全 文 ：第30卷第5期
2011年9月
生态科学
EcologicalScience
30(5)：556-56l
Sept．201I
陈宗伟．氯盐型融雪剂的环境影响及其替代材料研发进展[J】．生态科学，2011．30(5)：556．561．
CHENZong-wei．Environmentalmpactsofchloride-baseddeicingaltandresearchp ogressofitalternativematerials[J]．Ecological
Science，2011．30(5)：556-561．
氯盐型融雪剂的环境影响及其替代材料研发进展
陈宗伟1
交通运输部科学研究院，北京，100029
【摘要】传统氯盐型融雪剂对环境的负面影响日益凸显，亟需研发价格低廉、环境影响较弱、融雪效果良好的环境友好型
融雪替代材料。论文综述了现有氯盐型融雪剂应用现状，及其对土壤环境、水环境、植物和交通基础设施等的影响机理，
并详细阐述了非氯型和混合型融雪剂替代材料的研发状况与应用成效。针对目前替代融雪材料开发和应用中所存在的问题，
提出了环境友好融雪剂的研制发展方向以及减轻其环境危害行之有效的对策。
关键词：融雪剂；氯盐；环境影响：金属腐蚀性；环境友好
doi：10．3969／j．issn．1008-8873．2011．05．015qb图分类号：Q948，Q14文献标识码：A文章编号：1008．8873(2011)05．556．06
Environmentalimpactsofchloride-baseddeicingaltandresearchprogressofits
alternativematerials
CHENZong．weil，ZHANGLi．ta2，LIUTa01，Wangeil，HEEn．10n92
J．ChinaAcademyofTransportationSciences，Beijing100029,China
2．InnerMongoliaShenhengEnvironmentalT chnologyCo．Ltd．，Baotou014030,China
Abstract：Negativelynvironmentalimpactsoftraditionalchloride-baseddeicingalthaveb comeincreasinglyobvious．Theenvironmentally
friendlyalternativematerialswithadvantagesoflowcost，validSNOWmelting，weakenvironmentalimpactaleurgentlytobedeveloped．This
paperreviewsthecurrentstatusofapplications，mechanismofenvironmentali pactsonsoil-water-plant，andmetalcorrosionontransport
infrastructureof hechloride-baseddeicingsalt．Theresearchprogressandapplicationsofnon-chlorideandmix daltemativesnowmeltagent
materialsaredescribednd tail．Developmentofenvironmentallyfrienddeicingsaltandeffectivecountermeasuresonalleviatingde cing
saltenvironmentalinfluencesarepresented,inthehopeofsettlingtheproblemsindevelopingandapplyingdeicingsaltalternatives．
Keywords：Deicingsalt；chloride；envffonmentalimpacts；metalcorrosion；environment-friendly
收稿日期：2011-06．20收稿，2011-09—20接受
基金项目：由西部交通建设科技项目“环境友好型融雪材料研制及其应用研究”(2009318221036)资助。
作者简介：陈宗伟(1972一)，男，博士，高级工程师。主要从事公路环境保护研究。E-maihczw72@126．tom
万方数据
5期 陈宗伟．氯盐型融雪剂的环境影响及其替代材料研发进展 557
1引言(Introduction)
冬季大范围的持续降雪常造成公路车辆拥堵，影
响交通秩序，危及人身安全。路面积雪如不及时处理，
将妨碍居民的正常生活与出行，甚至造成局部交通瘫
痪以及大面积事故频发，以至于影响着城市、地区乃
至国家的经济发展【1]。目前，世界各国面对冬季路面
积雪问题选择采用融雪剂产品进行除雪，据相关研究
标明，雪天路面通过撒布融雪剂进行融雪化冰，可使
意外伤害事故几率降低88．3％【2】。2008年初，我国南
方省份遭遇了数十年不遇的特大冰雪灾害，波及全国
21个省份(区、市、兵团)，据统计造成直接经济损
失达1111亿元【3j。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。随着传统氯盐型融雪剂在我国各地区使
用量的不断增加，其对路域生态的影响和对交通基础
设施的破坏效应逐渐显露出来。通过研究明确氯盐型
融雪剂使用对公路环境的影响程度，研制开发出价格
低廉、环境影响相对较弱、腐蚀性相对较低低的新型
融雪替代材料，已成为我国公路交通安全与应急保障
工作中亟待深入研究的重要课题之一。
2融雪剂的定义与类型(Definitionandtypesof
deicingsalt)
融雪剂是一种化学品，指通过降低冰雪冰点达到
融雪化冰效果的盐类产品。融雪剂最早是由美国、加
拿大，以及北欧等西方国家研制开发的，20世纪80
年代末期才逐渐引入我国并推广使用【4】。目前，国内
外常用的融雪剂产品依据其主要化学成分，一般可分
为3种主要类型：
第一类是氯盐型融雪剂，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，但仍是国内外公路融雪化冰作业的主要
产品[51。
第二类是非氯型融雪剂，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【6]。
第三类是混合型融雪剂，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【『7。引。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，是传统氯盐型融雪剂替代
材料的重要研发方t91。
3氯盐型融雪剂应用现状及其对环境的影响
(Applicationnde vironmentialimpactsof
chloride—baseddeicingsalt)
3．1国内外应用现状
融雪剂具有容易操作、除雪效果好等优点，是目
前全世界应用最广泛的一种除雪方法【l01。从世界范
围来看，氯盐型融雪剂用于清除道路积雪始于20世
纪30年代，并在20世纪60年代在国外一些国家的
寒冷地区已得到了广泛的应用。据资料显示，加拿大
每年氯盐型融雪剂的使用量总和约为900万～1000
万t，其中高速公路年融雪剂的使用量标准超过
50t·kml【11]；美国每年氯盐型融雪剂的使用量也高达
1000万t左右【l21。国外在长期使用融雪剂的实践过
程中发现了以氯盐为主的传统融雪剂产品所带来的
环境影响，近年来对其使用量和使用范围进行了较为
严格的限制。瑞典对氯盐型融雪剂产品的年使用量有
着较严格的控制，目前每年使用量较10年前降低了
约1／2，但仍达到20万～30万t【l川。
融雪剂除雪以其简便的操作方式、低廉的价格及
良好的融雪效果，在我国北方地区也得到了广泛应用。
目前，国内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【141。据统计资料显示，国内城市氯
盐型融雪剂产品的使用量成上升趋势，仅沈阳市市区
2003～2004年度融雪剂的使用量为6000t，2004"一
2005年度超过8000t，2005～2006年度为9000t以上，
年增幅均超过10％[15 。随着氯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。
3．2对土壤环境的影响
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【l61。
国内外学者在氯盐型融雪剂的土壤环境影响方面进
行了大量研究，其结果表明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【l丌。氯盐型融万方数据
558 生态科学EcologicalScience 30卷
雪剂中的NaCI、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【181。特别是随着NaCl的渗入，Na+置换了
土壤中的Ca2+、K+、M92+，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[191。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【2⋯。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[211。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口2l。
3．3对水环境质量的影响
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C1一的累积【23|。且随着道路周围的水体
环境中CI"浓度的增加，其它有害物质的种类与数量
也会有所增加[241。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【25。26J。
目前，国内外关于融雪剂对水环境质量影响的研
究多集中于地表水方面，对地下水的研究相对较少。
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【27|。美国交通研究协会的研究表明，在过
去的30年中，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[281。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【291。
3．4对植物生长的影响
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ll61。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。
目前国内外有关氯盐型融雪剂对植物生长影响的研
究大部分集中于对植物表观特征进行研究，而胁迫下
植株体内离子区域化分布及幼苗植株光合特性的影
响研究相对较少。
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[301。尤其是在北方地区大
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【31l。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【321。特别是
NaCl为主成分的融雪剂会增加土壤中的Na+含量，
伴随而产生的是植物对M92+、K+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【33I。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【j引。
3．5对交通基础设施的影响
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[35】。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【36|。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[371。氯盐融雪剂的锈蚀机
理为Cl‘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[381。
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
丧失例。
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
[40J。美国混凝土学会201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【4lJ。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【42】。
万方数据
5期 陈宗伟．氯盐型融雪剂的环境影响及其替代材料研发进展 559
4氯盐型融雪剂替代材料的研发进展(Research时兼顾了其融冰化雪时的热效应[551。目前混合型融
progressofaltemativema rials) 雪剂产品还多处于试制和试验阶段，在融雪除冰实际
应用中推广的还较为缓慢。
4．1替代材料的研发状况
由于传统氯盐型融雪剂产品具有显著的环境影
响，并且对交通基础设施具有一定的损害，近年来世
界各国均投入了大量科研力量，以期研制出氯盐型融
雪剂的新型替代材料，在满足融雪要求的基础上最大
限度的降低融雪剂产品对交通设施和路域环境产生
的影响。新型的融雪剂替代材料主要以非氯型融雪剂
和混合型融雪剂为主要研发方向【6，J。
20世纪80年代末，美国学者利用城市垃圾中的
纤维素废物和含碳酸镁的石灰石研发出了CMA融雪
剂，其主要成分为钙镁乙酸盐，该产品具备环保、安
全等特点，是对氯盐型融雪剂的重大改进[431。国内
学者近年来也尝试开发了一些其他非氯型融雪剂产
品：许英梅、寇艳秋等利用生物质废料(麦秸杆、木
屑、糠醛废水等)为原料，对CMA融雪剂的生产工
艺进行了改进[44删；萨世璐[46】利用煤渣和一定比例
尿素发明了一种环保型冰雪道路防滑融雪剂；王保民
等[47]研制了新型DGW环保型除雪剂，该融雪除冰剂
原料中无氯化物、硫酸盐等腐蚀性成分。由于生产工
艺要求较为严格，原材料成本相对较高，非氯型融雪
剂价格较昂贵，推广难度大，目前其使用范围仅限于
一些对环保安全要求较高的场合，如机场和高速公路
等H81。
由于非氯型融雪剂经济成本难以控制，国外学者
继而转向研制混合型融雪剂产品。RobertAH等利用
农产品深加工副产物BCS(酿造浓缩液)、DCS(蒸
馏浓缩液)和CCSL(浓缩玉米浆)发明了一种混合
防腐蚀型融雪剂【49】；JamesDS在氯化物中添加工业
糖蜜作为缓蚀剂也取得了良好的效果【501。RobertSK
等在氯化镁中加入磷酸盐或三乙醇胺作为缓蚀剂或
者在氯化物中添加辐射吸收物，再加入少量的缓蚀剂，
配制出了多种防腐蚀融雪剂【51。52J。国内也有一些学者
通过采用氯盐混合添加剂的方法，降低了传统融雪剂
产品的环境影响。王国强等发明了一种以氯化钙为主
料，尿素、亚硝酸钠、硫酸钾为辅助原料的混合型融
雪剂，克服了传统融雪剂对环境污染和对桥梁钢筋结
构的锈蚀问题[531。张景亚等提出新型“环境友好、
作物营养型融雪剂”的概念，研制出以氯化钾和氯化
镁为主要材料的混合型融雪剂产品【54l。王小光等以
冰点降低理论、金属防腐理论、植物伤害机理为依据，
研制了PSA系列新型高效环保新型融雪剂，并研究
了PSA系列不同氯盐的加合增效、冰点降低规律同
4．2替代材料的应用成效
现有的非氯型和混合型融雪剂产品与传统氯盐
型融雪剂相比，具有良好的环境保护效果，在金属碳
钢腐蚀性，对土壤、水体、植物影响等方面均有了较
大程度的降低。以CMA(非氯型融雪剂)为例，研
究表明其对金属(如钢材、铸铁和铅)的腐蚀性具有
明显的抑制作用，其中对钢材的腐蚀性较氯化钠降低
了1／2～3／4，桥梁的生锈程度也降低了80％以上【56l。
另外，由于CMA融雪剂主要成分中不存在无机盐，
对植物体不存在离子毒害作用，也降低了其对植物生
长的影响p川。
也有研究指出，虽然目前一些非氯型融雪材料对
环境的影响显著低于氯盐，但如不规范使用也存在着
一定的潜在环境影响。研究指出CMA融化后进入土
壤，使得土壤中含有大量的醋酸盐离子，醋酸盐容易
被土壤微生物降解，形成金属碳酸盐沉积物，提高了
土壤pH值，使得土壤酶活性降低[581。CMA中的醋酸
盐易生物降解，导致水体中的BOD含量提高，降低
水体中的溶解氧【591。乙二醇、丙二醇和尿素等作为
主成分的融雪剂如果不正确使用也可能影响环境，乙
二醇和丙二醇生物耗氧量大，能够消耗水体中的溶解
氧；尿素大量使用则导致水体富营养化，能充分利用
尿素的细菌数量增多，如果不注意其使用量和使用范
围，也可能造成水环境的恶化【60]。此外，混合型融
雪剂产品中的防腐剂、阻锈剂和表面活性剂等添加剂
成分，也有待研究证明是否可能对土壤、水体环境造
成污染[151。
5展望与建议(Prospectsandsuggestion)
目前，国内外市场上融雪剂种类繁多，但大多具
有一定的缺陷。尤其是氯盐型融雪剂的长期使用对公
路周边的生态环境及交通基础设施造成了严重的影
响，世界各国因使用氯盐型融雪剂造成直接和间接经
济损失达数千亿美元[611。虽然现有的非氯化物型和
混合型融雪剂替代产品能够有效缓解对环境的影响，
但是由于其成本高，制作工艺复杂，目前尚无能够大
面积推广的产品[621。同时，这些替代产品的“环保”
是相对的概念，近年来研究表明，普遍认为的“环保”
的CMA融雪剂对土壤和水环境也存在一定的潜在负
面影响。因此，在环境保护日益重要的今天，研制开
万方数据
560 生态科学 EcologicalScience 30卷
发出真正能保护环境又经济可行的“环境友好”融雪
剂产品显得非常迫切。
融雪剂产品标准中对其环境影响得重视度不足，
也影响着环境友好型融雪材料的研发和推广。国内外
现有关于融雪剂的评价标准主要包括：太平洋西北除
雪协会制定的关于环保型融雪剂的技术指标【631、国
家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会
发布的道路除冰融雪剂国家标准(GB／T23851-2009)
Mj和北京市质量技术监督局发布的关于融雪剂的北
京市地方标准(DBll／T161—2002)[65]等。以上标准
虽然提出了对融雪剂产品的融雪能力、溶解速度、金
属腐蚀、植物耐盐性、重金属含量等测试及评价指标，
但是尚无针对不同环境敏感程度的区域，提出相应的
融雪剂的技术指标。同时，已有标准还存在检测方法
不够科学合理的现象。
下一步研究工作中，应通过广泛调研和深入分析
交通设施特点及其所处的不同环境敏感程度区域对
融雪材料的性能要求，制定或改进融雪剂检测规范，
并针对不同环境敏感程度的区域，主要从融雪剂本身
的物理及化学性质、融雪剂对交通设施及安全和生态
环境带来的影响等方面提出技术指标，为环境友好型
融雪材料产品分类细化及制定行业准入标准提供技
术支撑。
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万方数据
氯盐型融雪剂的环境影响及其替代材料研发进展
作者： 陈宗伟， ZHANG Li-ta， LIU Tao， Wang Wei， HE En-long， CHEN Zong-wei， ZHANG Li-ta， LIU
Tao， Wang Wei， HE En-long
作者单位： 交通运输部科学研究院,北京,100029
刊名： 生态科学
英文刊名： Ecological Science
年，卷(期)： 2011,30(5)


本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_stkx201105016.aspx