝落層之下的混凝土仍呈現(xiàn)完好狀態(tài)，所以運(yùn)用傳統(tǒng)鉆芯取樣測(cè)強(qiáng)并不能完全明確破壞原因；

（2）此種破壞速度遠(yuǎn)高于其他種類，撒融雪劑之后第1～2場(chǎng)雪就可對(duì)非引氣混凝土造成損壞；

（3）對(duì)于橋梁底部等未受損害的部位來(lái)說(shuō)，分層剝蝕的痕跡和白色的鹽結(jié)晶體常有發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)伴有咸味；

（4）明顯的分層剝蝕痕跡可見(jiàn)于混凝土遭受破壞的截面之上；

（5）白色粉末狀NaCl 晶體可清晰見(jiàn)于剝蝕表面及裂紋內(nèi)。

2.2.2 破壞機(jī)理

復(fù)鹽的形成促使融雪劑化學(xué)作用的產(chǎn)生。復(fù)鹽大多見(jiàn)于混凝土表層，具備膨脹特性，表層膨脹而內(nèi)部收縮的狀態(tài)一定會(huì)造成混凝土表面剝落。當(dāng)活性骨料與混凝土融合，受融雪劑中鹽組分的影響，堿骨料反應(yīng)速度加快，致使混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞。同時(shí)，混凝土破壞也會(huì)受Ca(OH)2溶出的影響，受Ca(OH)2溶水性以及混凝土滲透性的影響，壓力和水流產(chǎn)生作用時(shí)，Ca(OH)2隨水溶出流失，加大了水泥混凝土的空隙，并降低其強(qiáng)度。Ca(OH)2被溶出之后，高堿性水化物轉(zhuǎn)化為堿性水化物，導(dǎo)致膠結(jié)能力的喪失，進(jìn)而加速了水泥混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，以致?lián)p害到混凝土結(jié)構(gòu)。

3 融雪劑破壞路面混凝土的防治措施

對(duì)于北方城市冬季的除雪工作，融雪劑無(wú)疑是此工作的最佳選擇，但在此過(guò)程中不可避免會(huì)對(duì)路面混凝土造成不利影響，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)探究融雪劑的有效使用措施。

3.1 嚴(yán)格把握融雪劑的生產(chǎn)質(zhì)量

對(duì)于融雪劑的生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)國(guó)家或地方規(guī)范的融雪劑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為生產(chǎn)依據(jù)，確保質(zhì)量的合格；融雪劑產(chǎn)品外包裝應(yīng)當(dāng)有明顯的融雪劑成分示意，以及標(biāo)記清楚危害性[3]。與采購(gòu)方溝通，為其積極介紹產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果和使用方法；不得將融雪劑與氯化鎂、亞硝酸鈉、甲醇等有毒化學(xué)物質(zhì)相結(jié)合，以免出現(xiàn)人畜中毒問(wèn)題。為減輕融雪劑的腐蝕程度，應(yīng)當(dāng)在融雪劑中定量融合融緩蝕劑。

3.2 針對(duì)不同路面采用不同的除冰雪措施

在選擇適當(dāng)?shù)某胧r(shí)，應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同的路面作出差異化的選擇，比如應(yīng)用一定量的融雪劑以除普通水泥混凝土路面的冰雪；對(duì)瀝青混凝土路面進(jìn)行除冰雪工作，應(yīng)對(duì)融雪劑使用量加以把控，盡量使用環(huán)保型融雪劑；對(duì)瀝青混凝土路面，要盡量降低融雪劑溶液的流入；橋面冰雪的清除應(yīng)以機(jī)械除雪為主，同時(shí)結(jié)合人工清雪，禁止摻入氯鹽類融雪劑；應(yīng)運(yùn)用熱雪機(jī)和融雪劑對(duì)車站等地進(jìn)行除雪。注意，工作中一定要依照實(shí)際自然環(huán)境、地形條件以及原材料供應(yīng)等基礎(chǔ)來(lái)選取最佳除雪措施，確保最佳除雪效果的實(shí)現(xiàn)，注意盡可能降低融雪劑的使用頻率。

3.3 采取適當(dāng)?shù)拇胧┨岣呋炷恋目孤饶芰?/h3>

（1）改進(jìn)混凝土拌合工藝。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，引氣劑對(duì)混凝土抗凍性能有提升效果。因此，在道橋混凝土工程中可增加引氣劑的比重。

（2）改進(jìn)混凝土配比。實(shí)驗(yàn)證明，混凝土與粉煤灰的混合有利于提升抗?jié)B透能力、降低收縮性以及開(kāi)裂概率，進(jìn)一步減少混凝土與氯鹽的接觸面。

（3）降低氯鹽與混凝土中鋼筋接觸的可能性。道橋混凝土工程的鋼筋要涂抹防銹物，確保鋼筋表面形成一層有效的防銹膜，阻隔氯鹽的腐蝕。

3.4 制定適合北方的混凝土配合比方案和技術(shù)規(guī)范

《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTG 3402-2020)欠缺對(duì)北方地區(qū)道橋混凝土配合比精準(zhǔn)設(shè)計(jì)的要求，希望盡快制定出北方路面混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程。規(guī)劃好的方案應(yīng)具備以下特性：有較強(qiáng)針對(duì)性，針對(duì)對(duì)象清晰、抗?jié)B透性高、抗凍融程度強(qiáng)，同時(shí)不易開(kāi)裂，混凝土的原材料、水泥種類、骨料性能及其大小、粒度分布、混凝土質(zhì)量、引氣能力、抗?jié)B透程度以及橋面結(jié)構(gòu)等有嚴(yán)格的限制條件，不僅如此，更應(yīng)將施工過(guò)程以及過(guò)程中的氣候、天氣等自然因素進(jìn)行重點(diǎn)控制。

3.5 重視融雪劑的規(guī)范管理

（1）預(yù)先實(shí)行融雪劑招投標(biāo)工作并保障其完善性和科學(xué)性，在評(píng)測(cè)和評(píng)標(biāo)時(shí)全面依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)嚴(yán)格把控融雪劑產(chǎn)品的質(zhì)量。

（2）融雪劑產(chǎn)品的生產(chǎn)單位應(yīng)將其主要成分、濃度配比、施撒量等內(nèi)容明顯標(biāo)于產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)。

（3）現(xiàn)行“環(huán)保型融雪劑”大多結(jié)合氯化鎂或者氯化鈣以及2種以上的氯鹽，并結(jié)合緩蝕劑，仍呈現(xiàn)出高濃度的氯離子含量。要不斷探究各種氯化物的差異化腐蝕性。以此為基礎(chǔ)，全面把握各種氯化物對(duì)混凝土和鋼筋帶來(lái)的腐蝕程度，指引使用者正確使用創(chuàng)新、危害較小的氯鹽融雪劑，以及合理選用種類，這些都是十分重要的。

3.6 使用環(huán)保型融雪劑

著眼當(dāng)下，環(huán)保型融雪劑的研制在國(guó)際范圍內(nèi)得到廣泛關(guān)注。比如，主料原料為氯化鈣等，輔助原料為亞硝酸鈉、硫酸鉀等混合型融雪劑的研制成功，能夠有效降低傳統(tǒng)融雪方法引發(fā)的環(huán)境污染等問(wèn)題，同時(shí)也能提升橋梁鋼筋結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性?；蛘逥GW 環(huán)保型除雪劑，能夠確保融雪除冰的高效性，同時(shí)不存在腐蝕危害。這一融雪除冰劑原料中，并不包含氯化物、硫酸鹽等腐蝕性成分。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，利用融雪劑除冰雪相較于機(jī)械除冰雪的方法具備更良好的效果，有利于保證防冰、融雪化冰的有效性，但如果出現(xiàn)使用不當(dāng)很可能對(duì)路面混凝土產(chǎn)生損害。實(shí)踐證明，以下措施能降低融雪劑除冰雪工作對(duì)路面混凝土的影響：

（1）以國(guó)家或地方制定的融雪劑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，融雪劑的生產(chǎn)廠家應(yīng)精準(zhǔn)把控質(zhì)量；

（2）在設(shè)定融雪劑使用量和使用濃度、藥劑溫度時(shí)，應(yīng)充分與氣溫、雪量等實(shí)際相結(jié)合，從而保障融雪效果，盡量降低融雪劑的使用量；

（3）規(guī)范管理融雪劑：嚴(yán)格監(jiān)管融雪劑產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品的生產(chǎn)單位應(yīng)當(dāng)附帶清晰的使用說(shuō)明書(shū)，進(jìn)而為使用者合理選用、正確使用融雪劑提供保障；

（4）科學(xué)、全面運(yùn)用研發(fā)成功的環(huán)保型融雪劑，進(jìn)而避免對(duì)路面混凝土產(chǎn)生過(guò)大破壞。