关于环保型除冰雪液的探讨

杨 勇,李纪东

(1.黑龙江省龙建路桥股份有限公司;2.哈同公路管理处)

0 引 言

在我国的东北地区地处北温带,不仅冬季气候寒冷,降雪较多,而且降雪期长,近几年的气温骤冷骤热交替频繁,路面雪后结冰,冰上降雪,严重影响汽车安全行驶,增加能源消耗,造成交通阻塞,增加交通事故的发生率,给交通带来诸多的不便。安全是公路运输工作永恒的主题,为了保证冬季行车安全,提高运力,增加运输效益,我们必须具备防冰除雪的有效手段。

1 目前国内外普遍采用且较有效的除雪方式主要是机械除雪和化学融雪

机械除雪具有机动灵活、速度快、不受气温限制、适用范围广等特点,但存在除净率差、易损坏路面等不足。

化学除雪法可弥补机械除雪的不足,是一种有效的防冰、融雪化冰手段,其原理主要是利用融雪作用的物质降低水份的结冰温度,在降雪过程中融化新雪,防止积雪结冰。由于除雪剂的冰点较低,直接洒在路面的冰雪上,可以使冰冻的冰层积雪消冻成水。

2 作为路面除冰雪剂已使用过的有氯化钠、氯化钙、氯化镁、尿素、钙镁乙酸盐复合剂(CMA)、乙烯二醇等,这些药剂的性质及使用情况如下

2.1 氯化钠

粒状,其融点在 -22℃,适用低于-10℃融冰效果降低的环境,潮解性小,速效性不高,持续性好,对道路、金属腐蚀性大,目前是道路中最常用的融雪剂。

2.2 氯化钙

粒状,也有薄片状,其融点在 -54℃,适用于 -20℃左右的环境,潮解性比氯化钠大,可在气温偏低地区使用,速效性高。单独使用不多,一般与氯化钠混合使用,对金属、路面的腐蚀性稍高,但是除冰效果高,价格也偏高。

2.3 氯化镁

粒状,其融点在 -32℃,适用 -10℃左右低于 -10℃易出现再结冰,潮解性大,速效性比氯化钠高,但低温下易出现再结冰。单独应用不多,一般与氯化钠、氯化钙混合使用。对金属、路面的腐蚀性略高,除冰雪效果低,价格稍高。

2.4 钙镁乙酸盐复合剂

粒状,其融点在 -12℃,适用 -9℃环境使用。溶解性大,速效性低,其融点高,在气温偏低地区使用效果不好,有臭味。目前,没有得到广泛应用,对金属、路面的腐蚀性低,除冰雪效果低,价格偏高。

2.5 尿素

微粒状,其融点在 -12℃,适用 -10℃环境。溶解性小,共融点高,速效性不高,不适于气温偏低地区。价格高,多用于机场及部分钢桥。

2.6 乙烯二醇

液体,其融点在 -40℃,适用 -15℃环境使用。速效性高,使路面发滑,在低温下随药剂被雪水稀释后,易出现反结冰。价格高,目前多用于机场。

从以上物质的特点看出,除冰雪效果较好、适用范围广、价格较经济是氯化钠或氯盐混合物,但它们都对金属、路面有严重腐蚀性。因此,目前一些国家已明文禁止使用氯盐除雪。钙镁乙醇盐复合物的腐蚀性很小,且易生物降解,不污染环境,但其凝固点、价格偏高,限制了其应用前景。

尿素虽腐蚀性小,但其排入自然界后,会导致水质富营养化,藻类繁殖过快,破坏生态环境,且适用于温度范围太小,只在-10℃。乙烯二醇具有凝固点低,对金属、路面腐蚀性小的优点,但其生物耗氧量大,对环境有不良影响,且其价格较高,它的使用正逐渐受到限制。

3 环保型除冰雪液的特点

为了解决上述除冰雪剂存在的问题,我们研制出一种环保型道路除冰雪剂。该道路除冰雪剂是棕色略带粘稠液体,它的主要成份为有机成份蛋白质、乳酸类极易生物降解物质,在有氧条件下,可大量分解,对环境无可见污染。且该除冰雪剂对金属、路面腐蚀性极小。经过大量的对金属腐蚀性试验得出,该除冰雪剂对钢铁的腐蚀速率为0.032mg/cm2◦d,可比氯盐对金属的腐蚀性降低十倍,这是由于道路除冰雪剂含有有机活性物质,可有效抑制无机盐对金属材料及路面腐蚀,从而大大减轻对车辆、桥梁、路面的有害影响。

该道路除冰雪剂冰点很低,可达 -55℃,即使在很恶劣的气候条件下也能有效融冰雪。融冰能力强,在 -20℃每克除冰雪液可融冰 0.9 g,其除冰效果达到国外同类产品水平(在-20℃国外同类除冰液每克可融冰 0.87 g)。

4 环保型除冰雪液的使用

该除冰雪液为略带粘稠的液体,相对粘度为 4.3 pa◦s,使用方便,便于喷洒。喷洒设备可采用现有洒水车改装,也可用洗车喷枪进行喷洒,这二种方式均可使该液体以雾状喷出。

除冰雪液虽然具有腐蚀性、污染性很小的特点,可以任意使用,但为了达到在及时有效除雪同时,节约除雪费用,还是应该科学使用。具体使用方法如下。

4.1 雪前喷洒

雪前施用除雪剂可以防止雪降落后结冰于路面,是近几年除雪方法中的新兴养护技术,即防冰方法。其最大优点是可成倍地节省除冰雪剂的用量,加快除雪速度,减少交通阻塞。该除冰雪液的出现,使这一技术更有发挥的空间。因为该除冰雪液具有一定的粘度,喷洒于路面后便粘结在路面上,不易挥发或被风和车辆带走,所以撒布的时间,主要根据气象条件(降雪、风速、气温)来确定。一般在一开始下雪时就撒布,或估计在路面出现冻结之前 1～2 h撒布。所撒布的剂量根据降雪情况、路面温度来定,路面温度 -5～150℃,施用量一般 30～50 g/m2;温度 -150℃以下,施用剂量可适当增加;雪厚在 5mm左右时,可立刻融化;雪量大时,可防止雪与地面粘结或接触的雪结冰,便于机械清除。

4.2 雪后喷洒

雪后施用除雪剂,这是传统的方法,也是常用的方法。在相同的降雪厚度、温度下,雪在公路上的形态不同,除雪剂对雪的融雪能力不同,施用的剂量也不同。通过试验我们知道,趁雪的密度在尽可能小的情况下,即在雪停后,立即喷撒除雪剂效果最好,可避免浪费。针对路面冰雪的厚度、路面温度可采用不同施用剂量,见表 1。

表 1 道路防滑除冰液使用参考剂量

5 除冰雪液的使用范围及特点

东三省属于寒温带大陆性气候,冬季降雪期长,温度变化异常,降雪后,积雪形态各异,机械设备对 5 cm以下的压实雪、1 cm以下的冰层以及车辙内的冰雪很难清除干净,使用该除冰雪液却能有效地融化这些冰雪,且对环境污染及对道路腐蚀性较小,克服了以往除冰盐的缺点。

5.1 该除冰雪液可用来防冰

该除冰雪液的冰点最低可达 -550℃,雪前预先喷洒除冰液,可防止雪与路面的粘结及雪在路面上冻结成冰。在-350℃下都可使用它进行防冰,它可以满足我国北方整个冬季的养护需要。

5.2 该除冰雪液对除去薄层冰雪及冰雪混合物特别有效

5 cm以下的压实雪或者冰雪混合物,机械除雪很难将其清除,通过喷洒除冰液可有效地将其融化。

5.3 该除冰雪液能迅速而有效地除去冰上盖雪的特殊冰雪路面

由于昼夜温差的变化,雪在白天融化后夜间结冰,薄冰上又覆盖一层小雪,对行车极为不利,最易发生交通事故。这种情况用机械除雪方法难以解决,而用该除冰雪液却能迅速而有效地除去冰上盖雪的特殊冰雪路面,解决行车难的问题。

5.4 该除冰雪液可融化机械除雪后剩余且清除难度较大的顽固雪块和冰块

无论是人工除雪还是机械除雪都很难将雪完全除净,而车辙内的冰雪机械根本无法清除,肯定要有些残冰剩雪粘附在路面上,给行车安全带来隐患。这种情况下,也可以使用该除冰液。

如果雪厚超过 5mm,冰厚超过 10mm,使用该除冰雪液在经济上和除雪效果上都不太理想。这时可先用除雪机械将较厚的冰雪刮走一部分或大部分,然后喷洒除冰液,达到即喷即化,防滑防冰的作用 。

6 使用中应注意的问题

(1)使用本防滑除冰雪液请勿稀释;若雪前使用,预撒后,如果降雪量随着时间逐渐加大,除冰雪液明显被稀释,此时须进行二次喷撒,以防止路面出现结冰现象。

(2)如在下雪的同时喷洒本品,除冰、雪效果较差,甚至失去作用,所以使用本品应在雪前或雪后。

(3)若积雪超过50mm,冰厚超过10mm,不宜直接使用该产品。

(4)本防滑除冰雪液可加热使用,效果更佳(尤其对冰)。

(5)本品性能稳定,不易变质,便于长期保存;可用集装箱或运输罐运输,也可采用桶装。

7 效益分析

本项目研制的除冰雪液为 600元/t左右,价格低于国外同类产品,与盐(400 t)相比略高。但由于该产品对环境无污染,且对车辆、道路及其附属设施腐蚀性极小,仅为盐的十分之一,可以大大地减少相应的损失,所以总的来说经济效益十分可观。可见,采用雪前喷洒的方法,用除冰雪液的成本仅是撒盐的 62%左右,即使雪后用除冰雪液,其成本也仅比盐高 24%,且不计用盐腐蚀道路、车辆及污染环境所带来的巨大损失。

总之,该道路防滑除冰雪液具有工业规模制备时成本低、无腐蚀性、环境上可接受、且可通过现有的装置易于喷洒等特点,是一种较理想的路用环保型除冰雪剂,它可广泛用于高速公路、城市道路的防冰、除冰、除雪。