融雪剂

融雪剂（Snow-melting agent），是指通过降低冰、雪融化温度促使冰、雪融化的化工产品。融雪剂为颗粒或片状固体、浅色均态液体，无令人不快的气味，易潮解，无毒性。^[1]融雪剂根据所含成分不同可分为三类：①氯盐型（氯化钠、氯化钙等盐类）；②非氯盐型（成分以有机物为主）；③混合型（无机盐、有机酸盐和缓释剂）。^[2][3]

融雪剂会对环境造成一定影响。融雪剂中的盐分过多对植物光合作用、呼吸作用和蛋白质代谢影响很大，不利于其生长。路面上散布的融雪剂，被雨水冲刷与路面排水一起渗入地下也会对饮用水造成影响。并且凡被氯盐污染的区域，路面都会发生腐蚀破坏。^[4]

融雪剂应用于清除道路积雪始于20世纪30年代。20世纪40至50年代，以美国为代表的发达国家的经济与交通取得长足发展，保证城市高速公路交通畅达就成为了现实而又特别重要的任务，因此，20世纪60年代融雪剂在一些国家的寒冷地区得到广泛应用。北美从20世纪60年代开始撒氯化钠盐粉或盐水化雪，其中加拿大每年氯化钠型融雪剂的使用量约为900-1000万吨，氯化钙型融雪剂的使用量为30万吨，估计一年中每英里高速公路融雪剂的使用量超过50吨。^[2][3][5][6]

美国每年化学融雪剂的使用量也高达千万吨。随着各国对氯盐型融雪剂所导致的环境和公共基础设施建设严重危害的逐渐认知，自20世纪70年代起西方发达各国开始改进氯盐型融雪剂并着手研究开发氯盐融雪剂的替代品（如醋酸钙镁盐等），并于20世纪90年代初期投入使用，以期降低融雪剂使用后产生的环境污染和生态破坏问题。^[2][3][5][6]

中国自20世纪70年代在北京首先使用了氯盐型融雪剂。在北方地区氯盐型融雪剂除雪以其简便的操作方式、低廉的价格和良好的融雪效果而得到广泛应用且有逐年增加的趋势。中国使用融雪剂的区域主要分布在北京、天津、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、新疆、甘肃、陕西、山西、山东、河北、河南、安徽等省和直辖市所辖的城市街道、公共场所、国省道和高速公路，且多以氯盐型融雪剂为主。据统计资料显示，中国城市氯盐型融雪剂产品的使用量成上升趋势。2002-2003年北京冬季强降雪的9天内市内道路融雪剂的施用量达到7000吨，2004-2005年度超过8000吨，2009-2010年由于强降雪的极端天气融雪剂使用量高达30000吨。沈阳市市区2003一2004年度融雪剂的使用量为6000吨，2004-2005年度超过8000吨，2005-2006年度为9000吨以上，年增幅均超过10%随着氧盐型融雪剂使用量的逐年递增，其对生态环境的影响和交通基础设施的危害已日益凸显。^[3][5]

2008年初，中国南方省份遭遇了数十年不遇的特大冰雪灾害，波及全国个省份区、市、兵团，据统计造成直接经济损失达1111亿元。雪灾期间，氯盐型融雪剂产品由于具有操作简便、价格低廉及融雪效果良好等优点而被广泛使用。^[3]

随着城市规模的不断扩大和城市功能的繁复，冬季雪天对城市道路交通、城市生活造成的影响也越来越突出。长期以来，世界各国清除道路积雪的方法主要有机械法和融雪剂法，机械除雪设备昂贵，且需较高的维护费用，融雪剂法除雪成本低，无须大量的人力物力且融雪速度快，不必运输和处理积雪，交通恢复快。融雪剂除雪被越来越多的国家所广泛采用。^[6]

融雪剂主要用于冬季机场公路、广场、停车场、铁路、港口、城市街道、旅游观光区、公园、球场、运动场等除雪及防冻作用，是一种理想的融雪化冰产品。^[7]

融雪剂为白色或褐色颗粒状固体；易潮解，稀释性强，在水中的溶解度随温度的升高而增大。用作冬季融冰和融雪，还具有稳定土壤、控制尘埃的作用。^[8]

融雪剂为低温条件能溶于水的物质。其主要性能是降低水的冰点。在冰雪的表面撒布融雪剂时，产生以下两种作用：^[8][9][10]

融雪剂具有使纯水的冰点降低的性能，在其溶解于水（冰雪）中时，在很低的温度下仍保持溶液形态。如氯化钠溶于水中，含量22%时，最低冷冻点为-23℃，氯化钙溶于水中，含量为35%时，最低冷冻点为-54℃等。体系的最低冷冻点越低，融雪剂可使用的环境温度越低。^[8][9][10]

利用融雪剂溶解于冰雪中时放热的特点，使冰雪温度升高而融化。如以800mol水为溶剂时，无水氯化钙的溶解热约83.6kJ/mol，无水氯化镁约150.5kJ/mol，10g上述试剂溶于50mL水时，可使水温增加10~25℃。溶解热越大的融雪剂，融雪除冰速率越高。^[8][9][10]

氯盐型融雪剂，其主要化学成分为氯化钠、氯化钙、氯化镁等，此类融雪剂俗称为“化冰盐”。氯盐型融雪剂多以工业盐为主要成分，其价格较低廉，虽然对交通公共基础设施的腐蚀性较强，并具有明显的环境影响，但仍是世界公路融雪化冰作业的主要产品。^[3]

氯化钠用量最多，因为其价格十分便宜。但作为最常用的融雪剂，其有很多的缺点：固体氯化钠撒于冰雪上，溶解时吸热，直接影响了冰雪的融化速率；实际使用时冷冻终点仅为-15℃，低于此温度时就失去融冰化雪的作用；氯离子和钠离子溶于冰雪后，最终排入周围农田及公路两侧，使得环境盐碱化，并导致路旁树木枯死，污染地下水和地表的江河等淡水资源；盐水直接腐蚀混凝土结构；氯化钠对金属有腐蚀。^[11]

据报道，美国出售的某种氯化钙，融雪效果相当于数倍氯化钠。日本研制了以粗制氯化钙与硫酸镁作为主要成分的融雪剂，加入磷酸盐、氯化镁及可溶性钾盐，经粉碎、混合、喷入乙基纤维素溶液及着色剂，再经造粒筛分可得粒状制品。此产品与一般的氯化钙比较，发热量高，融雪效率较高。氯化钙溶解时放热，用作融雪剂比氯化钠优越。无水的氯化钙，溶解热大，所得到的溶液冷冻点非常低，能在极低温度下，溶液不冻结，防冻效果好。氯化钙在融雪过程中所产生的污染与氯化钠类似，但在程度上略轻，且无钠离子存于土壤的问题。但一般仅含氯化钙为70%左右的粗制氯化钙，其融雪效果及冻则较差，必须通过锻烧脱去结晶水，并且在贮存时要与空气隔绝，所以制造与保存较为困难。^[11]

非氯盐型融雪剂，包括以醋酸钾、钙镁乙酸等为主成分的有机融雪剂等。此类融雪剂对公共基础设施基本无腐蚀损害，且环境影响一般较弱，但由于其生产工艺复杂，价格较为昂贵，一般仅应用于少数环境与安全要求较高的区域。^[3]

混合型融雪剂，包括按一定的比例混合氯盐成分的非氯型融雪剂，以及氯盐型或非氯型融雪剂添加缓蚀剂成分后的混合物。此类型融雪剂通过合理选择成分配比，可减缓原融雪成分的环境影响，且价格低于非氯型融雪剂。^[3]

氯盐型融雪剂对道路沿线周围土壤环境的影响是最为直接的。融雪剂使用后，含大量氯离子成分的雪水最终通过路面排水系统进入到路边土壤环境中，其污染持续时间长、影响范围广、治理难度也较大。融雪剂的过度使用将直接破坏土壤的层次性，使土壤结构变差。氯盐型融雪剂中的NaCl、CaCl2等成分会影响土壤团聚体的稳定性和土壤整体的水分渗透能力，而影响和改变土壤物理性质。特别是随着NaCl的渗入，Na+置换了土壤中的Ca2+、K+、Mg2+，使土壤的PM值（即金属离子浓度的负对数值）显著升高，造成土壤板结。板结后的土壤含水量降低、土壤密度增大、有机质含量下降，逐渐产生土壤盐碱化现象。土壤理化性质的改变将会加速生态环境恶化，降低路域土壤生产力，同时土壤溶液中过高的可溶性钠也会对植物生长产生不良的影响。也有研究指出公路两侧范围土壤溶液中镉、铜、铅、锌的浓度与氯盐型融雪剂的使用存在着显著的正相关性。由于地形状况、土壤母质的不同以及土壤生物的作用，氯盐型融雪剂对土壤环境的影响呈现出明显的地域性特征。^[4][3][12]

路面上喷洒的融雪剂，部分会随着融化后的雪水通过地表径流或土壤渗漏的方式最终进入水体循环过程。氯盐型融雪剂中的氯盐类物质是强电解质，大量进入水体后将破坏其原有的电离平衡。氯盐型融雪剂的大量使用导致地表水中盐含量较高，道路两旁水体中氯含量与融雪剂施用量成显著正相关性，地表水中也极易发生Cl-的累积。且随着道路周围的水体环境中Cl-浓度的增加，其它有害物质的种类与数量也会有所增加。一些研究表明，水体中盐浓度可能是影响水生生物分布的重要因素，盐浓度的跃升导致水中的蓝绿藻出现过度繁殖现象。^[3][12]

融雪剂对地下水的影响主要是污染饮用水水质，危害人体健康。美国交通研究协会的研究表明，美国东北部大量使用氯化钠融雪剂的地区都发生过有关饮用水中盐分增加的事例。而在瑞典开展的一些研究中也指出氯盐型融雪剂的应用，可能导致路域周围的地下水受到污染，通过地下水循环过程影响距离较远的水源地的盐分状况。^[3][12]

氯盐型融雪剂对植物生长影响十分显著，当浓度大于2%-3%的盐水浸入土壤，一般性的植物即会因生理性缺水导致生物量减少、叶黄、枯枝甚至整株死亡。氯盐型融雪剂对植物生长的影响主要是通过生理干旱、离子毒害和破坏正常代谢表现出来的。含有氯盐成分的雪水渗入到道路沿线的土壤中，导致土壤盐浓度上升，造成水逆环境，使植物不能有效的通过根部的渗透作用吸收水分，产生由于渗透压差异引起的生理干旱现象。尤其是在大气相对湿度较低的情况下，随着蒸腾作用的加强，盐害更为严重，植物生长受到明显抑制。^[3][12]

土壤环境中盐分增多，植物可能摄取过量的盐分离子，细胞膜的选择透过性发生变化，破坏了原有的吸收平衡，将产生单盐毒害作用，影响植物正常生长。特别是NaCl为主成分的融雪剂会增加土壤中的含量，伴随而产生的是植物对K+、Mg2+吸收的减少。同时，融雪剂的大量施用，使植物根系周围Cl-含量和全盐量超标，导致植物发生较为严重的Cl-毒害和盐害，继而造成新梢萎缩和整株死亡。另外，盐分过多会胁迫影响植物细胞膜的正常透性和改变一些膜结合酶类的生理活性，引起一系列的代谢失调，对植物光合作用、呼吸作用和蛋白质代谢等方面的也会产生不同程度的影响。^[3][12]

氯盐型融雪剂在融化冰雪的同时，会对交通基础设施造成巨大的负面影响。在干湿交替的环境下，雪水中的Cl-以毛细管吸收作用和深层混凝土中离子扩散作用侵入到混凝土中，其对交通基础设施的破坏的化学反应实质是对水泥的离子置换和对钢铁的电解溶蚀。氯盐渗透到混凝土中，对混凝土有一定程度的破坏作用，如盐结晶腐蚀、加速冻融破坏、刺激碱集料反应等。氯盐破坏了钢筋的腐蚀，严重威胁着钢筋混凝土结构耐久性。^[3][12]

氯盐融雪剂的锈蚀机理为侵入钢筋混凝土结构后，钢筋表面原有钝化膜破坏，在氧与水的共同作用下发生电化学反应。有研究显示钢筋腐蚀后最终形成的铁锈使钢筋的强度大为降低，锈蚀产物的体积会膨胀2-6倍，使混凝土保护层顺钢筋开裂、脱落，导致结构承载力下降或丧失。氯盐类融雪剂还会使混凝土产生严重的冻剥蚀破坏，且在非冻融条件下也同样能造成混凝土破坏。美国混凝土学会专业委员会认为物理作用是混凝土破坏的主要原因，而物理破坏主要表现是剥蚀。根据渗透压理论，当混凝土中的水结冰之后，孔液部分的盐浓度增大，与环境形成盐浓度差而产生渗透压，水由环境向混凝土的渗透提高了其内部压力，使混凝土遭到破坏。^[3][12]

可用于生产镁盐型复合型融雪剂。将六水氯化镁加热，使其熔融，加入经筛选的氯化钠晶体，搅拌混合后，在造粒塔内冷却凝固为颗粒均匀的复合融雪盐。生产工艺流程见下图。^[13]

可用于生产镁盐型、钙盐型、钙镁盐型的混合型融雪剂。将组成融雪剂的各种原料粉碎、筛选，混合均匀即制得混合型融雪剂。生产工艺流程见下图。^[13]

一般公路沿线生态环境极为脆弱，融雪剂的使用不当极易造成当地的生态灾难。因此，应在对融雪剂进行严格的环保评价之后再慎重使用。鉴于造成融雪剂危害的主要成分是氯离子，此外一些重金属离子也会对植物及土壤造成危害，因此，应对融雪剂的氯离子及重金属离子含量作出严格的限制。太平洋西北除雪协会制定了环保型融雪剂的技术标准。^[14]

中国北京市质量技术监督局发布的关于融雪剂的北京地方标准对融雪剂各个方面做了比较详细的规定。其中，对pH值、金属离子等的相关规定，涉及环保要求，但没有对氯离子的含量直接作出限制。^[14]

中国北京市质量技术监督局于2002年发布的地方标准DB11/T 161—2002《融雪剂》，是中国制定的第1部融雪剂标准。该标准以氯化钠溶液为参比溶液，通过测定-10℃下融雪剂溶液的相对融冰能力来评价其融雪性能。2009年，中国发布了首部融雪剂国家标准GB/T 23851—2009《道路除冰融雪剂》。该标准参考了北京市地方标准中采用的相对融冰能力评价方法，以质量浓度200g/L的氯化钠溶液作为参比溶液。试验时，首先将固体融雪剂配制成质量浓度为200g/L的溶液，再测试-10℃下融雪剂溶液和氯化钠溶液在30min内的融冰量，并以此计算融雪剂的相对融雪能力。按照要求，融雪剂溶液在相同条件下的融冰量应不小于氯化钠溶液的90％。为科学地使用融雪剂，该国家标准中还规定了融雪剂的撒布要求，例如应首先在雪前撒布5~10g/m2，然后再根据雪厚，在机械除雪基础上撒布10g/m2，最后还要分次、分阶段进行撒布。北京市于2012年对融雪剂地方标准做了修订，新标准DB11/T 161—2012延用了DB11/ 161—2002中的融雪性能评价方法。但对相对融冰能力的试验条件和参比溶液进行了修改。新标准根据融雪剂的冰点调整了试验温度和参比溶液。其中Ⅰ型融雪剂（-15℃<冰点≤-10℃）的试验温度为-10℃，参比溶液为氯化钠溶液；Ⅱ型融雪剂（冰点≤-15℃）的试验温度为-15℃，参比溶液为二水氯化钙溶液。^[15]

固体产品采用塑料编织袋包装:内包装采用单层聚乙烯塑料薄膜袋，封口时先排出空气，内袋分别用维尼龙绳或其他质量相当的绳人工扎口，或用与其相当的其他方式封口；外包装采用塑料编织袋，外袋用维尼龙绳或其他质量相当的线缝口，缝线整齐，针距均匀，无漏缝和跳线现象。融雪剂应贮存在通风、阴凉、干燥的库房内，防止日晒、雨淋、受潮。在运输过程中，防止日晒、雨淋、受潮。^[16]