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(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100028）

我國大部分地區(qū)的公路、城市道路和機(jī)場道路等在冬季都會(huì)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(yán)重的經(jīng)濟(jì)和生命財(cái)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(jì)，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(jià)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(duì)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(duì)融雪劑金屬腐蝕的試驗(yàn)和判定主要是依據(jù)GB/T 23851—2017《融雪劑》中的檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)限值來進(jìn)行，該標(biāo)準(zhǔn)方法的要點(diǎn)包括：試驗(yàn)溶液不通氣，試樣全浸在試驗(yàn)溶液中；融雪劑試驗(yàn)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(yàn)檢驗(yàn)方法應(yīng)盡量符合氯鹽類融雪劑的實(shí)際使用狀態(tài)與條件，采用較低含量、通氣條件下進(jìn)行試驗(yàn)，更符合實(shí)際，其結(jié)果更具實(shí)際意義[4]。美國一些州在研究探索融雪劑腐蝕性試驗(yàn)、檢驗(yàn)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(shí)際，即符合撒化冰鹽對(duì)汽車部件的腐蝕影響，美國西北州聯(lián)合（PNS）制定了一個(gè)關(guān)于氯鹽類融雪劑腐蝕性試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)，具體試驗(yàn)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(yàn)達(dá)24 h。以上的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，考慮到汽車部件接觸融雪劑的實(shí)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(biāo)準(zhǔn)”，即用上述方法檢驗(yàn)，與氯化鈉作對(duì)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(yàn)，值得認(rèn)真分析、商榷與討論。

目前國內(nèi)針對(duì)融雪劑腐蝕性檢測的試驗(yàn)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(yàn)方法對(duì)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(duì)科學(xué)合理地檢驗(yàn)、評(píng)價(jià)氯鹽類融雪劑具有重要的意義。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要試驗(yàn)藥品、儀器

試驗(yàn)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(yàn)儀、CHZJ-800周期浸潤腐蝕試驗(yàn)箱。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 旋轉(zhuǎn)掛片法試驗(yàn)

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(yàn)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(yàn)儀進(jìn)行碳鋼腐蝕試驗(yàn)。

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(yàn)儀進(jìn)行碳鋼腐蝕試驗(yàn)。

1.2.2 周期浸潤試驗(yàn)

配制18%、10%、6%、2%的氯化鈉溶液參照標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2375—93《鐵路用耐候鋼周期浸潤腐蝕試驗(yàn)方法》，與旋轉(zhuǎn)掛片法設(shè)置相同的試驗(yàn)溫度、相同的試驗(yàn)時(shí)間和相同的評(píng)價(jià)指標(biāo)使用CHZJ-800周期浸潤腐蝕試驗(yàn)箱進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度分別設(shè)置為10、20、30、40℃，試驗(yàn)時(shí)間48 h，每一循環(huán)周期60 min，其中浸潤時(shí)間12 min，試驗(yàn)結(jié)果以mm/a表示的腐蝕速率R按公式（1）計(jì)算得出

式中：R為腐蝕速率，mm/a；M為試驗(yàn)前的試樣重量，g；Mt為試驗(yàn)后的試樣重量，g；S為試驗(yàn)試樣的總面積，cm2；T為試驗(yàn)時(shí)間，h；D為試驗(yàn)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(jìn)行上述試驗(yàn)。

2 結(jié)果討論與分析

2.1 氯化鈉腐蝕試驗(yàn)

18%、10%、6%、2%的氯化鈉溶液在不同溫度下2種試驗(yàn)方法的試驗(yàn)結(jié)果見表1，為更加直觀地分析2種試驗(yàn)方法碳鋼腐蝕率的變化規(guī)律，對(duì)表1部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

通過分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，對(duì)同一含量的氯化鈉溶液，2種試驗(yàn)方法的碳鋼腐蝕率隨溫度的升高都呈上升的趨勢(shì)，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(shí)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(shí)周期浸潤法的碳鋼腐蝕率是旋轉(zhuǎn)掛片法的3倍多，此時(shí)2種試驗(yàn)方法的試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)方法的碳鋼腐蝕率隨濃度的升高都呈下降的趨勢(shì)，說明2種試驗(yàn)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(shí)相同。在所有試驗(yàn)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(yàn)方法的試驗(yàn)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(duì)碳鋼試片的腐蝕更為嚴(yán)重。

圖2 不同含量氯化鈉溶液40℃時(shí)2種試驗(yàn)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(yàn)

氯化鈉與緩蝕劑配制的成品融雪劑溶液2種試驗(yàn)方法的試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)

通過比對(duì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)成品融雪劑配制的溶液進(jìn)行碳鋼腐蝕試驗(yàn)，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(biāo)準(zhǔn)DB11/T 161—2012《融雪劑》中的融雪劑技術(shù)指標(biāo)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(yàn)數(shù)據(jù)，周期浸潤法的試驗(yàn)結(jié)果均高于旋轉(zhuǎn)掛片法，因此在對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)做出適當(dāng)調(diào)整的前提下，2種方法都能對(duì)合格的融雪劑產(chǎn)品作出合理的鑒定和評(píng)價(jià)。

3 結(jié)論

根據(jù)本研究的試驗(yàn)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(yàn)方法的碳鋼腐蝕率隨溫度的升高都呈上升的趨勢(shì)，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(shí)周期浸潤法的碳鋼腐蝕率是旋轉(zhuǎn)掛片法的3倍多，此時(shí)2種試驗(yàn)方法的試驗(yàn)結(jié)果相差最大。

（2）周期浸潤法和旋轉(zhuǎn)掛片法2種試驗(yàn)方法的碳鋼腐蝕率隨濃度的升高都呈下降的趨勢(shì)，在所有試驗(yàn)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(yàn)方法的試驗(yàn)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(duì)碳鋼試片的腐蝕更為嚴(yán)重。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，周期浸潤法的試驗(yàn)結(jié)果均高于旋轉(zhuǎn)掛片法，因此在對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)作出適當(dāng)調(diào)整的前提下，2種方法都能對(duì)合格的融雪劑產(chǎn)品作出合理的鑒定和評(píng)價(jià)。