７８ ２００８年第４期 氯盐类融雪剂对建筑与环境的危害探讨 邱常义 （江西富达盐化有限公司 江西樟树３３１２００） 摘 要：本文对融雪剂类型进行介绍．通过氯盐类融雪剂对钢筋混凝土的腐蚀机理以 及对环境产生的危害进行探讨，提出科学使用氯盐类融雪剂的建议。 关键词：氯盐 融雪剂盐害建议 １ 前言 今年我国南方发生的罕见大面积冻雨灾害，冻雨 降落地面之后，迅速凝结，在路面上形成光滑的冰面。 这场南方冰雪灾害中．为保证交通系统畅通，南方各省 市无一例外使用融雪盐除冰化雪。据《楚天都市报》报 道，仅武汉一地就用了３０００吨的融雪盐，并造成盐库告 急，从外地紧急调运。冬季雪天造成交通困难，特别是 危及人身安全．处理不当或不及时，可影响城市、地区 乃至国家的经济发展，同时影响人民的正常生活，甚至 会造成局部“瘫痪”和大面积“事故”的发生。因此，及 时化冰融雪具有重大社会、经济和国防意义。 目前世界上通行的积雪清除手段主要有两种，物 理清除手段和化学清除手段。物理手段就是用机械铲 雪、扫雪车辆清雪和人工清雪等方式清雪，这种方法不 会对环境造成破坏。但是由于大面积降雪发生时没有 足够的机械设备，人工清雪效率又太低，所以物理除雪 手段受到很大的限制。化学手段就是使用融雪盐清雪 除冰。就当今世界状况看，到目前为止采用氯盐融雪 剂仍是主要的融雪化冰技术手段．氯盐融雪剂已经成 为突发性公共事件应急处理预案的储备物质。 氯盐融雪剂融雪化冰简单实用，但是这种化学手 段会对路面、桥梁等建筑设施造成严重的结构性破坏， 对土壤、水源等造成污染。 ２融雪剂 ２．１融雪剂的种类 融雪剂有许多种类，主要是非氯盐类和氯盐类。 非氯盐类融雪剂的成分可以是一些有机或无机盐、胺、 醇等，它们也可以使冰点降低，这也是人们一直寻找的 可以替代氯盐类的替代品，但价格昂贵，并未普遍使 用。氯盐类融雪剂组成中含有氯化钠、氯化钙、氯化 镁、氯化钾等氯盐。到目前为止，由于氯盐类融化冰雪 效果好、价格最便宜，多数国家使用氯盐类融雪剂仍是 主体（据悉，美国８０％的融雪剂是氯盐类）．使用最早、 用量最大的是氯化钠，它资源丰富．价格低廉，化冰雪 效果好。后来也使用氯化钙、氯化镁、氯化钾等。从融 雪融冰效能、速度、方便快捷到成本效益的比较．氯盐 类融雪盐仍是难以取代的。当然，各国主要还是在想 方设法研制新型融雪剂．从发展趋势上看是仍是两大 基本类别：一类是非氯盐（如铵盐、乙酸盐、醇类等）＋ 添加剂．但由于价格贵、融雪效果差等缺点而受到限 制。另一类是氯盐（钠、钙、镁盐等）＋添加剂，发展很 快，主要原因是资源丰富、价格便宜、融雪效果好。各 种添加剂分别具有阻锈、缓蚀、防滑等作用，用量为１— ３％，量虽少但作用大，添加剂及其适用量的选择具有 一定技术含量。 可见，无论是哪种类型的融雪剂，没有环保型与非 环保型之分，就目前来看，对环境都有一定的影响，并 且由于价格方面的因素，在我国普遍使用的是氯盐类 融雪剂，这也就自然地导致了因使用此类型融雪剂而 给环境带来了诸多方面的问题。 ２．２融雪剂融雪原理 融雪剂用来使冰雪快速融化或使新雪不能结冰 的，融雪原理非常简单。盐溶于水后，冰点多在零下， 如氯化钠溶于水后冰点在一１０＇１２，氯化钙在一２０＇１２左 右，这样冰雪可变成液体，易于清理或者直接流人排水 系统。融雪剂可以是各种化学品的混合物，其组成成 分减低冰点的效果各不相同。 ３氯盐类融雪剂的危害报导 在前段时间的抗雪救灾过程中，不少地方为了尽 快清除路面积雪，使用了大量工业盐等融雪剂，甚至动 用国家储备食用盐（氯化钠）用于除冰消雪。例如湖南 全省高速公路２天投人千吨工业盐除冰；武汉连日来 每天用于融雪防冻的工业盐消耗量都在５００吨左右；无 锡几天时间内先后在市区６２座公铁立交和重点桥梁 撒下了２３０多吨工业盐融雪剂，当地传媒称用于融雪的 工业盐储备丰富，并总结效果显著的“撒盐经验”…”・ 报纸上、电视里到处都是撒盐除冰这样的“各地抗灾救 灾的重要举措”新闻。， 随后“京珠高速公路乳源段融雪剂造成水体污 染”、“南京氯盐融雪剂导致植物泛黄枯萎，长江大桥千 疮百孔”等事件的发生，引起社会对抗击雨雪冰冻灾害 带来的次生环境污染的高度重视。面对工业盐在融雪 化冰中大量使用．以及不科学的使用方式造成的基础 设施的腐蚀与环境影响，人们对融雪剂产生了各种议 ２００８年ｌ２月 氯盐类融雪剂对建筑与环境的危害探讨 ７９ 论。 氯盐类融雪剂对基础设施的破坏的化学反应其实质是 根据国外各类报道显示，使用氯盐类融雪剂造成 对水泥的离子置换和对钢铁的电解溶蚀。 的腐蚀危害，已经成为了世界性问题。在北美设计寿 ４．１．１氯盐对混凝土的离子置换作用 命为５Ｏ年的道路混凝土面板、桥梁钢筋结构，一般在５ 混凝土主要成分是硅酸盐，其水化溶液中有ｃａ 一ｌ０年内就受到严重的腐蚀破坏，其中很大的原因是 （ＯＨ） 。在雪水中有很多溶蚀性的负离子ｃｌ一，将与水 化冰盐造成的。加拿大大面积使用“化冰盐”，基础设 泥中的Ｃａ（ＯＨ），起置换反应，生成物ＣａＣｌ２溶解度大于 施的腐蚀破坏特别突出。有报告说，全部修复被腐蚀 Ｃａ（ＯＨ） ，在水流作用下，ｃａ２ 溶出，使水泥的空隙率增 破坏的基础设施，整个费用要超过５０００亿美元！英国 大，强度降低，破坏了混凝土的结构。反应方程式如 也有受化冰盐危害的典型事例，如１９７２年，在２Ｏ公里 下： 长的高速公路段上建了１１座桥，因撒盐，几年后就出现 ２Ｃ１一十Ｃａ（ＯＨ）２一ＣａＣｌ２＋２０Ｈ一 混凝土顺钢筋开裂，１５年的修复费已是建桥费的１．６ ４．１．２氯盐对钢筋的腐蚀作用 倍，到２００４年，累计修复费达到建桥费的６倍。德国柏 氯盐渗透到混凝土中后，对混凝土的腐蚀主要是 林市有一座大型立交桥，由于使用氯盐融雪剂，不到 冻融破坏，但它最主要的破坏作用还是对钢筋的腐蚀。 ２Ｏ年，钢筋腐蚀破坏严重，不得不在其旁边重新建一座 当氯离子到达钢筋表面并超过临界值时，原来处于钝 新立交桥。位于北欧的丹麦，以哥本哈根地区为主，调 化状态的钢筋，就会活化、腐蚀。 查了１０２座桥，其中５０％有严重钢筋腐蚀破坏，其主导 ４．１．２．１降低酸碱度破坏钝化膜： 原因是使用了化冰盐。 氯离子是极强的去钝化剂。水泥水化的高碱性 这些国外使用氯盐类融雪剂的经验教训表明，使 （ＰＨ≥１２．６），使钢筋表面产生一层致密的钝化膜，其主 用氯盐类融雪剂的危害性和对经济的影响值得我们认 要成分是 ０３和Ｆｅ３ ｏ４，对钢筋有很强的保护作用。 真吸取。 最新研究表明，该钝化膜中包含有Ｓｉ一０键，对钢筋有 ４氯盐类融雪剂对建筑与环境的危害探讨 很强的保护能力。然而钝化膜只有在高碱性环境中才 氯盐类融雪剂在融化冰雪的同时，能够带来了巨 是稳定的，研究与实践表明，当ＰＨ＜１１．５时，钝化膜就 大负面危害，主要体现在其腐蚀性（对基础设施、桥梁、 开始不稳定，向活化态转化。ｃｒ随雨雪残液进入混凝 道路、停车场、地下管线汽车等），冻融破坏（对混凝土 土毛细孔或裂缝中并到达钢筋表面，ｃｌ一与ＯＨ一或溶 等）和环境污染（破坏植被、污染地下水等）。氯盐融雪 解氧在钝化膜表面竞争吸附，吸附的Ｃ１一并不停留在 化冰的环境问题主要指对道路设施、路边植物和车辆 吸附位置上，而是与钝化膜中的Ｆｅ３＋形成可溶性的化 的危害。 合物，ｃｌ一的局部酸化作用，使该处的ＰＨ值迅速降低到 ４．１对钢筋混凝土的腐蚀 ４以下，从而促进腐蚀，使钝化膜生成困难或已经生成 氯离子侵入混凝土的过程是一个复杂的物理化学 的钝化膜逐渐破坏。 过程。一般认为，在混凝土水处于饱和状态下，氯离子 ４．１．２．２ Ｃ１一的导电作用形成腐蚀电池 在混凝土的侵入过程是一个扩散过程，满足Ｆｉｃｋ第二 随雨雪残液进入混凝土的ｃｌ首先对钢筋局部 定律。但是实际上多数情况下不能保证混凝土处于水 （点）表面钝化膜进行破坏，使这些部位（点）露出了铁 饱和状态，特别在干湿交替的环境下，氯离子侵人混凝 基体，与尚完好的钝化膜区域之间构成电位差，铁基体 土土要以毛细管吸收作用和深层混凝土中离子扩散作 作为阳极而受腐蚀，大面积的钝化膜区作为阴极。由 用为主，混凝土截面上氯离子浓度分布见图１。 于ｃｌ的存在，强化了离子通路，降低了阴、阳极之间的 欧姆电阻，提高了腐蚀电池的效率，从而加速了电化学 腐蚀过程。氯盐中的阳离子（Ｎａ，＋Ｃａ２ 等），也能降低 阴、阳极之间的欧姆电阻。腐蚀电池作用的结果．钢筋 表面产生点蚀（坑蚀），由于大阴极（钝化膜区）对应于 小阳极（钝化膜破坏点），坑蚀发展十分迅速。这就是 ｃｌ一钢筋表面产生“坑蚀”为主的原因所在。 ４．Ｊ．２．３ ｃｒ的阳极去极化作用与重复腐蚀： 通常凡是能够起加速阳极反应速度作用的过程， 对漉区．＿令 扩敲区 眶高表面深度 称作阳极去极化作用。ＣＪ一正是发挥了阳极去极化作 用的功能。 田１罹凝土蕾面上氯离子浓度分布 阳极区铁原子离开晶格转变为表面吸附原子，然 后越过双电层放电转变为阳离子（Ｆｅ２ ），并释放电子， ８０ 这个过程称为阳极反应．其方程式： Ｆｅ一２ｅ—Ｆｅ２ 江西 化工 ２００８年第４期 距较小时，混凝土保护层因“层裂”而整体剥落。 ４．２对植物的危害 如果生成的Ｆｅ２ 不能及时般运走而积累于阳极表 氯盐类融雪剂融冰化雪后，氯盐在土壤中的积累， 引起土壤盐分过高。植物靠根系吸收土壤电解质溶液 中的水和营养，它和植物体内的溶液是一种相对稳定 平衡的关系，但是盐水进入土壤后破坏了这种平衡，植 面，则阳极反应就会因此而受阻。但是．随雨雪残液进 人混凝土毛细孔或裂缝中并到达钢筋表面的ｃｌ一与 Ｆｅ２ 相遇会生成ＦｅＣｌ２・４Ｈ ０（绿锈），绿锈从钢筋阳极向 含氧量较高的混凝土孔隙迁徙，分解为Ｆｅ（ＯＨ），（褐 物不但吸收不到土壤中的水，而且还会失水，引发“生 锈），褐锈沉积于阳极周围．同时放出Ｈ 和ｃＪ一，它们 又回到阳极区，使阳极区附近的孔隙液局部酸化．ｃ１一 再带出更多的Ｆｅ¨，从而加速阳极过程。反应方程式 虹 Ｆ： Ｆｅ２ ＋４Ｃ１一＋４Ｈ２０十Ｆｅ－－￣２ＦｅＣＩ２・４Ｈ２０ ＦｅＣＩ２・４Ｈ２０一Ｆｅ（ＯＨ）２＋２Ｈ ＋２Ｃ１一＋２Ｈ２０ Ｆｅ（ＯＨ）２被进一步氧化生成Ｆｅ（ＯＨ）３，Ｆｅ（ＯＨ）３脱 水后变成疏松、多孔、非共格的红锈Ｆｅ，０３；在少氧条件 下，Ｖｄ．ＯＨ）２氧化不很完全，部分形成黑锈Ｆｅ３ ｏ｜。反应 方程式如下： ４Ｆｅ（ＯＨ）２＋ｏ２＋２Ｈ２Ｏ－－－￣４Ｆｅ（ＯＨ）３ ２Ｆｅ（０Ｈ）３—３Ｆｅ２ ｏ３＋３Ｈ２０ ６Ｆｅ（ＯＨ）２＋ｏ２—２Ｆｅ３ｑ＋８Ｈ２０ 由此可见，ｃ１ 去极化、重复腐蚀和扩散的过程 申，其本身不构成腐蚀产物，只是起到了搬运作用，不 被消耗，但对腐蚀起了强烈的催化作用。也就是说，凡 是进入混凝土中的ｃｌ一，会周而复始地起破坏作用，这 正是氯盐危害的特点之一。 钢筋腐蚀后最终形成的铁锈使钢筋的强度大为降 低，同时锈蚀产物（ｍＦｅ３０４・ｎＦｅ２０３・ｒＨ，０）的体积会膨 胀２—６倍，图２给出了不同锈蚀产物的体积膨胀率。 使混凝土保护层顺钢筋开裂、脱落，导致结构承载力下 降或丧失。 ５ ０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ 图２不同锈蚀产物的体积膨胀率 由钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂，可以分为 两种情况：一种是保护层的胀裂破坏，另一种是隐藏在 构件内部，沿着钢筋层面方向的胀裂，称为“层裂”。工 程调查表明，梁柱构件通常在角区首先出现顺筋裂缝。 一般位置的钢筋当其间距较大时产生纵向开裂；在间 理干旱”，严重会致死。一般植物在土壤盐分超过０． ２％一０．５％时出现吸水困难，盐分高于０．４％时植物体 内水分容易外渗，生产速度显著下降，甚至导致植物死 亡。据最新测试结果显示，每立方米地下水的盐含量 超过２００毫克，就会对农作物生长和环境造成长达数年 的巨大危害。盐在土壤中降解的最长时间可达１５年， 不但现有的植物可能枯死，即使补种的植物存活也依 然艰难，必须进行大规模的深层换土。 ４．３对道路摩擦性的影响 道路摩擦性是一个安全问题，摩擦性差路面就滑， 会加大刹车距离而影响行使安全。摩擦性可用抗滑值 来定量描述，越大抗滑性越好，反之越差。道路路面是 根据雨天潮湿状态下具有安全性的抗滑值而设计的， 如果超过规定抗滑值程度（称为衰减率）１０ｏｋ，安全性 将受到较大影响。 一般化冰盐的残留物对路面抗滑值影响不大，但 是氯化钙这种氯盐有极强的吸水性，当空气湿度较大 时极易吸水，在路面形成氯化钙晶体、氯化钙水合物和 路面灰土的滑腻混合物，易造成路滑。 ５科学使用氯盐类融雪剂的建议 ５．１理性、科学、环保地使用氯盐类融雪剂 采用“以机械除雪为主、融雪剂融雪为辅”和“减少 地面积雪量，控制融雪剂使用量，妥善处理含盐积雪， 最大限度地减少对环境的影响”的作业方式进行除冰 化雪，慎重使用氯盐类融雪剂这把“双刃剑”。 ５．２大力提倡“以防为主”、主动采取防“盐害”技 术、管理措施 使用融雪盐是迫不得已，遂将战略重点转移到“强 化防范”上来。鉴于基础设施的安全与耐久性使用对 国民经济的重大影响，美国政府首先制定和颁布了“全 寿命经济分析法”（ｕｃＡ）。按照“全寿命经济分析法”， 在撒盐的条件下，要保证基础设施５Ｏ年、１００年的使用 寿命，必须采取“以防为主”的方针，在设计、施工阶段 采取防护措施。英国则对整个路桥系统和污水处理系 统进行规划，在冬季需要撒融雪盐的路桥旁铺设专用 管道，采取“汇集盐水”的方法，引流到污水处理厂。日 本环卫工人将含盐雪压成方砖似的块状，然后把这些 含盐雪运到污水处理厂或垃圾填埋场。 借鉴国外的这些措施，今后在道路桥梁等交通设 施施工时，应考虑融雪盐的腐蚀性，提前对钢筋进行防 ２００８年ｌ２月 氯盐类融雪剂对建筑与环境的危害探讨 ８１ 腐处理，也可以通过对现有设施进行补救性防腐处理 ５，４完善和制定融雪剂的生产标准和使用规定 在美国，政府颁布相应法律、法规，提出与“盐害” 作斗争。我国对融雪剂的生产、使用没有具体规范，在 来解决减轻氯盐的腐蚀和污染问题。 ５．３开发和推广新型环保融雪剂．尽量减少氯盐类 融雪剂的使用 科学家正致力于研究开发具有环保作用的融雪 南方省市基本空白。北京在２００２年制定了全国第一个 《融雪剂》（ＤＢ１ Ｊ／ＴＩ６ｌ一２００２）地方性标准，其中对ｌ７项 剂。俄罗斯莫斯科在１９９９年的冬天使用俄罗斯道路科 研所研制的新型融雪剂．这种融雪剂主要以尿素为基 础，添加硝酸钙、硝酸镁等成分，易溶于水．无腐蚀作 用，同时容易保存。经试用．３０ｇ的新型融雪剂足以使１ 平方米的地面冰雪融化。此融雪岩是氮肥和微量元素 质量技术指标做出了详细规定；在２００３年ｌＪ月又制定 了规范性文件《北京市融雪剂使用管理办法》，对融雪 剂的使用量有着严格的规定。 ６结束语 对氯盐类融雪剂的使用需要有正确的认识和科学 的态度，应着眼于长远利益。在理性、科学、环保的原 则下，最大限度地减少融雪剂对生态的破坏，科学抗 肥料的组合体，只要科学合理的使用，不但可以融冰化 雪，也可以给植物施肥。我国开发了以天然矿石、乙酸 为原料的新型无污染融雪盐，腐蚀性较低，毒性比氯盐 灾，避免“防天灾致人祸”的后遗症现象发生。 参考文献 类低，对钢铁的腐蚀率是氯盐类的１／５一Ｊ／１５，对混凝 土的腐蚀率是氯盐类的１／２０—１／４０，性能上达到替代 氯盐融雪剂的目的，但价格是氯化钠的１０倍。可以在 有机物如乙二醇及其衍生物上争取突破，研究出造价 低又环保的无氯盐类融雪剂 ［１］洪乃丰．混凝土中氯离子与钢筋腐蚀的几个相关问 题［Ｊ］．工业建筑．２００３，３３（１１）：３９—４２． ［２］王卫英，于志鹏．吕平，赵铁军．钢筋混凝土的腐蚀 与防护［Ｊ］．海岸工程，２００３．２２（２）：１０４—１０８． ［３］赵莹莹，化学融雪剂的环境影响探讨研究［Ｃ］．东北 师范大学硕士学位论文，２００６． 通过改良氯盐融雪剂，如加阻锈成分、与非氯盐型 混合使用等，有可能减少其腐蚀影响，这方面已有不少 研究。 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｄｉｓａｓｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ Ｄｅｉｃｉｎｇ Ｓａｌｔ ｏｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｑｉｕ Ｃｈａｎｇ・・ｙｉ （Ｊｉａｎｇｘｉ Ｆｕｄａ ｓａｌｔ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｚｈａｎｇｓｈｕ，Ｊｉａｎｇｘｉ ３３１２００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｎｏｗ—ｍｅｌｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ：Ｉｔ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｃｈｌｏｒｉｄｅ—ｉｎ— ｄｕｅｅｄ ｔｏ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓａｓｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｉｃｉｎｇ ｓａｌｔ ｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ａｎｄ ｉｔ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓａｌ ｏｎ ｔｈｅ ｓｃｉｅｎｔｉｉｃ ｆＵＳｅ：ｏｆ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｄｅｉｃｉｎｇ ｓａｌｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｈｌｏｒｉｄｅ Ｓａｌｔ ｔｈｅ Ｓｎｏｗ—ｍｅｌｔｉｎｇ Ａｇｅｎｔ Ｄｉｓａｓｔｅｒ ｏｆ Ｓａｌｔ Ｐｒｏｐｏｓａｌ