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重影響道路交通運輸，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)濟的重要基礎(chǔ)設(shè)施，而每年冬季的降雪都會給高速公路帶來嚴峻考驗，為了盡快清除路面上的冰雪，確保道路的安全運行，世界各國的交通部門不得不面對公路清雪除冰這一世界性的難題。

　　為了解決這一難題，人們在這方面做了大量研究，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、橋梁和機場的營運效益，便成為各國在冬季道路路面上的一項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)合進行試驗，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)時間長。機械除雪受季節(jié)影響較大,使用頻率低,一年中大部分時間設(shè)備被閑置,經(jīng)濟效益較差。化學(xué)融雪劑能有效地融雪化冰和防止道面結(jié)冰，但是其使用后會造成混凝土的損壞，嚴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的優(yōu)點，在加熱過程中路面溫度均勻，不但能達到融雪化冰的目的，發(fā)熱體溫度在250℃以下不會損傷混凝結(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、交通廳實施的科研項目。由于貴州地區(qū)每年的凍雨時間長，地段分布廣，造成經(jīng)濟損失大，此項目選擇在貴州省貴陽遵義路段內(nèi)做抗凍雨、抗凝冰試驗，有非常突出的現(xiàn)實意義。

　　試驗路段的選擇主要考慮了三個方面：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。前兩個方面主要是為了驗證試驗路段的抗凝冰效果，后一個方面主要是保證試驗路實施的可能性。結(jié)合當?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)試驗結(jié)果、現(xiàn)行規(guī)范及地區(qū)公路實踐經(jīng)驗，在設(shè)計時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。

　?。?試驗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、試驗效果與能耗

　　1.蘭海高速公路貴遵段抗凝冰試驗，每天每平方米僅消耗1.58度電，即能達到瀝青公路路面融雪化冰的目的。電費0.5元/度×1.58度=0.79元/m2，根據(jù)試驗路監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以得出如下結(jié)論：一萬平方米每天能耗費用小于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個工人在路面上灑鹽水和溶雪劑進行融雪化冰，灑鹽水時還要堵斷行車，工人也非常辛苦和危險。

　　2.在試驗路表面環(huán)境溫度-4℃情況下，啟動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℃，在這個升溫過程中，路面溫度達到0℃后瀝青路面開始融雪化冰；當路面溫度上升到2℃，進行降溫試驗，關(guān)閉電源3小時，溫度降到1℃，此時瀝青路面融雪化冰系統(tǒng)又自動開啟電源，再次對路面加熱運行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小時后，自動啟動發(fā)熱系統(tǒng)，以此循環(huán)，確保瀝青路面融雪化冰正常運行；試驗中試驗人員還關(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，路面降溫速度加快，升溫時間延長，能耗增大的降溫曲線。

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

　　由于升溫時間短，調(diào)試時瀝青路面內(nèi)發(fā)熱溫度設(shè)定在25℃以下，即達到確保瀝青路面融雪化冰正常運行，經(jīng)濟效益可行，又保護了瀝青路面的結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟效益和社會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)，碳纖維采用進口材料，發(fā)熱格柵產(chǎn)品使用性能穩(wěn)定、可靠，能達到融雪化冰的目的。

　　現(xiàn)試驗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)護和維修時只去除舊瀝青層厚度4cm，使今后養(yǎng)護和維修時不會破壞發(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：在試驗路段調(diào)試時，路面環(huán)境溫度為-4℃，當發(fā)熱格柵瀝青層間處的最高溫度達到25℃時，路面溫度已達到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，瀝青層不會由于加熱過程使路面瀝青產(chǎn)生形變與剝離狀況，既能達到節(jié)能、又能達到融雪化冰和保護路面結(jié)構(gòu)的目的。

　　三、施工注意事項

　　安裝前先要對每一發(fā)熱格柵進行檢測，測量電阻值范圍+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)及時檢測發(fā)熱格柵的電阻值和絕緣值。

　　發(fā)熱格柵安裝完成后，應(yīng)在施工圖中標注電纜線接點實際鋪設(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、港口碼頭和機場等混凝土路面、瀝青路面、人行道、臺階、人行天橋、旅游通道，因冬季降雪結(jié)冰,給道路暢通和行車、行人安全帶來了嚴重的影響，甚至造成道路和機場關(guān)閉,導(dǎo)致客貨運輸?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, 需要采取措施對各種路面進行融雪化冰，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)代交通運輸業(yè)、為防治交通冰雪災(zāi)害做貢獻。

　　應(yīng)大力推廣發(fā)熱格柵的應(yīng)用領(lǐng)域，比如，在機場跑道上進行融雪化冰大有發(fā)展前景；積極開發(fā)東北、西北高速路進出口融雪化冰，有很好經(jīng)濟和社會效益；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)致的生命及財產(chǎn)損失不可估量，發(fā)熱格柵自動融雪化冰技術(shù)主要應(yīng)用于道路、機場、港口碼頭、公共場所等地，及時進行融雪化冰，確保出行安全，社會效益和經(jīng)濟效益十分顯著。