李 盼 孫鉑煊 任一博

（河南交院工程技術集團有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

隨著國家經(jīng)濟實力的提升，橋梁建設得到了極大的發(fā)展，橋梁在道路運輸、市政交通中發(fā)揮著不可或缺的作用。我國橋梁修建中常采用水泥混凝土結構，因其原材料成本低、力學強度高、施工易操作等優(yōu)點被廣泛應用。我國北方冬季降雪天氣較多，積雪結冰后路面濕滑，影響交通運行甚至造成交通事故。融雪劑已成為主要的除雪方式，但融雪劑除雪是一把“雙刃劍”，它既能快速融化冰雪保障行車安全，也會對橋梁路面結構造成嚴重破壞［1］。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在融雪劑使用2 年后橋面就會出現(xiàn)明顯的鹽凍剝蝕破壞現(xiàn)象，從而影響橋梁使用的耐久性，縮短使用壽命并造成較大經(jīng)濟損失。因此，探究融雪劑在不同條件下所發(fā)揮的性能，科學合理使用融雪劑顯得尤為重要。

1 融雪劑的使用原理

路面除雪中常用的有氯鹽類的無機融雪劑和非氯鹽類的有機融雪劑兩種［2］。氯鹽類融雪劑包括氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂等，非氯鹽類融雪劑主要有醋酸鈉、醋酸鈣、醋酸鎂，其原理是降低水的冰點和鹽水的凝固點來實現(xiàn)融雪效果。同時融雪劑溶解吸熱，使鹽水凝固點進一步降低，導致融化的冰雪難以再結冰，更有利于對雪的清理［3］。

本研究選取氯化鈉、氯化鈣、醋酸鈉3 種典型融雪劑，探究在不同時長、不同壓強、不同質量分數(shù)、不同溫度、不同狀態(tài)條件下融雪劑的使用對融雪化冰效果的影響。在試驗數(shù)據(jù)及分析結果基礎上，為融雪劑的科學合理使用提供依據(jù)［4］。

2 不同時長條件下的融雪化冰試驗

按照《融雪劑》（GT∕T 23851—2017）中的規(guī)定，分別測定氯化鈉、氯化鈣、醋酸鈉溶液的相對融雪化冰能力。分別移取25.00 mL 氯化鈉、氯化鈣、醋酸鈉溶液（質量分數(shù)均為18.0%），于3 個50 mL 燒杯中，置于-10 ℃±1 ℃的低溫恒溫箱中，3 h 后備用。從低溫恒溫箱中取出帶有冰塊的燒杯，擦干外壁上的水和冰，室溫下迅速稱重，精確至0.1 g［5］。將低溫恒溫箱中的氯化鈉、氯化鈣、醋酸鈉試驗溶液分別取出，迅速倒入盛有冰塊的燒杯中，然后放回-10 ℃±1 ℃的低溫恒溫箱中，0.5 h 后取出，立即傾倒其中液體，室溫下迅速稱重燒杯和剩余冰塊質量，各平行測定兩次。

同時，平行制備另外2組試驗溶液，分別于1 h、2 h 后取出，立即傾倒其中液體，室溫下迅速稱重燒杯和剩余冰塊質量，各平行測定兩次，測定結果見表1，融冰量和相對融冰能力見表2和圖1、圖2。

圖1 不同時間的融冰量

圖2 不同時間的相對融冰能力

表1 相對融雪化冰能力試驗結果單位：mL

表2 融冰量和相對融冰能力計算

融雪劑的相對融雪化冰能力以ω按式（1）計算。

式中：m0為未加入融雪劑試驗溶液的燒杯和冰塊的質量，g；m1為倒出融雪劑試驗溶液與融化的冰后燒杯和剩余冰塊的質量，g；m'0為未加入氯化鈉溶液的燒杯和冰塊的質量，g；m'1為倒出氯化鈉溶液與融化的冰后燒杯和剩余冰塊的質量，g。取平行測定結果的算術平均值為測定結果，兩次平行測定結果的絕對差值不大于5%。

由圖1 可知，氯化鈉、氯化鈣、醋酸鈉溶液前0.5 h 融冰速度最快，基本呈線性；0.5～1.0 h 融冰速度有所下降，曲線較為平緩；1.0～2.0 h 融冰量速度最小，曲線已接近水平線。三種溶液前0.5 h 融冰量占前2 h 總融冰量的比例分別為61.7%、63.4%、69.2%，均在60%以上，可見融雪劑的融雪效果主要集中在前0.5 h。由圖2 可知，相對融冰能力排序如下：醋酸鈉>氯化鈉>氯化鈣；3種溶液在0.5 h、1 h、2h 相對融冰能力基本穩(wěn)定，從側面也反映出隨著時間的推移，融雪劑的融雪冰化能力變化基本一致。

3 車輛荷載模擬狀態(tài)下的融雪化冰試驗

依據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）4.3 條關于車輛荷載規(guī)定，選取后軸進行模擬測試，單個后軸重力標準值為140 kN∕2=70 kN，著地寬度及長度分別為0.6 m、0.2 m，計算得到標準壓強為583 MPa?？紤]到車輛荷載的縱橫向折減，本研究選取300 MPa、500 MPa 進行模擬試驗。

試樣制備與大氣壓下的融雪化冰試驗相同，不同的是在低溫恒溫箱安裝專門的壓力設備，將低溫恒溫箱中的氯化鈉、氯化鈣、醋酸鈉試驗溶液取出，倒入盛有冰塊的燒杯，并放回-10 ℃±1 ℃的低溫恒溫箱后，分別加載300 MPa、500 MPa 的模擬壓強，使冰塊在此壓力下進行融雪化冰，0.5 h后取出并傾倒液體，室溫下迅速稱重燒杯和剩余冰塊質量，各平行測定兩次，測定結果見表3，融冰量和相對融冰能力見表4和圖3、圖4。

圖3 不同壓強下融冰量

圖4 不同壓強下相對融冰能力

表3 相對融雪化冰能力試驗結果單位：mL

表4 融冰量和相對融冰能力計算

由圖3 可知，隨著壓強的增大，氯化鈉、氯化鈣、醋酸鈉溶液融冰量均有明顯增加，尤其醋酸鈉效果最為明顯，基本呈現(xiàn)指數(shù)增加；氯化鈉、氯化鈣增加速度趨于平緩。由圖4 可知，隨著壓強的增大，相對融冰能力排序依然為：醋酸鈉>氯化鈉>氯化鈣；在300 MPa 時，3 種溶液的相對融冰能力比大氣壓強度下相對穩(wěn)定；在500 MPa 時，氯化鈣的相對融冰能力逐漸出現(xiàn)下降趨勢，而醋酸鈉的相對融冰能力仍出現(xiàn)增長勢頭。該試驗結果從側面也印證了當壓強增大時，水的凝固點隨之降低，此時融化的水難以再結冰，更有利于融雪化冰［6］。

4 不同質量分數(shù)條件下的融冰能力試驗

《融雪劑》（GT∕T 23851—2017）中的試驗溶液質量分數(shù)為18%，為了探究不同質量分數(shù)對融雪劑融雪化冰能力的影響，本研究同步制備質量分數(shù)為35%、50%的兩組試樣進行平行試驗。

分別將不同質量分數(shù)的氯化鈉、氯化鈣、醋酸鈉試驗溶液倒入盛有冰塊的燒杯，放入-10 ℃±1 ℃的低溫恒溫箱，0.5 h 后取出并傾倒液體，室溫下迅速稱重燒杯和剩余冰塊質量，各平行測定兩次，測定結果見表5，融冰量和相對融冰能力見表6和圖5、圖6。

圖5 不同質量分數(shù)下融冰量

圖6 不同質量分數(shù)下相對融冰能力

表5 相對融雪化冰能力試驗結果單位：mL

表6 融冰量和相對融冰能力計算

由圖5 可知，隨著溶液質量分數(shù)的增大，氯化鈉、氯化鈣、醋酸鈉溶液融冰量均有明顯增加，18%～35%階段增加量較大，基本呈現(xiàn)線性變化；35%～50%階段增加量趨向平緩。由圖6可知，三種溶液的相對融冰能力基本平穩(wěn)［7］。由此可推出融雪劑的融雪化冰能力并非隨著質量分數(shù)增大一直線性增大，達到一定質量分數(shù)后，增大效果不再明顯，同時考慮到隨著質量分數(shù)增大，氯鹽類融雪劑中氯離子對混凝土鹽蝕作用增強及過量使用不經(jīng)濟［8］，可將融雪劑的質量分數(shù)設定為某一范圍，建議質量分數(shù)范圍不超過25%～35%，經(jīng)濟與效果性相對最佳。

5 不同溫度條件下的融雪化冰試驗

《融雪劑》（GT∕T 23851—2017）中規(guī)定的試驗溫度為-10 ℃±1 ℃，而實際路面上融雪化冰的溫度隨著一天的溫度而動態(tài)變化，因此在-10 ℃下較難反映出其他溫度條件下的融雪化冰能力，不具有完全代表性［5］。本研究在《融雪劑》（GT∕T 23851—2017）規(guī)范基礎上，分別選取-5 ℃±1 ℃、-15 ℃±1 ℃試驗溫度條件，進行平行試驗。

試樣制備與大氣壓下的融雪化冰試驗相同，不同的是在將低溫恒溫箱中的氯化鈉、氯化鈣、醋酸鈉試驗溶液取出，倒入盛有冰塊的燒杯后，分別放入-5 ℃±1 ℃、-15 ℃±1 ℃的低溫恒溫箱，0.5 h 后取出并傾倒液體，室溫下迅速稱重燒杯和剩余冰塊質量，各平行測定兩次，測定結果見表7，融冰量和相對融冰能力見表8和圖7、圖8。

圖7 不同溫度下融冰量

圖8 不同溫度下相對融冰能力

表7 相對融雪化冰能力試驗結果單位：mL

表8 融冰量和相對融冰能力計算

由圖7 可知，隨著溫度的升高，氯化鈉、氯化鈣、醋酸鈉溶液融冰量均有所增加，變化趨勢較一致。這是由于隨著融雪化冰的進行，水變成鹽水后凝固點、醋酸鈉凝固點降低較明顯［9］，此時外部溫度越高，與溶液凝固點溫差越大越易融化，融雪化冰能力越強。由圖8可知，醋酸鈉、氯化鈣在-15 ℃時相對融冰能力相較-5 ℃、-10 ℃僅高出50%，這不是因為醋酸鈉、氯化鈣的真實相對融冰能力提高，而是由于氯化鈉在-15 ℃時融冰量降低。有試驗表明，氯化鈉溶于水后冰點在-10 ℃，氯化鈣在-20 ℃左右，醋酸類可達-30 ℃左右，由此得出氯化鈉不適合作為-10 ℃以下溫度相對融雪性能試驗的參比溶液［5］。

6 結論

根據(jù)試驗結果，可得出以下結論。

①在撒布融雪劑的前0.5 h，融雪速度最快，效果最佳，隨著時間的推移，融雪速度減緩。在橋梁路面上撒布融雪劑除雪時，應至少提前車輛高峰期0.5 h進行撒布。

②在車輛繁忙、重載車輛較多車道撒布融雪劑，壓強增大配合融雪劑效果可使路面冰雪更易融化，效果更好。

③選擇合理的融雪劑溶度，不僅能有效進行除雪，還能夠減少過量氯鹽類融雪劑中氯離子對混凝土的鹽蝕作用，更加經(jīng)濟。

④溫度對融雪劑的影響至關重要，在較高的外部溫度下撒布融雪劑，效果更佳。也正是利用這一點，較多城市選擇在道路上輔助撒布炭渣、粗砂、樹枝渣等物質來防滑，同時利用這些渣類物質的深色吸收太陽的熱量，以增加地面溫度來融雪［10］。