融雪剂融雪化冰性能测试研究

查湘义

(辽宁省交通高等专科学校 建筑工程系,沈阳 110122)

冬季降雪对城市道路交通的影响越来越突出，大量积雪阻塞了铁路和公路交通，造成交通事故频发，影响人们出行，特别是在北方地区，这种问题尤为突出.因此，喷洒融雪剂除雪成为城市除雪的主要方式.当把融雪剂撒到冰雪路面上时，融雪剂吸收了空气中的水分便产生潮解现象，使固体冰雪表面形成少量的水，融雪剂在这些水中及车轮的冲击下形成溶液.由于融雪剂形成溶液后降低了水的蒸汽压，从而使水溶液的冰点得到了降低，当盐类的水溶液浓度越高时，溶液的冰点就会越低，使固体雪或冰继续融化，雪或冰会以盐溶液的形式流走，从而达到了除雪化冰的目的.[1-2].

目前，使用最多的是氯盐型融雪剂，通称为化冰盐，主要包括氯化钠、氯化镁、氯化钙、氯化钾等.本文针对目前用量最多的几类融雪剂，对其溶解能力、融雪化冰能力进行测试，并与CMA环保型融雪剂进行对比分析.

1 实验材料及方法

1.1 实验所需原材料

实验选取氯化钠、氯化镁、氯化钙、硝酸钾、CMA等融雪剂，其中CMA为实验室自制，是将水和生物质及氧化钙或氧化镁固体粉末按一定的固液比加入到反应釜中进行水热反应，然后将反应产物进行离心过滤，得到的液相产物脱色过滤得到无色溶液，最后将溶液蒸发结晶即得到固体CMA产品[3-5].图1为水热反应设备，图2为结晶的CMA融雪剂产品.

图1 水热反应釜

图2 结晶后的融雪剂产品

1.2 实验方法

实验主要进行各种融雪剂的溶解能力、融雪化冰能力测试.溶解能力是在25℃下，称取固体融雪剂样品40.0 g放入烧杯，加水至200 mL体积，启动精密电动搅拌器，将转速调至100 r/min进行搅拌并开始计时，观察溶解状况，至其完全溶解，记录完全溶解时间(s).融雪化冰是从恒温箱中取出有冰块的瓷坩埚迅速称重，准确至0.1 g，然后将冷冻处理的融雪剂溶液倒入有冰块的瓷坩埚后重新放回低温恒温箱.0.5 h后取出该瓷坩埚立即倾倒其中液体，并迅速称量瓷坩埚和剩余冰块重量[6-7].

2 实验结果与讨论

2.1 融雪剂的溶解能力

融雪剂通常作为固体形式撒在路的表面，在融雪化冰作用产生以前必然存在一个溶解的过程，因此研究融雪剂的溶解能力对于掌握融雪剂的使用效果及性质具有重要意义.本试验进行了氯化钠、氯化钙、氯化镁、硝酸镁、CMA等融雪剂溶解能力的测试，溶解能力试验结果如表1.

表1 融雪剂溶解能力测试结果

由表1可以看出，氯化钙、氯化镁、硝酸镁溶解时间很短，是同等条件下氯化钠溶解时间的1/3，CMA溶解时间稍长，其溶解时间也接近氯化钠溶解时间的1/2；在同等条件下氯化钙溶解时，放出大量的热量，温度迅速从25 ℃升至50 ℃以上，从而更有利于提高溶解能力，对融雪化冰也将有促进作用.对环保型融雪剂来说，镁型的融雪剂稍慢于钙型的融雪剂，但所有的融雪剂的溶解速度均符合标准中规定的溶解速度大于4.0 g/min的要求.

2.2 融雪剂融雪化冰能力

考虑到路面撒布融雪剂时会存在撒布方式上的区别，因此本试验除了进行化冰能力试验外，提出了与之相对应的融雪能力试验.

2.2.1 融雪剂化冰能力

图3 不同融雪剂化冰能力

本实验采用相对化冰能力来评价各种融雪剂的融雪化冰能力，即R(化冰能力)=(未加入融雪剂溶液的瓷坩埚和冰块的质量-已加入融雪剂溶液的瓷坩埚和剩余冰块的质量)/(未加入氯化钠溶液的瓷坩埚和冰块的质量-已加入氯化钠溶液的瓷坩埚和剩余冰块的质量)，试验结果如图3所示.

从图3可知，以氯化钠作为衡量标准，氯化镁的化冰效果最佳，高达168.8%，化冰效果由高到低排序为氯化镁>氯化钠>硝酸镁>氯化钙>CMA，CMA的化冰效果为氯化钠的87.4%.为了进一步提高CMA融雪剂的化冰性能，本试验在CMA溶液中加入不同体积的化冰盐类融雪剂，以对后续环境影响评价提供指导，测试方法与前述相同，化冰测试结果见图4.考虑到化冰盐含量越大，对环境的腐蚀越严重，所以本试验体积比取9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5五种方案.

从图4可知，随着体积比不断加大，复合融雪剂的化冰能力不断增强，其中CMA与氯化镁复配时，化冰能力增强最快.当CMA与化冰盐溶液的体积比为8∶2时，各种复配溶液的化冰能力均达到氯化钠化冰能力的90%，满足标准的要求.而CMA与氯化镁体积比为9∶1时，化冰能力已达到氯化钠化冰能力的90%.可见CAM虽然单一化冰能力未达到标准要求，但是作为复配的方法加以改善，在添加少量化冰盐的基础上，其化冰能力还是能满足要求的，这种复配融雪剂的环保性能可以在后续试验得以测试.

2.2.2 融雪剂融雪能力

融雪能力测试是称取一定质量的固体融雪剂撒在相同面积的冰面上，在规定的时间内和温度下，测定融化冰的体积.本试验取10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min共6个时间段分别测试融化冰水的体积，以评价其不同时间的融雪能力，结果如图5所示.

图4 不同体积配比融雪剂融雪化冰能力

图5 不同时间下各种融雪剂融雪能力

从图5可知，质量为5 g、温度为-10 ℃、化冰时间为10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min的条件下，各种融雪剂的融雪能力均随融雪时间的延长而变大，以氯化钠增长曲线最为明显.在10 min时，融雪能力由大到小排序为氯化钙>氯化镁>硝酸镁>CMA>氯化钠，在60 min，融雪能力由大到小排序为氯化钙>氯化镁>氯化钠>硝酸镁>CMA.由此可知，融雪能力测试结果与化冰能力测试结果并不完全一致，其中氯化钙融雪性能增大最为明显，在测试时间段内，氯化钙融雪能力均为最大，这是由于氯化钙在溶解时释放大量的热量而导致的.当融雪时间为30 min时，CMA融雪剂融雪能力达到91.7%，已达到标准融雪能力90%的要求.

3 结论

本文主要对氯化钙、氯化镁、氯化钠、硝酸镁、CMA等五种融雪剂的溶解能力、融雪化冰性能指标进行了测试，并以融雪化冰质量作为考察指标，分析不同融雪剂及不同融雪剂复配对融雪化冰效果的影响，得到的主要结论总结如下：

(1)通过不同融雪剂溶解能力试验可知，在25℃室温试验条件下，氯化钠溶解速度最慢，氯化镁的溶解速度最快.融解速度由大到下排序为氯化镁>硝酸镁>氯化钙>氯化钠>CMA.在溶解过程中，除氯化钙伴有大量放热现象，其他融雪剂未有明显的放热过程.氯化钙溶解速度快原因之一在于其溶解过程中大量放热导致溶液温度迅速升高，加快了固体颗粒的快速溶解.

(2)通过化冰试验可知，在浓度为20%、温度为-10 ℃、化冰时间为30 min的条件下，化冰效果由高到低排序为氯化镁>氯化钠>硝酸镁>氯化钙>CMA,CMA与化冰盐复配时，随着体积比不断加大，复合融雪剂的化冰能力不断增强，当CMA与化冰盐溶液的体积比为8∶2时，各种复配溶液的化冰能力均达到氯化钠化冰能力的90%.

(3)融雪测试结果与化冰测试结果并不完全一致，融雪能力由大到小排序为氯化钙>氯化镁>氯化钠>硝酸镁>CMA，氯化钙的融雪效果最好，取代了化冰试验中氯化镁效果最好的位置.在10 min时，氯化钠的融雪效果最差，融雪能力为21.1%，随后氯化钠融雪的效果迅速上升，而CMA在10 min时融雪能力为33.3%，当融雪时间为30 min，其融雪能力达到91.7%，已达到标准融雪能力90%的要求.

[1] 洪乃丰.氯盐融雪剂是把“双刃剑”——浅议国外使用化冰盐的教训与经验[J].城市减灾，2005(4)：19-21.

[2] 李海军.雪后路面大量“撒盐”的危害及防护措施[J].山东建筑大学学报，2009，24(2)：184-186.

[3] 秦炜,赵音延,戴猷元.醋酸钙镁盐的应用及开发[J].现代化工，2000，20(9)：61-63.

[4] WILLIAM L B.Research approaches to reduce CMA cost[J].Resource，Conservation and Recycling，1992(7)：25-42.

[5] 吴倩芳,张付申.水热炭化废弃生物质的研究进展[J].环境污染与防治，2012(7)：70-74.

[6] 许英梅，王丽萍，祁恩云，等.复合CMA环保型融雪剂的融冰能力研究[J].化学世界，2011(7)：404-406.

[7] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.中华人民共和国国家标准.GB/T 23851-2009，道路除冰融雪剂[S].北京：中国标准出版社，2010.