2种方法对融雪剂碳钢腐蚀率测试结果的影响分析

毕崇涛，马 媛，刘 媛，刘欣艳，张 旭

（北京市城市管理研究院 生活垃圾检测分析与评价北京市重点实验室，北京 100028）

我国大部分地区的公路、城市道路和机场道路等在冬季都会受到冰雪影响。道路的积雪结冰不仅导致交通中断，还容易引发交通事故，带来严重的经济和生命财产损失。目前，全世界范围内采用最多的融雪除冰方式是撒布融雪剂。据不完全统计，全球每年大约使用3 000万t融雪剂[1]。氯盐类融雪剂因其融雪效果好、价格便宜，一直被广泛地应用于道路的除雪化冰。但氯盐型融雪剂易造成金属腐蚀，最容易被破坏的是桥梁中的钢筋，氯盐类融雪剂对基础设施的腐蚀危害，已经成为世界性问题[2]。

目前国内对融雪剂金属腐蚀的试验和判定主要是依据GB/T 23851—2017《融雪剂》中的检测方法和标准限值来进行，该标准方法的要点包括：试验溶液不通气，试样全浸在试验溶液中；融雪剂试验溶液含量为18%。研究发现含量为18%的融雪剂溶液腐蚀速率比3%的融雪剂溶液小很多[3]。另外，氯盐类融雪剂的喷洒、使用过程是充分与空气（O2）接触的，是通气状态，而不是“全浸”状态。试验检验方法应尽量符合氯盐类融雪剂的实际使用状态与条件，采用较低含量、通气条件下进行试验，更符合实际，其结果更具实际意义[4]。美国一些州在研究探索融雪剂腐蚀性试验、检验方法的过程中发现，采取不同的方法可能获得不同或相反的结果。为了更切合实际，即符合撒化冰盐对汽车部件的腐蚀影响，美国西北州联合（PNS）制定了一个关于氯盐类融雪剂腐蚀性试验方法和标准，具体试验过程如下：①采用3%的试样溶液；②采用“干湿循环”的原则。钢试片在水中浸泡10 min、空气中停放50 min，共循环试验达24 h。以上的试验设计，考虑到汽车部件接触融雪剂的实际情况，在氯盐含量、接触空气等方面，不脱离腐蚀原理。为控制氯盐的腐蚀，PNS还制定出“判定标准”，即用上述方法检验，与氯化钠作对比，其腐蚀性是氯化钠的30%以下为合格。洪乃丰[5]提出GB/T 18175—2014《水处理剂缓蚀性能的测定 旋转挂片法》，是否可用于融雪剂的腐蚀性检验，值得认真分析、商榷与讨论。

目前国内针对融雪剂腐蚀性检测的试验方法主要集中在旋转挂片法和周期浸润法，本研究基于以上2种试验方法对氯盐类融雪剂碳钢腐蚀性检测的适用性开展相关研究，研究结果对科学合理地检验、评价氯盐类融雪剂具有重要的意义。

1 试验部分

1.1 主要试验药品、仪器

试验药品：氯化钠（分析纯）、20#碳钢试片、2种市场在售缓蚀剂：缓蚀剂A、缓蚀剂B。

仪器设备：RCC-Ⅲ型旋转挂片腐蚀试验仪、CHZJ-800周期浸润腐蚀试验箱。

1.2 实验过程

1.2.1 旋转挂片法试验

参照DB11/T 161—2012《融雪剂》和GB/T 18175—2014《水处理剂缓蚀性能的测定 旋转挂片法》配制18%、10%、6%、2%的氯化钠溶液，将试验温度分别设置为10、20、30、40℃，使用RCC-Ⅲ型旋转挂片腐蚀试验仪进行碳钢腐蚀试验。

缓蚀剂A、缓蚀剂B分别按照1.0%、0.46%的质量百分比与氯化钠混合配制成2种成品融雪剂，将2种成品融雪剂分别配制成含量18%的融雪剂溶液，按照DB11/T 161—2012《融雪剂》和GB/T 18175—2014《水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》，使用RCC-Ⅲ型旋转挂片腐蚀试验仪进行碳钢腐蚀试验。

1.2.2 周期浸润试验

配制18%、10%、6%、2%的氯化钠溶液参照标准TB/T 2375—93《铁路用耐候钢周期浸润腐蚀试验方法》，与旋转挂片法设置相同的试验温度、相同的试验时间和相同的评价指标使用CHZJ-800周期浸润腐蚀试验箱进行试验。试验温度分别设置为10、20、30、40℃，试验时间48 h，每一循环周期60 min，其中浸润时间12 min，试验结果以mm/a表示的腐蚀速率R按公式（1）计算得出

式中：R为腐蚀速率，mm/a；M为试验前的试样重量，g；Mt为试验后的试样重量，g；S为试验试样的总面积，cm2；T为试验时间，h；D为试验材料的密度，kg/m3；M0为浸泡后试样重量，g；Mk为空白损失量，g；8.76×107为换算系数。

缓蚀剂A、缓蚀剂B分别按照1.0%、0.46%的质量百分比与氯化钠混合配制成2种成品融雪剂，将2种成品融雪剂分别配制成含量18%的融雪剂溶液，在40℃的温度条件下进行上述试验。

2 结果讨论与分析

2.1 氯化钠腐蚀试验

18%、10%、6%、2%的氯化钠溶液在不同温度下2种试验方法的试验结果见表1，为更加直观地分析2种试验方法碳钢腐蚀率的变化规律，对表1部分试验数据进行作图分析，具体如图1和图2所示。

表1 周期浸润法和旋转挂片法试验数据对比

通过分析试验数据发现，对同一含量的氯化钠溶液，2种试验方法的碳钢腐蚀率随温度的升高都呈上升的趋势，由图1可知，随着温度的升高，18%的氯化钠溶液周期浸润法碳钢腐蚀率从0.60 mm/a升至1.38 mm/a，旋转挂片法碳钢腐蚀率从0.26 mm/a升至0.41 mm/a，在30℃和40℃时周期浸润法的腐蚀率分别为1.31 mm/a、1.38 mm/a，旋转挂片法的腐蚀率分别为0.40 mm/a、0.41 mm/a，即18%的氯化钠溶液在30℃和40℃时周期浸润法的碳钢腐蚀率是旋转挂片法的3倍多，此时2种试验方法的试验结果相差最大。同样地，10%的氯化钠溶液周期浸润法碳钢腐蚀率从0.79 mm/a升至1.91 mm/a，旋转挂片法碳钢腐蚀率从0.46 mm/a升至0.78 mm/a；6%的氯化钠溶液周期浸润法碳钢腐蚀率从0.92 mm/a升至2.49 mm/a，旋转挂片法碳钢腐蚀率从0.52 mm/a升至1.07 mm/a；2%的氯化钠溶液周期浸润法碳钢腐蚀率从1.03 mm/a升至2.62 mm/a，旋转挂片法碳钢腐蚀率从0.61 mm/a升至1.38 mm/a，即10%、6%、2%的氯化钠溶液的碳钢腐蚀率均随温度升高变化明显。

图1 含量18%氯化钠溶液不同温度下2种试验方法碳钢腐蚀率比较

由图2可知，在40℃的温度条件下，2种试验方法的碳钢腐蚀率随浓度的升高都呈下降的趋势，说明2种试验方法测得的氯化钠溶液碳钢腐蚀规律完全一致。在30、20、10℃温度条件下的碳钢腐蚀规律与40℃时相同。在所有试验结果里，周期浸润法的碳钢腐蚀率最大值为2.62 mm/a，最小值为0.60 mm/a，旋转挂片法的碳钢腐蚀率最大值为1.38 mm/a，最小值为0.26 mm/a，说明周期浸润试验方法的试验环境更为复杂，同样含量的溶液在相同的温度条件下对碳钢试片的腐蚀更为严重。

图2 不同含量氯化钠溶液40℃时2种试验方法碳钢腐蚀率比较

2.2 氯化钠与缓蚀剂配制的成品融雪剂腐蚀试验

氯化钠与缓蚀剂配制的成品融雪剂溶液2种试验方法的试验结果见表2。

表2 成品融雪剂溶液周期浸润法和旋转挂片法试验数据比对

通过比对发现，对成品融雪剂配制的溶液进行碳钢腐蚀试验，周期浸润法的碳钢腐蚀率略高于旋转挂片法，用缓蚀剂A配制的成品融雪剂，周期浸润法和旋转挂片法碳钢腐蚀率分别为0.09 mm/a、0.05 mm/a，用缓蚀剂B配制的成品融雪剂，周期浸润法和旋转挂片法碳钢腐蚀率分别为0.06 mm/a、0.04 mm/a。北京市地方标准DB11/T 161—2012《融雪剂》中的融雪剂技术指标规定碳钢腐蚀率小于等于0.11 mm/a即为“合格”，依此判断，用缓蚀剂A和缓蚀剂B配制的2种成品融雪剂都为合格产品。

根据本研究的试验数据，周期浸润法的试验结果均高于旋转挂片法，因此在对评价标准做出适当调整的前提下，2种方法都能对合格的融雪剂产品作出合理的鉴定和评价。

3 结论

根据本研究的试验结果，获得的结论如下。

（1）周期浸润法和旋转挂片法2种试验方法的碳钢腐蚀率随温度的升高都呈上升的趋势，但随温度升高，周期浸润法测得的碳钢腐蚀率数值增大更加明显，18%的氯化钠溶液在30℃和40℃时周期浸润法的碳钢腐蚀率是旋转挂片法的3倍多，此时2种试验方法的试验结果相差最大。

（2）周期浸润法和旋转挂片法2种试验方法的碳钢腐蚀率随浓度的升高都呈下降的趋势，在所有试验结果里，周期浸润法的碳钢腐蚀率最大值为2.62 mm/a，旋转挂片法的碳钢腐蚀率最大值为1.38 mm/a，说明周期浸润试验方法的试验环境更为复杂，同样含量的溶液在相同的温度条件下对碳钢试片的腐蚀更为严重。

（3）实验结果显示，周期浸润法的试验结果均高于旋转挂片法，因此在对评价标准作出适当调整的前提下，2种方法都能对合格的融雪剂产品作出合理的鉴定和评价。