公路融雪化冰發(fā)熱格柵新材大有用武之地

　　冰雪天氣帶來的路面冰雪問題嚴(yán)重影響道路交通運(yùn)輸，成為困擾著世界各國交通部門的難題。高速公路系統(tǒng)是國家經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，而每年冬季的降雪都會(huì)給高速公路帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)，為了盡快清除路面上的冰雪，確保道路的安全運(yùn)行，世界各國的交通部門不得不面對(duì)公路清雪除冰這一世界性的難題。

　　為了解決這一難題，人們?cè)谶@方面做了大量研究，探索出許多可以抑制、控制和消除冰雪的技術(shù)和方法，但效果不盡如人意。因此，采取能夠快速有效清除道路路面冰雪的措施，保障道路暢通和行車安全并提高道路、橋梁和機(jī)場的營運(yùn)效益，便成為各國在冬季道路路面上的一項(xiàng)重大而又艱巨的任務(wù)。

　　東南大學(xué)玄武巖纖維研究中心，江蘇綠材谷新材料科技發(fā)展有限公司，江蘇天宇纖維有限公司和武漢理工大學(xué)聯(lián)合進(jìn)行試驗(yàn)，采用玄武巖纖維與碳纖維混編組成土工格柵發(fā)熱材料，來進(jìn)行融雪化冰。采用電加熱發(fā)熱格柵產(chǎn)生連續(xù)不斷的熱量供給公路路面，達(dá)到融雪化冰的目的。這種電加熱融雪化冰方法比以往其他的融雪方法施工和使用都簡單易行、安全可靠、成本低。

　　目前，最常用的融雪方式有人工除雪、機(jī)械除雪、化學(xué)劑除雪等方法，但是這些除雪方式存在不足之處。人工除雪效率低，作業(yè)時(shí)間長。機(jī)械除雪受季節(jié)影響較大,使用頻率低,一年中大部分時(shí)間設(shè)備被閑置,經(jīng)濟(jì)效益較差?；瘜W(xué)融雪劑能有效地融雪化冰和防止道面結(jié)冰，但是其使用后會(huì)造成混凝土的損壞，嚴(yán)重地破壞四周的生態(tài)環(huán)境。

　　而發(fā)熱格柵材料有其相對(duì)的優(yōu)點(diǎn)，在加熱過程中路面溫度均勻，不但能達(dá)到融雪化冰的目的，發(fā)熱體溫度在250℃以下不會(huì)損傷混凝結(jié)構(gòu)，且鋪設(shè)方法比較方便。更為重要的是，和普通土工格柵性能一樣，這種材料還有增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)的功能，可以提高道路的使用壽命。

　　應(yīng)用碳纖維發(fā)熱格柵抗凝冰工程是交通部貴州省科技廳、交通廳實(shí)施的科研項(xiàng)目。由于貴州地區(qū)每年的凍雨時(shí)間長，地段分布廣，造成經(jīng)濟(jì)損失大，此項(xiàng)目選擇在貴州省貴陽遵義路段內(nèi)做抗凍雨、抗凝冰試驗(yàn)，有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

　　試驗(yàn)路段的選擇主要考慮了三個(gè)方面：一是該處容易形成凝冰；二是該處路段比較容易發(fā)生交通事故，如彎道、長下坡等路況；三是附近有比較方便的電源可以使用。前兩個(gè)方面主要是為了驗(yàn)證試驗(yàn)路段的抗凝冰效果，后一個(gè)方面主要是保證試驗(yàn)路實(shí)施的可能性。結(jié)合當(dāng)?shù)孛磕甑穆访婺闆r，經(jīng)過調(diào)研，最后選擇了G75蘭州——海南島高速公路貴陽遵義段經(jīng)常出現(xiàn)凍雨凝冰的一段下坡彎道處，作為試驗(yàn)路段。

　　一、施工工藝方案

　　1.抗凝冰瀝青路面結(jié)構(gòu)方案的確定，主要是滿足路面基本功能的要求，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果、現(xiàn)行規(guī)范及地區(qū)公路實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了目前在貴州地區(qū)應(yīng)用的主要的路面結(jié)構(gòu)形式，對(duì)需要大修的路面加以改造，在AC-20（6cm）層頂面加鋪已經(jīng)編制好的高性纖維和碳纖維組成的發(fā)熱格柵，擬定出了如圖所示抗凝冰路面工藝結(jié)構(gòu)(見圖1)。

抗凝冰路面工藝結(jié)構(gòu)

　　2.先去除路面舊瀝青層，在AC-20（6cm）層頂面加鋪已經(jīng)編制好的發(fā)熱維格柵，具體施工工藝是：先噴灑粘層油，再設(shè)發(fā)熱格柵，成電氣化配置，攤鋪AC-13（4cm）層。

　　３.試驗(yàn)路段采用半幅路面通車。

　　圖為半幅路面施工鋪設(shè)發(fā)熱格柵施工現(xiàn)場。

　　4.發(fā)熱格柵融雪化冰路面結(jié)構(gòu)為：AC-13（4cm）融雪化冰瀝青，AC-20（6cm），AC-25（8cm），基層（原公路路基）（見圖4、5）。

　　二、試驗(yàn)效果與能耗

　　1.蘭海高速公路貴遵段抗凝冰試驗(yàn)，每天每平方米僅消耗1.58度電，即能達(dá)到瀝青公路路面融雪化冰的目的。電費(fèi)0.5元/度×1.58度=0.79元/m2，根據(jù)試驗(yàn)路監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以得出如下結(jié)論：一萬平方米每天能耗費(fèi)用小于7900元（1.5公里）。而原G75蘭海高速貴遵段500米長路面經(jīng)常出現(xiàn)凍雨凝冰的一段下坡彎道處，每天需要6個(gè)工人在路面上灑鹽水和溶雪劑進(jìn)行融雪化冰，灑鹽水時(shí)還要堵斷行車，工人也非常辛苦和危險(xiǎn)。

　　2.在試驗(yàn)路表面環(huán)境溫度-4℃情況下，啟動(dòng)瀝青路面融雪化冰的自發(fā)熱系統(tǒng)，經(jīng)過45分鐘加熱，路面溫度上升到2℃，在這個(gè)升溫過程中，路面溫度達(dá)到0℃后瀝青路面開始融雪化冰；當(dāng)路面溫度上升到2℃，進(jìn)行降溫試驗(yàn)，關(guān)閉電源3小時(shí)，溫度降到1℃，此時(shí)瀝青路面融雪化冰系統(tǒng)又自動(dòng)開啟電源，再次對(duì)路面加熱運(yùn)行45分鐘，路面溫度上升到2℃；為此設(shè)定加熱系統(tǒng)關(guān)閉電源3小時(shí)后，自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)熱系統(tǒng)，以此循環(huán)，確保瀝青路面融雪化冰正常運(yùn)行；試驗(yàn)中試驗(yàn)人員還關(guān)閉電源243分鐘，溫度下降2.2℃，得出關(guān)閉電源超過3小時(shí)，路面降溫速度加快，升溫時(shí)間延長，能耗增大的降溫曲線。

　　3.試驗(yàn)說明：降溫時(shí)間應(yīng)保持在3小為宜，在瀝青層厚50mm以下時(shí)，功率采用330W/m2為佳，每天平均自動(dòng)升溫6.4次，每次升溫45分鐘，降溫3小時(shí)，再次啟動(dòng)電源加熱瀝青路面發(fā)熱系統(tǒng)，總計(jì)升溫4.8小時(shí)/天，每天用電4.8x330W/m2=1584W/m2。

　　由于升溫時(shí)間短，調(diào)試時(shí)瀝青路面內(nèi)發(fā)熱溫度設(shè)定在25℃以下，即達(dá)到確保瀝青路面融雪化冰正常運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益可行，又保護(hù)了瀝青路面的結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都很突出的目的。

　　4.主要材料發(fā)熱格柵，由江蘇天宇纖維有限公司生產(chǎn)，玄武巖纖維由浙江石金玄武巖纖維公司生產(chǎn)，碳纖維采用進(jìn)口材料，發(fā)熱格柵產(chǎn)品使用性能穩(wěn)定、可靠，能達(dá)到融雪化冰的目的。

　　現(xiàn)試驗(yàn)路段為舊瀝青路面改造，瀝青層厚度4cm。為了今后路面養(yǎng)護(hù)和維修中不破壞發(fā)熱材料，最好將發(fā)熱格柵埋設(shè)在5cm以下，一般養(yǎng)護(hù)和維修時(shí)只去除舊瀝青層厚度4cm，使今后養(yǎng)護(hù)和維修時(shí)不會(huì)破壞發(fā)熱格柵材料，又能確保融雪化冰路段能正常養(yǎng)護(hù)和維修。

　　發(fā)熱格柵瀝青層間中的最高溫度設(shè)定值：在試驗(yàn)路段調(diào)試時(shí)，路面環(huán)境溫度為-4℃，當(dāng)發(fā)熱格柵瀝青層間處的最高溫度達(dá)到25℃時(shí)，路面溫度已達(dá)到2℃以上，所以發(fā)熱格柵瀝青層間處的最高溫度應(yīng)在25℃以下，瀝青層不會(huì)由于加熱過程使路面瀝青產(chǎn)生形變與剝離狀況，既能達(dá)到節(jié)能、又能達(dá)到融雪化冰和保護(hù)路面結(jié)構(gòu)的目的。

　　三、施工注意事項(xiàng)

　　安裝前先要對(duì)每一發(fā)熱格柵進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量電阻值范圍+3%～3%，長、寬度范圍+2%～2%。

　　固定發(fā)熱格柵，采用絕緣塑料壓板錨地法，將發(fā)熱格柵固定在路基上后用瀝青砂罩平，檢查后再進(jìn)行鋪設(shè)瀝青混凝土的施工。

　　在瀝青混凝土澆注后，應(yīng)及時(shí)檢測(cè)發(fā)熱格柵的電阻值和絕緣值。

　　發(fā)熱格柵安裝完成后，應(yīng)在施工圖中標(biāo)注電纜線接點(diǎn)實(shí)際鋪設(shè)位置和間距，并妥善保管好施工圖。

　　在發(fā)熱格柵施工中，與發(fā)熱格柵施工相關(guān)的土建工程質(zhì)量和方法，直接影響到融雪化冰工程的質(zhì)量和壽命，因此土建施工和發(fā)熱格柵施工一定要相互配合，密切合作。

　　四、發(fā)展前景與應(yīng)用

　　我國廣大地區(qū)的高速公路、城市道路、港口碼頭和機(jī)場等混凝土路面、瀝青路面、人行道、臺(tái)階、人行天橋、旅游通道，因冬季降雪結(jié)冰,給道路暢通和行車、行人安全帶來了嚴(yán)重的影響，甚至造成道路和機(jī)場關(guān)閉,導(dǎo)致客貨運(yùn)輸?shù)拇竺娣e癱瘓。為了保障道路暢通和行車、行人安全，在惡劣的冰雪氣候條件下最大限度地改善道路狀況, 需要采取措施對(duì)各種路面進(jìn)行融雪化冰，融雪化冰發(fā)熱格柵新材料大有用武之地

　　武漢理工大學(xué)、江蘇天宇纖維公司，浙江石金玄武巖纖維有限公司等共同開發(fā)的路面融雪化冰新產(chǎn)品，采用碳纖維—高性能纖維發(fā)熱格柵作為電發(fā)熱體的新技術(shù)新工藝，為市場提供新一代智能化融雪化冰新材料，積極推廣發(fā)熱格柵在路面融雪化冰技術(shù)中應(yīng)用，服務(wù)于現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)、為防治交通冰雪災(zāi)害做貢獻(xiàn)。

　　應(yīng)大力推廣發(fā)熱格柵的應(yīng)用領(lǐng)域，比如，在機(jī)場跑道上進(jìn)行融雪化冰大有發(fā)展前景；積極開發(fā)東北、西北高速路進(jìn)出口融雪化冰，有很好經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益；推廣發(fā)熱格柵融雪化冰在公共設(shè)施、民居工程上應(yīng)用，具有非常好的發(fā)展空間；積極推廣發(fā)熱格柵技術(shù)在地暖產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品上的應(yīng)用，特別在住房地暖、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)陽光大棚地暖、水產(chǎn)養(yǎng)殖工程上的地暖，開發(fā)與應(yīng)用前景也十分光明。

　　因路面結(jié)冰導(dǎo)致的生命及財(cái)產(chǎn)損失不可估量，發(fā)熱格柵自動(dòng)融雪化冰技術(shù)主要應(yīng)用于道路、機(jī)場、港口碼頭、公共場所等地，及時(shí)進(jìn)行融雪化冰，確保出行安全，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。