公路融雪化冰发热格栅新材大有用武之地

　　冰雪天气带来的路面冰雪问题严重影响道路交通运输，成为困扰着世界各国交通部门的难题。高速公路系统是国家经济的重要基础设施，而每年冬季的降雪都会给高速公路带来严峻考验，为了尽快清除路面上的冰雪，确保道路的安全运行，世界各国的交通部门不得不面对公路清雪除冰这一世界性的难题。

　　为了解决这一难题，人们在这方面做了大量研究，探索出许多可以抑制、控制和消除冰雪的技术和方法，但效果不尽如人意。因此，采取能够快速有效清除道路路面冰雪的措施，保障道路畅通和行车安全并提高道路、桥梁和机场的营运效益，便成为各国在冬季道路路面上的一项重大而又艰巨的任务。

　　东南大学玄武岩纤维研究中心，江苏绿材谷新材料科技发展有限公司，江苏天宇纤维有限公司和武汉理工大学联合进行试验，采用玄武岩纤维与碳纤维混编组成土工格栅发热材料，来进行融雪化冰。采用电加热发热格栅产生连续不断的热量供给公路路面，达到融雪化冰的目的。这种电加热融雪化冰方法比以往其他的融雪方法施工和使用都简单易行、安全可靠、成本低。

　　目前，最常用的融雪方式有人工除雪、机械除雪、化学剂除雪等方法，但是这些除雪方式存在不足之处。人工除雪效率低，作业时间长。机械除雪受季节影响较大,使用频率低,一年中大部分时间设备被闲置,经济效益较差。化学融雪剂能有效地融雪化冰和防止道面结冰，但是其使用后会造成混凝土的损坏，严重地破坏四周的生态环境。

　　而发热格栅材料有其相对的优点，在加热过程中路面温度均匀，不但能达到融雪化冰的目的，发热体温度在250℃以下不会损伤混凝结构，且铺设方法比较方便。更为重要的是，和普通土工格栅性能一样，这种材料还有增强路面结构的功能，可以提高道路的使用寿命。

　　应用碳纤维发热格栅抗凝冰工程是交通部贵州省科技厅、交通厅实施的科研项目。由于贵州地区每年的冻雨时间长，地段分布广，造成经济损失大，此项目选择在贵州省贵阳遵义路段内做抗冻雨、抗凝冰试验，有非常突出的现实意义。

　　试验路段的选择主要考虑了三个方面：一是该处容易形成凝冰；二是该处路段比较容易发生交通事故，如弯道、长下坡等路况；三是附近有比较方便的电源可以使用。前两个方面主要是为了验证试验路段的抗凝冰效果，后一个方面主要是保证试验路实施的可能性。结合当地每年的路面凝冰情况，经过调研，最后选择了G75兰州——海南岛高速公路贵阳遵义段经常出现冻雨凝冰的一段下坡弯道处，作为试验路段。

　　一、施工工艺方案

　　1.抗凝冰沥青路面结构方案的确定，主要是满足路面基本功能的要求，根据试验结果、现行规范及地区公路实践经验，在设计时考虑了目前在贵州地区应用的主要的路面结构形式，对需要大修的路面加以改造，在AC-20（6cm）层顶面加铺已经编制好的高性纤维和碳纤维组成的发热格栅，拟定出了如图所示抗凝冰路面工艺结构(见图1)。

抗凝冰路面工艺结构

　　2.先去除路面旧沥青层，在AC-20（6cm）层顶面加铺已经编制好的发热维格栅，具体施工工艺是：先喷洒粘层油，再设发热格栅，成电气化配置，摊铺AC-13（4cm）层。

　　３.试验路段采用半幅路面通车。

　　图为半幅路面施工铺设发热格栅施工现场。

　　4.发热格栅融雪化冰路面结构为：AC-13（4cm）融雪化冰沥青，AC-20（6cm），AC-25（8cm），基层（原公路路基）（见图4、5）。

　　二、试验效果与能耗

　　1.兰海高速公路贵遵段抗凝冰试验，每天每平方米仅消耗1.58度电，即能达到沥青公路路面融雪化冰的目的。电费0.5元/度×1.58度=0.79元/m2，根据试验路监测数据，可以得出如下结论：一万平方米每天能耗费用小于7900元（1.5公里）。而原G75兰海高速贵遵段500米长路面经常出现冻雨凝冰的一段下坡弯道处，每天需要6个工人在路面上洒盐水和溶雪剂进行融雪化冰，洒盐水时还要堵断行车，工人也非常辛苦和危险。

　　2.在试验路表面环境温度-4℃情况下，启动沥青路面融雪化冰的自发热系统，经过45分钟加热，路面温度上升到2℃，在这个升温过程中，路面温度达到0℃后沥青路面开始融雪化冰；当路面温度上升到2℃，进行降温试验，关闭电源3小时，温度降到1℃，此时沥青路面融雪化冰系统又自动开启电源，再次对路面加热运行45分钟，路面温度上升到2℃；为此设定加热系统关闭电源3小时后，自动启动发热系统，以此循环，确保沥青路面融雪化冰正常运行；试验中试验人员还关闭电源243分钟，温度下降2.2℃，得出关闭电源超过3小时，路面降温速度加快，升温时间延长，能耗增大的降温曲线。

　　3.试验说明：降温时间应保持在3小为宜，在沥青层厚50mm以下时，功率采用330W/m2为佳，每天平均自动升温6.4次，每次升温45分钟，降温3小时，再次启动电源加热沥青路面发热系统，总计升温4.8小时/天，每天用电4.8x330W/m2=1584W/m2。

　　由于升温时间短，调试时沥青路面内发热温度设定在25℃以下，即达到确保沥青路面融雪化冰正常运行，经济效益可行，又保护了沥青路面的结构，经济效益和社会效益都很突出的目的。

　　4.主要材料发热格栅，由江苏天宇纤维有限公司生产，玄武岩纤维由浙江石金玄武岩纤维公司生产，碳纤维采用进口材料，发热格栅产品使用性能稳定、可靠，能达到融雪化冰的目的。

　　现试验路段为旧沥青路面改造，沥青层厚度4cm。为了今后路面养护和维修中不破坏发热材料，最好将发热格栅埋设在5cm以下，一般养护和维修时只去除旧沥青层厚度4cm，使今后养护和维修时不会破坏发热格栅材料，又能确保融雪化冰路段能正常养护和维修。

　　发热格栅沥青层间中的最高温度设定值：在试验路段调试时，路面环境温度为-4℃，当发热格栅沥青层间处的最高温度达到25℃时，路面温度已达到2℃以上，所以发热格栅沥青层间处的最高温度应在25℃以下，沥青层不会由于加热过程使路面沥青产生形变与剥离状况，既能达到节能、又能达到融雪化冰和保护路面结构的目的。

　　三、施工注意事项

　　安装前先要对每一发热格栅进行检测，测量电阻值范围+3%～3%，长、宽度范围+2%～2%。

　　固定发热格栅，采用绝缘塑料压板锚地法，将发热格栅固定在路基上后用沥青砂罩平，检查后再进行铺设沥青混凝土的施工。

　　在沥青混凝土浇注后，应及时检测发热格栅的电阻值和绝缘值。

　　发热格栅安装完成后，应在施工图中标注电缆线接点实际铺设位置和间距，并妥善保管好施工图。

　　在发热格栅施工中，与发热格栅施工相关的土建工程质量和方法，直接影响到融雪化冰工程的质量和寿命，因此土建施工和发热格栅施工一定要相互配合，密切合作。

　　四、发展前景与应用

　　我国广大地区的高速公路、城市道路、港口码头和机场等混凝土路面、沥青路面、人行道、台阶、人行天桥、旅游通道，因冬季降雪结冰,给道路畅通和行车、行人安全带来了严重的影响，甚至造成道路和机场关闭,导致客货运输的大面积瘫痪。为了保障道路畅通和行车、行人安全，在恶劣的冰雪气候条件下最大限度地改善道路状况, 需要采取措施对各种路面进行融雪化冰，融雪化冰发热格栅新材料大有用武之地

　　武汉理工大学、江苏天宇纤维公司，浙江石金玄武岩纤维有限公司等共同开发的路面融雪化冰新产品，采用碳纤维—高性能纤维发热格栅作为电发热体的新技术新工艺，为市场提供新一代智能化融雪化冰新材料，积极推广发热格栅在路面融雪化冰技术中应用，服务于现代交通运输业、为防治交通冰雪灾害做贡献。

　　应大力推广发热格栅的应用领域，比如，在机场跑道上进行融雪化冰大有发展前景；积极开发东北、西北高速路进出口融雪化冰，有很好经济和社会效益；推广发热格栅融雪化冰在公共设施、民居工程上应用，具有非常好的发展空间；积极推广发热格栅技术在地暖产业产品上的应用，特别在住房地暖、现代农业阳光大棚地暖、水产养殖工程上的地暖，开发与应用前景也十分光明。

　　因路面结冰导致的生命及财产损失不可估量，发热格栅自动融雪化冰技术主要应用于道路、机场、港口码头、公共场所等地，及时进行融雪化冰，确保出行安全，社会效益和经济效益十分显著。