用于公路桥梁融雪除冰的导电混凝土研究现状

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多相复合导电混凝土融雪化冰性能与力学性能研究

多相复合导电混凝土融雪化冰性能与力学性能研究
卜盾乙．奚
（江西省交通科学研究院，江西
进
南昌３３０２００）
摘
要：冬季公路桥梁积雪结冰给人们的出行带来严重不便，为解决冬季道路桥梁积雪结冰导致
交通瘫痪的问题．本文研究由碳纤维、钢纤维和石墨组成的多相复合导电混凝土的融雪化冰性能
以及力学性能。试验表明，将多相复合导电混凝土用于道路及桥面融雪化冰中，能最大程度上减
轻冰雪对道路交通的影响。
关键词：多相复合导电混凝土；融雪化冰；力学｝生能；冻融
０前
言
案，优化施工工艺，将导电混凝土用于道路及桥面
融雪化冰中，最大程度上减轻冰雪对道路交通的影
间产生相互接触而形成导电粒子链，产生的粒子导电行为。石墨作为导电性填料可明显改善水泥混凝土的导电性能。同时，钢纤维和碳纤维可在导电
械除冰通常是配合融雪剂除冰，由于冰层和路面之间的粘结力很大，路面或桥面表层处的结冰往往难以彻底清除，在机械破除表层的过程中也会对路面造成一定的破坏，同时也耗费大量的人力、物力和财力。为此，世界各国相关交通部门进行了积极探索。研究出许多抑制、控制或消除冰雪的技术和方法，诸如太阳能蓄热、地热管法、电缆加热、热流体、
表３所示。１．２配合比设计
加导电性材料的混凝土，使电能转化为热能，将道路表面加热到０ ℃以上，达到融化冰雪的目的。本文通过对导电混凝土研究，选择良好的导电性材料，确定最佳试验配比，制定切实可行的现场施工方

浇注式导电沥青混凝土路用性能融雪效果评价

d o i :10.3963/j.i s s n .1674-6066.2022.01.011浇注式导电沥青混凝土路用性能融雪效果评价王祎宾1,董罗超1,刘峰2,曹新建3(1.华北水利水电大学土木与交通学院,郑州450045;2.黄河工程咨询监理有限责任公司,郑州450045;3.安徽省引江济淮集团有限公司,合肥230001)摘要: 为解决冬季严寒地区道路存在结冰积雪导致的交通事故问题,依据电流热效应(焦耳定律),采用A C -10级配设计浇注式导电沥青混凝土,在持续通电条件下使路面升温,从而达到消除积雪的目的㊂研究结果表明:碳纤维掺量为0.4%,石墨烯掺量为0.5%,油石比为10.5%时,制备出的车辙板试件动稳定度为1089次/mm ,小梁试件弯曲极限应变为8.56ˑ10-9;车辙板试件电阻为336Ω,输入功率为7.44W 时温度升高为5.3ħ,融冰雪效率为78.85%㊂最佳掺量为碳纤维0.4%+石墨烯0.5%的沥青混凝土发热及融冰雪效率最佳,高温稳定性及低温抗裂性能显著提高㊂关键词: 浇注式; 导电沥青混凝土; 路用性能; 融雪化冰E v a l u a t i o no f S n o w M e l t i n g Ef f e c t o nR o a dP e r f o r m a n c e o f P o u r i ng C o n d u c t i v eA s ph a l tC o n c r e t e WA N GY i -b i n 1,D O N GL u o -c h a o 1,L I UF e n g 2,C A OX i n -ji a n 3(1.S c h o o l o fC i v i l E n g i n e e r i n g a n dC o mm u n i c a t i o n ,N o r t hC h i n aU n i v e r s i t y ofW a t e rR e s o u r c e s a n dE l e c t r i cP o w e r ,Z h e n g z h o u450045,C h i n a ;2.Y e l l o w R i v e rE n g i n e e r i n g C o n s u l t i n g C o ,L t d ,Z h e n g z h o u450045,C h i n a ;3.A n h u i P r o v i n c i a lG r o u p L i m i t e d f o rY a n g t z e -t o -h u a i h eW a t e rD i v e r s i o n ,H e f e i 230001,C h i n a )A b s t r a c t : I no r d e r t o s o l v e t h e t r a f f i c a c c i d e n t s c a u s e db y i c e a n d s n o wo n r o a d s i n c o l d r e g i o n s i nw i n t e r ,a c c o r d i n gt o t h e c u r r e n t h e a t e f f e c t (J o u l e 's l a w ),c a s t a b l e c o n d u c t i v e a s p h a l t c o n c r e t ew i t hA C -10g r a d a t i o nw a s d e s i g n e d t oh e a t u p t h e r o a d s u r f a c eu n d e r t h e c o n d i t i o no f c o n t i n u o u s e l e c t r i c i t y ,s o a s t o a c h i e v e t h e p u r p o s e o f e l i m i n a t i n g sn o w.T h e r e s u l t s s h o wt h a tw h e n t h e c o n t e n t o f c a r b o nf i b e r i s0.4%,t h ec o n t e n t o f g r a ph e n e i s0.5%,a n dt h e r a t i oo f o i l t o s t o n e i s 10.5%,t h e d y n a m i c s t a b i l i t y o f t h e r u t p l a t e s p e c i m e nw a s 1089(t i m e s /mm ),a n d t h e b e n d i n gl i m i t s t r a i n o f t r a b e c u l a rs p e c i m e n w a s8.56ˑ10-9.T h er e s i s t a n c eo f t h er u tb o a r ds p e c i m e n w a s336Ω,t h e t e m p e r a t u r er o s e t o 5.3ħw h e n t h e i n p u t p o w e rw a s 7.44W ,a n d t h em e l t i n g e f f i c i e n c y w a s 78.85%.T h e r e f o r e ,t h e a s p h a l t c o n c r e t ew i t h t h eb e s t c o n t e n t o f 0.4%c a r b o n f i b e r +0.5%g r a p h e n eh a s t h eb e s t h e a t i n g a n dm e l t i n g e f f i c i e n c y ,a n d i t sh i g ht e m -p e r a t u r e s t a b i l i t y a n d l o wt e m p e r a t u r e c r a c k r e s i s t a n c e a r e i m pr o v e d .K e y wo r d s : p o u r i n g ; c o n d u c t i v e a s p h a l t c o n c r e t e ; r o a d p e r f o r m a n c e ; m e l t i n g s n o wa n d i c e 收稿日期:2021-12-22.作者简介:王祎宾(1996-),硕士生.E -m a i l :1051659321@q q.c o m 在冬季我国大多数地区处于零下的低温区且存在道路结冰积雪问题,严重危及行车安全㊂据相关数据显示,因道路结冰积雪而造成的交通事故数量占比为15%㊂传统的除冰雪技术包括撒布氯盐㊁机械铲雪㊁人工扫雪等方法[1],存在除雪效率低下且工作安全性低等问题,同时对环境和路面造成了不可逆的损害㊂相关研究发现,在沥青混合料中加入导电材料,能够增强高温稳定性和低温抗裂性,在电流持续输入条件下能够升温融化积雪,提高行车安全㊂葛琪[2]等发现碳纤维掺量超过0.5%时,成型试件的电阻率降低程度已不明显,过大掺量反而会影响路用性能㊂谭忆秋[3]等发现碳纤维掺量为0.4%时,试件伏安特性曲线已经具有比较好的线性关系㊂石墨烯作为优异的非金属导电材料,当掺量达到0.5%时就已具备优良的导电性能和路用性能㊂论文通过刘埃尔流动性试验㊁贯入度及贯入度增量试验㊁高温车辙试验及低温弯曲试验研究混合料建材世界 2022年第43卷第1期的路用性能,通过车辙板通电升温试验研究混合料的发热升温融冰雪性能㊂1 浇导沥青混凝土制备1.1 浇导沥青混凝土配合比设计浇导沥青混凝土设计级配为A C -10,根据‘公路钢箱梁桥面铺装设计与施工指南“规范规定:浇导沥青混凝土需要满足高温稳定性贯入度试验60ħ贯入度值1~4mm ;贯入度增量ɤ0.4mm ;施工和易性指标刘埃尔试验流动性ɤ20s ;弯曲极限应变ȡ7ˑ10-9;动稳定度ȡ300次/mm ㊂配制的浇注式导电沥青混凝土A C -10设计级配要求如表1所示㊂表1 A C -10级配要求筛孔/mm 13.29.454.752.361.180.60.30.150.075通过率/%10080~10063~8048~6338~5232~4627~4024~3620~30中值级配1009071.555.5453933.530251.2 浇导沥青混凝土试件成型工艺浇导沥青混凝土细骨料占比较大,最大公称粒径不超过10c m ,类似于自密实混凝土有较小的孔隙率,需要满足流动性㊁贯入度及贯入度增量技术指标要求㊂因此,浇注式导电沥青混凝土的油石比高达8.5%~11.5%,综合具体实际工程情况,油石比取中值10.5%,矿粉的含量占比为25%㊂将沥青混合料搅拌锅升温至240~260ħ搅拌45m i n,利用自身流动性,将搅拌完成的沥青混合料倒入模具,使用刮刀轻轻刮平表面㊂2 浇导沥青混凝土路用性能分析2.1 浇导沥青混凝土路用性能试验采用碳纤维掺量0.3%㊁0.4%㊁0.5%(矿料质量分数),石墨烯掺量0.4%㊁0.5%㊁0.6%(沥青质量分数),通过九组交叉试验成型车辙板和贯入度试件进行路用性能研究㊂通过刘埃尔流动性试验来评价沥青混合料的流动性;另外成型贯入度试件和车辙板试件,进行贯入度试验㊁贯入度增量试验㊁车辙试验评价沥青混合料的高温稳定性;利用切割车辙板得到小梁试件,进行低温弯曲试验评价沥青混合料低温抗裂性[4]㊂试验结果如表2所示㊂表2 浇导沥青混凝土试验结果试验参数贯入度/mm 贯入度增量/mm流动性/s 弯曲极限应变/ˑ10-9动稳定度/(次㊃mm -1)碳纤维0.3%石墨烯0.4%3.130.4215.27.691006石墨烯0.5%3.200.3915.77.45988石墨烯0.6%3.280.3716.37.26965碳纤维0.4%石墨烯0.4%2.540.3111.18.771103石墨烯0.5%2.630.2812.68.561089石墨烯0.6%2.710.2613.28.231057碳纤维0.5%石墨烯0.4%1.980.208.79.911198石墨烯0.5%2.060.178.99.671187石墨烯0.6%2.130.159.49.3211522.2 路用性能试验结果分析由表2可知:1)当石墨烯掺量为0.4%,碳纤维掺量每增加0.1%时,贯入度分别降低18.8%和22.0%;贯入度增量分别降低26.2%和35.5%;流动性分别降低27.0%和21.6%;弯曲极限应变分别增大14.0%和13.0%;动稳定度分别增大9.6%和8.6%㊂2)当石墨烯掺量为0.5%,碳纤维掺量每增加0.1%时,贯入度分别降低17.8%和21.7%;贯入度增量建材世界 2022年第43卷第1期分别降低28.2%和39.2%;流动性分别降低19.7%和29.4%;弯曲极限应变分别增大14.9%和13.0%;动稳定度分别增大10.2%和9.0%㊂3)当石墨烯掺量为0.6%,碳纤维掺量每增加0.1%时,贯入度分别降低17.4%和21.4%;贯入度增量分别降低29.7%和42.3%;流动性分别降低19.0%和28.8%;弯曲极限应变分别增大13.3%和13.2%;动稳定度分别增大9.5%和9.0%㊂综上所述,碳纤维能够将沥青与矿料紧紧联系在一起,增强浇注式导电沥青混凝土的强度㊂由于碳纤维吸附大量沥青,随着碳纤维掺量的增加,混合料的贯入度㊁贯入度增量及流动性降低,弯曲极限应变和动稳定度增大㊂3浇导沥青混凝土升温融冰雪性能分析3.1浇导沥青混凝土融冰雪试验根据路用性能试验结果,选用碳纤维0.3%+石墨烯0.4%㊁碳纤维0.4%+石墨烯0.5%及碳纤维0.5%+石墨烯0.6%,三种组合成型车辙板试件,利用低温恒温试验箱进行车辙板升温[5]及融冰雪试验[6]㊂试验结果如表3㊁表4所示㊂表3车辙板升温发热效率碳纤维/ %石墨烯/%电阻/Ω输入功率/W总热量/k J试件比热容/(J(k g㊃K)-1)升高温度/ħ试件蓄热能量/k J发热效率/%碳纤维/%0.30.43397.3339.58818.903.722.1155.820.3 0.40.53367.4440.18871.135.331.5778.850.4 0.50.62599.1649.46849.906.033.2967.490.5表4车辙板升温融冰效率掺量/%碳纤维0.3+石墨烯0.4碳纤维0.4+石墨烯0.5碳纤维0.5+石墨烯0.6电阻339336259通电时间/s312002700023400输入功率/W7.337.449.16总热量/k J228.70200.88214.29耗电量/度0.0640.0560.060试件质量/k g7.296.977.05试件升高温度/ħ9.28.98.1冰升高温度/ħ5.05.05.0试件蓄热能量/k J54.9454.0548.54冰升温耗能/k J3.083.083.08冰化水耗能/k J100.564.364.3融冰效率/%43.9450.0346.90冰质量/k g0.300.300.303.2融冰雪试验结果分析由表3㊁表4可知:1)浇导沥青混凝土的发热效率与导电材料掺量㊁输入功率等有关,三组车辙板输入功率分别为7.33W㊁7.44W㊁9.16W,相同时间内升高温度分别为3.7ħ㊁5.3ħ㊁6.0ħ㊂2)碳纤维0.3%+石墨烯0.4%㊁碳纤维0.4%+石墨烯0.5%㊁碳纤维0.5%+石墨烯0.6%的发热效率分别为55.82%㊁78.85%㊁67.49%,其中碳纤维0.4%+石墨烯0.5%掺量下试件发热效果较好;碳纤维0.3%+石墨烯0.4%㊁碳纤维0.4%+石墨烯0.5%㊁碳纤维0.5%+石墨烯0.6%的融冰效率分别为建材世界2022年第43卷第1期建材世界2022年第43卷第1期43.94%㊁50.03%㊁46.90%,其中碳纤维0.4%+石墨烯0.5%掺量下试件融冰效果较好㊂综合考虑推荐选择碳纤维掺量为0.4%,石墨烯掺量为0.5%㊂4结论a.当石墨烯的掺量为0.5%,碳纤维掺量为0.4%时,车辙板试件动稳定度为1089次/mm,小梁试件弯曲极限应变为8.56ˑ10-9,浇导沥青混凝土高温稳定性和低温抗裂性显著提升㊂b.当输入功率为7.44W,石墨烯0.5%+碳纤维0.4%时,试件发热效率和融冰效率最高,分别为78.85%和50.03%㊂c.综合路用性能㊁发热效率及融冰雪效率,石墨烯和碳纤维最佳掺量分别为0.5%和0.4%㊂参考文献[1]蒋建国,张学磊,刘小明,等.导电沥青混凝土路用性能影响因素的灰关联分析[J].铁道科学与工程学报,2015,12(4):784-789.[2]葛琪,遇道欣.石墨纤维沥青混凝土融雪路面导电效率研究[J].交通科技与经济,2020,22(4):57-60.[3]谭忆秋,刘凯,王英园.碳纤维/石墨烯导电沥青混凝土的非线性伏安特性[J].建筑材料学报,2019,22(2):278-283.[4]朱泽远,王卓然,段建平,等.钢纤维对导电沥青混凝土路面性能的影响[J].混凝土与水泥制品,2018(3):54-57.[5]黄维蓉,杨玉柱,宋鹏,等.石墨烯-碳纤维导电沥青混凝土电热性能研究[J].化工新型材料,2021,49(8):269-273.[6]郑少鹏,程志豪,房锐,等.导电沥青混凝土在道路工程融雪化冰应用中的问题探讨[J].公路交通科技(应用技术版),2015,11(2):77-79.(上接第32页)[18]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.G B/T12988 2009无机地面材料耐磨性能试验方法[S].北京:中国标准出版社,2009.[19]汪源,魏凯,汪苏平,等.预拌耐冲磨透水混凝土及其性能研究[J].新型建筑材料,2020,47(3):15-19.[20]谢迁,周顺鄂,李琪,等.废旧轮胎橡胶粉对透水混凝土性能的影响研究[J].新型建筑材料,2017,44(12):41-44.[21]K h a n k h a j eE,R a f i e i z o n o o zM,S a l i m M R,e t a l.S u s t a i n a b l eC l e a nP e r v i o u sC o n c r e t eP a v e m e n tP r o d u c t i o n I n c o r p o r a t i n gP a l m O i l F u e lA s ha sC e m e n tR e p l a c e m e n t[J].C o n s t r u c t i o na n dB u i l d i n g M a t e r i a l s,2018,172:1476-1485.[22]张卫东,王振波,张渊.透水再生混凝土抗压及耐磨性能试验研究[J].混凝土,2019(3):147-152.[23]I p e kS,D i r iA,M e r m e r d a sK.R e c y c l i n g t h eL o w-d e n s i t y P o l y e t h y l e n eP e l l e t s i nt h eP e r v i o u sC o n c r e t eP r o d u c t i o n[J].J o u r n a l o fM a t e r i a l C y c l e s a n d W a s t eM a n a g e m e n t,2021,23(1):272-287.[24]郭磊,刘思源,陈守开,等.纤维改性再生骨料透水混凝土力学性能透水性和耐磨性研究[J].农业工程学报,2019,35(2):153-160.[25]O zH O.P r o p e r t i e so fP e r v i o u sC o n c r e t e sP a r t i a l l y I n c o r p o r a t i n g A c i d i cP u m i c ea sC o a r s eA g g r e g a t e[J].C o n s t r u c t i o na n dB u i l d i n g M a t e r i a l s,2018,166:601-609.[26]E l-h a s s a n H,K i a n m e h rP,Z o u a o u i S.P r o p e r t i e so fP e r v i o u sC o n c r e t e I n c o r p o r a t i n g R e c y c l e dC o n c r e t eA g g r e g a t e sa n dS a l g[[J].C o n s t r u c t i o na n dB u i l d i n g M a t e r i a l s,2019,212:164-175.[27]A k k a y aA,C a g a t a y iH.E x p e r i m e n t a l I n v e s t i g a t i o no f t h eU s eo fP e r v i o u sC o n c r e t eo n H i g h V o l u m eR o a d s[[J].C o n-s t r u c t i o na n dB u i l d i n g M a t e r i a l s,2021,279:12243.。

道路融雪除冰技术现状与发展趋势分析_喻文兵

文章编号:1000-0240(2011)04-0933-08道路融雪除冰技术现状与发展趋势分析收稿日期:2011-04-02;修订日期:2011-05-11基金项目:国家自然科学基金项目(50976120;41071048);中国科学院"百人计划"项目;冻土工程国家重点实验室自选项目(Y0S F101001)资助作者简介:喻文兵(1973-),男,重庆永川人,研究员,2003年在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所获博士学位,现主要从事寒区工程与环境相关研究.E -m ail:yu wb @喻文兵, 李双洋, 冯文杰, 易鑫(中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室,甘肃兰州 730000)摘要:路面积雪结冰给交通和行车安全造成严重威胁.欧美、日本等国在道路融冰化雪技术研究及应用方面做了大量的工作,我国在这方面的研究非常薄弱.总结分析了国内外道路融冰雪技术的现状及发展方向,可以看出:使用融雪剂和机械除冰雪是普遍的方法,但存在环境污染和不能及时清除的弊端.地热、电热、改进路面材料等主动方法不普遍,处于研究和小范围试验使用阶段.在当前技术条件下,我国应对冰雪灾害天气的对策:1)交通管理部门应提前制定融雪化冰计划,加强重点路段、桥段的冬季养护;2)发展健全道路冰雪灾害气象预警系统;3)开展环保、智能融雪防冰技术研究.通过科学应对,可以减少我国北方寒区及南方冻雨区的交通拥堵和交通事故.关键词:路面;结冰;融雪技术;冻雨中图分类号:U 418文献标识码:A0 引言道路冰雪灾害给全球多个国家每年带来重大损失.我国北方寒区及南方冻雨区每年道路积雪结冰现象严重,造成了严重的交通拥堵和诱发了一系列交通事故.据不完全统计,2010-2011年的冬季,仅贵州、四川、湖南三省因桥面结冰而引发的恶性交通事故就达8起;2005年交通部的统计数据表明,有冰雪月份的交通事故最多,其他月份相对较少[1].道桥积雪结冰还往往伴随着巨大的经济损失,这方面的报道更是屡见纸端.1996年1月,美国东北部由于暴风雪交通中断4d,直接经济损失达100 108美元.2005年11月,德国西北部连续降雪,导致2000多起交通事故,直接经济损失达1 108欧元.2005年12月,山东威海、烟台等地遭遇一次持续15d 特大暴风雪,直接经济损失达3 7 108元[2].2008年南方冻雨的直接经济损失达62 108元.正因为道路积雪结冰的危害严重,世界各国都展开了大量的融冰化雪技术研究.总的来说融冰除雪方法可分为:清除法和融化法两大类,其中清除法分为人工清除法(人工机械,人工撒盐、沙子)和机械清除法(除雪机械),融化法分为化学融化法(融雪剂,降低冰点的路面材料)和热融化法(地热、太阳能、电热、导电混凝土、红外线等).经过近60a 的研究,这些技术取得了不错效果,但也存在诸如环境污染、成本过高、使用条件限制等问题.环保、高效的融冰除雪技术还在不断的探索中.我国目前使用的方法仅限在使用融雪剂和机械这两个方面,且很多地方也是机械设备配备不足,撒融雪剂也是靠人工进行,冬季养护缺乏系统规划,道路冰雪预报严重不足,这对冬季保障交通是不利的.在热力融雪化冰方面,我国的研究还处于起步阶段,实际应用更是未见报道.我们对最新的研究成果进行总结分析,以期为我国道路冰冻灾害防治提供借鉴.1 融雪剂使用状况及发展趋势使用融雪剂是目前各国使用最广的一种融雪化冰方法.融雪剂主要分为氯盐型、非氯盐型和混合型三大类,基本原理是融雪剂可以降低溶剂(雪水)第33卷第4期2011年8月冰川冻土JOU RN A L OF GL A CIO L OG Y A N D GEO CRY O LO GYV ol.33 N o.4A ug.2011的蒸汽压,从而使整个溶液的凝固点(冰点)降低.国外于20世纪30年代开始使用融雪剂,主要集中氯盐,氯化钠用量最多.目前,美国有5种通用融雪剂,其中3种是氯盐(氯化钠、氯化钙、氯化钾),另两种为非氯盐型(乙酸镁钙和尿素),但后者由于效率低、用量大、费用高,未能得到广泛应用.日本于20世纪60年代开始使用氯化钠,1995年开始使用氯化钙[2-3].我国撒盐融雪有近30a历史,最初采用氯化钠,到2000年以后才逐渐采用氯化钙、氯化钾、氯化镁等融雪剂,而且使用量呈现明显增长趋势.以北京市为例,自2002年以来,每年平均融雪剂用量为8000~10000t,2010年更是达到3.5 104t;但在2011年北京市大大减少了融雪剂的使用,投入3.9 108元购置了大量清雪除冰机械,机械化除雪作业率达90%[4].沈阳等地也开始逐渐降低融雪剂的使用.这是适应环保要求的良性改变,在有条件的城市应该提高除冰除雪的机械化程度.融雪剂是双刃剑,除雪融冰的同时给环境、建筑物、植被等产生了不利影响.氯盐融雪剂对路面结构(钢筋、混凝土、沥青等)具有强烈的腐蚀性,通常在10~15a之内就会严重破坏桥梁结构,是目前威胁道桥安全的主因之一.每使用1t融雪剂,就会造成615美元道桥腐蚀损失、113美元车辆腐蚀损失和75美元植物腐蚀损失[5].鉴于氯盐融雪剂的诸多负面作用,世界各国制定了相应的技术规范与约束制度.研发型环保型融雪剂是解决这一问题的发展方向.新型环保型融雪剂是添加非氯化物缓释剂来达到融雪除冰的目的.郭金禹等[6]确定了磷酸二氢锌-钨酸钠-硫脲-十二烷基苯磺酸钠作为优化的缓蚀剂组方,添加缓蚀剂以后的氯化钙融雪剂融冰速率无明显变化,对碳钢、混凝土的腐蚀性大幅降低,是高效缓蚀型融冰雪产品.融雪剂的开发经历了单一的食盐型、氯化钙型到现今的非氯化物型、复合防腐蚀型,其特点是从单一成分改进为多组分的复合融雪剂;改变传统的无机融雪剂,开发有机融雪剂;在资源上采用制酯、糖工业废水,纸浆工业废液及城市垃圾等[7].徐英梅等[8]选择可生物降解的、低成本的醋酸废液(木醋液)为原料,研究了制备低成本的CM A类融雪剂的工艺方法,所得产品为低碳混合羧酸钙镁盐,通过对融雪剂的一系列性能试验表明,其融雪温度低,融雪效率高,对金属、花草等基本无腐蚀和损害,各方面的性能均优于氯化钠等氯盐融雪剂.林永波等[9]研究开发显色环保型融雪剂,添加了缓蚀剂和对植物生长有益的植物钙剂,能够减少对金属、路面、植物等的腐蚀,并根据融雪剂颜色的变化,控制融雪剂用量.2机械法使用状况及发展趋势机械法是通过机械对冰雪的直接作用而解除冰雪危害的一种方法,这是人类传统的除雪方法,也是迄今为止应用最为广泛的.研制性能优越的除雪机械成为世界上冬季降雪国家的一个重要课题.除雪机的种类很多,可按工作原理、使用范围、底盘形式和行走方式的不同进行分类[10]:按工作原理分类根据除雪机械工作原理的不同可以把除雪机分为推移式、螺旋转子式(抛投式)、滚压式、铲剁式、锤击式5种;其中推移式又可分为铲刀(刮刀)式、前置侧铲式、V型除雪犁、除雪卡车等;螺旋转子式又可分为铣刀转子式和叶轮转子式两种.按用途分类按照除雪机械的用途可把除雪机分为泛用除雪机、人行道除雪机、铁道除雪机和高速公路除雪机4种.按底盘分类根据除雪机械的底盘不同可以把除雪机分为专用底盘和兼用底盘两种.按行走机构分类根据除雪机械的底盘差异可以把除雪机分为轮胎式和履带式两种.在实际工作中,人们习惯上将除雪机主要分为犁式除雪机和旋切式除雪机.目前,从除雪的作业过程来看,除雪机理、技术方法已趋于成熟,但在具体工作过程中,往往受到路面状况、雪层薄厚、气温高低等条件的限制,使用一种机械难以清除不同路面的冰雪,从而使除雪机的应用存在许多局限性.国外发达国家除雪机的品种规格较为齐全.近年来,由于社会对冬季道路养护提出了更高要求,各类除雪机的保有量在发达国家迅速增长,在性能方面朝着自动化和一机多能方面发展.一些大型专用除雪机也开始使用,德国SCH M IDT公司T S4抛投式除雪机可以1h处理6000t雪.发展趋势有以下几方面[11]:1)开发高性能专用底盘,普遍采用液力矩器、动力换档装置和全自动电液控制系统.可在除雪作业时实现自动变速档功能,使作业速度自动适应除雪作业负荷变化,不仅减轻了司机的负担,还能保证高速除雪的要求;2)开发多功能除雪车.如在除雪车上搭载滑雪装置、高雪堤除理装置、药剂撒面装置等多种作业装置,以提高作业效率和减少更换除雪装置的时间;3)由于从城市向郊外运雪费用较大,国外在开发高效率装雪机械的934冰川冻土 33卷同时,还将研制用气体进行一次除雪的装置;4)重视除雪机械的工作对象雪的研究.对雪的物理性质进行较深入的研究,为设计上充分利用理论进行指导,摆脱目前主要靠实验校核机械性能的做法;5)提高机械的效率及安全性、操纵性和舒适性是近年来日本生产除雪机械的显著技术动向.中国除雪机械的研制起步较晚,真正的研制与开发是从1980年代以后,随着改革开放的不断深入,道路的不断升级与新建,各种机动车辆猛增而开始的,先后有十几种型号的样机被生产出来,在除雪作业中发挥了一定的作用.关明慧等[12]对利用微波加热原理清除道路结冰进行探索研究,并设计出了专门用于清除道路积冰的微波除冰机原理图.刘长生[13]针对南方冻雨凝冻结冰的特点,对振动除冰滚筒、除冰羊角、振动液压系统以及振动轴和偏心块式振动机构进行了比较详细的理论分析设计计算.2010年胡雅灵[10]研制出了一种多功能除雪铲,该技术是为满足高寒地区道路冬季除雪的需要而设计的.它适宜安装在多种车型的前端,除雪铲可以上、下、左、右自如摆动,梳状铲式破冰器能自动收回或放下.它适应各种除雪的场合,能够彻底快速清除路面的积雪与冰层.科技的不断发展为除雪机械的发展提供了技术条件.机、电、液一体化高新科技成果不断地被应用到除雪机械上,电脑和高灵敏传感器等现代高新技术在养护机械的各种装置和机具的操纵、计量、控制报警、排障和作业智能化等方面得到了推广应用[14].这些高新技术的应用将使除雪机更加可靠、多能和高度自动化.多功能化、自动化和安全舒适化是今后除雪机械的发展方向.3 热力融雪化冰技术现状及发展趋势热力融雪化冰技术是一种主动预防和清除道路积雪结冰的方法,其原理是利用外界提供的热能对路面进行加热,使路面温度高于0 ,从而防治道路积雪结冰.根据热能的性质不同可以分为地热、电能、红外线、太阳能等融雪化冰技术.3.1 地热加热系统地热的形式可以是浅层土壤内的热能,或者是地下热水、蒸气.土壤蓄积的热能通过热管传送到地面,地下热水或蒸气通过循环管路输送到地面对地面进行加热.利用地热融雪除冰技术在欧洲、美国、日本、阿根廷、加拿大相对比较普遍,目前在我国还未见有使用的报道.3.1.1 热管技术利用地热的热管技术原理是利用浅层地热能对热管进行加热,由热管内的工质将热量送往路面,使其表面温度高于0 ,从而达到融雪化冰的目的(图1).这种技术最早于1969年在美国新泽西的T renton 道路上进行试验[15],管道埋于路面下5cm,垂直管道间距60cm.在冬季,2m 左右深度的地温为8.8~13.8 ;暴风雪天气管道内循环不冻液温度为4.4~11.1 .在空气温度为- 6.7~1.7 时,融雪速率为0.6~1.25cm h -1.后来这一试验结果被用于另外的试验项目,这次试验的内容是考察垂直或者重力热棒的效率,其工作介质由原来的乙烯乙二醇混合物换为氟利昂和氨.1 1比例的试验在西弗吉尼亚橡树山一个公路坡道和国怀俄明州夏延附近的两个坡道上进行[16],这两个坡道坡度达7%,试验共计使用了177根热棒用于加热984m 2的路面.每根热管有30m 长的蒸发段和多支管冷凝段(共计36m),试验路段的地温为12.2 ,系统运行效果理想.两个设计更加细致的热管融化路面积雪地试验工程分别在1976年和1980年在拉腊的Sy bille 峡谷和春溪桥实施了,并进行了长期观测.类似的热管系统在日本和科罗拉多Glenw oo d Springs 进行了测试,科罗拉多Glen -w ood Spring s 的系统加热采用水井替代了地源[15].图1 利用地下热能的热管加热路面示意图Fig.1 A bridged general view of pavementheated by heat pipes3.1.2 地热流体加热技术地热流体加热技术将地下热水和地热蒸气用管道输送到路面或者直接将热水流过路表面进行加热融雪化冰.日本福井市曾将地下热水直接喷撒在路面上用于滑雪除冰,地下水初始温度约15 ,在经过埋设在人行到下的换热管道时温度降低到了7.2 .在融化了人行道上的积雪后,热水喷洒到9354期喻文兵等:道路融雪除冰技术现状与发展趋势分析临近的路面上.这种方法容易引起路基沉降,流水需要进行收集,使用的环境温度不能过低,否则流水结冰会引起更严重的问题.因此在1990年后,日本开始采用其他热能加热方式进行路面融雪除冰.2005年前整个日本安装管道地热融雪系统数量已经超过了25套,这些系统大都安装在停车场、公路坡道和人行道上.札幌早在1966开始利用地下水加热道路,该系统最早使用钢管,于1973年更换为聚丁烯塑料管,地下热水进入管道的温度达76 ~81 .位于Ninohe市的Gaia道路融雪系统采用3根外径89mm、长度150.2m的同轴套管换热器,热泵机组由一台15kW电机和两台0.75kW 循环泵驱动.加热管道采用16mm内径聚丁烯管,埋设于沥青混凝土下10cm位置,间隔20cm,整个系统的热功率为50kW.系统已经成功运行了多年,比电缆加热方式相比节能超过20%[2].美国是最早使用地下热水加热路面的国家,在1948年俄勒冈州克拉马斯安装了地热融雪系统.该系统最早期使用铁管,水泥路面长度约137m.融雪管道采用直径1.8cm的铁管,埋深7.5cm,管道间距45 cm,防冻剂采用40%乙二醇水溶液,循环流量约300t s-1.系统热源来自附近的地热井,供水温度约为37.7~54.4 ,在循环终端降低为-1.1 ~1.7 .由于管网腐蚀渗漏,该系统运行了近50 a后于1997年停止服务;1998年进行改造,将原混凝土路面和桥板拆除,加入碎石基层.融雪管道换用1.8cm聚乙烯管,与路面加筋钢筋并行,以得到保护.整个改造成本为43 104美元,预计年维护费用为500美元,年运行成本为3000美元[15]. 2003年俄勒冈州交通运输部投资130万美元,改建克拉马斯福尔斯市的Eberlien街桥和W all街桥,其中Wall街桥由于坡度13.25%,采用了地热能融雪系统,整个系统管路建设与机械装置成本分别为17 104和 3.6 104美元.该系统的总融雪面积960m2,其中桥面与人行道面积为346m2,设计融雪热负荷为189W m-2.热源由附近的换热站提供,换热装置为316型不锈钢板式换热器,热功率174kW,工作压力1.03M Pa.此外,俄勒冈市技术学院也在其综合主楼前的梯型道路上安装了一套融雪系[2].在阿根廷Co pahue-Caviahue地热区,地热蒸气被用于加热城市道路和一条通往Villa Co pahue滑雪场的道路[17].地热蒸气来源于深达1400m的地热井,蒸气通过2.6km的管道运送到城市路面下.该区冬季气温最低约为-12 ,风速可达160km h-1,平均降雪厚度为32.5cm.利用地热蒸气加热冬季路面温度可持续在12.2~ 16 1 .波兰在1998年建成了一个利用地下热水的机场道路融雪系统,平均温度为68 ,流量为50~150m3 h-1.考虑到温带海洋性气候的影响,系统设计参数如下:相对湿度80%,平均降雪2 m m h-1,平均风速3.4m s-1.系统最大热负荷为200W m-2,进出水温度分别为55 和25 .当系统处于待融状态时,热负荷维持为100W m-2,进出水温度分别为30 和5 .系统流量恒定为 5.7L m-2 h-1.融雪管道采用DN20H DPE管,间距250mm,埋深80~100mm,防冻剂采用乙二醇溶液.冰岛是一个地热资源十分丰富,截至2000年冰岛地热能道路融雪系统的安装面积已经超过3.5 106m2.地热水的利用比例约占33%.3.2 非地热加热系统非地热加热系统是指管道循环系统的热量来自地热以外的热能,如:城市供水余热,生活废水、燃气加热等.弗吉尼亚交通部在阿默斯特县建立了一座非地热热源系统的桥梁,该桥用燃烧丙烷为热源,加热丙稀乙二醇与水的混和抗冻循环系统,由此循环系统将热量送往热棒底部的蒸发端,再由热棒里的工质将热量送往桥面(图2).早期的工质为氟利昂,热效率较低,在1999年的时候更换为氨.整个桥长约35m,宽约13m,使用了约3.2km长的钢管,和241根热桩.整个加热系统造价为18 15 104美元,占总造价的27.3%.冰冻利用城市居民生活废水来加热城市道路.Rauber[18]报道瑞士在8号公路的一座桥梁进行了太阳能融雪试验项目,该项目的目的是收集夏天桥面因太阳辐射产生的热量并将之储存起来,冬季利用储存的能量加热桥面防止结冰.整个系统由埋设在1300m2桥面下的热交换管道、地下蓄热池、水力循环系统组成,包括前期研究费用在内的总造价约为300 104美元,这一技术目前还不够成熟.王庆艳[19]对太阳能-土壤蓄热融雪系统融雪机理进行了分析,得出了融雪过程中温度场和相界面移动规律;刘益青等[20]对太阳能-土壤蓄热技术用于公路融冰的经济及环境效益进行了分析,建议推广使用此技术;王华军等[21]进行了阳能-地热道路融雪系统路面传热特性的数值研究,初步建立了道路融雪系统的路面传热模型,并基于典型年逐时气象数据与复合边界条件,进行了稳态传热数值模拟,936冰川冻土 33卷图2 非地热加热桥示意图F ig.2 Abr idg ed g ener al v iew of bridg eheated by no n-g eotherm分析了不同埋管深度和加热温度对道路融雪性能的影响,得到了最大和待融热负荷与降雪量、环境温度、相对湿度以及风速等因素之间的关系.使用这种技术的问题在于保证各个部位的密封和管道的防腐保护.另外成本比较高,主要体现在管道埋设过程的挖掘钻探中.3.3 电加热系统利用电能通过电缆或者导电路面材料加热路面.北欧在电缆加热道路融雪方面技术相对比较成熟,已经出现了一些从事专业设计安装和售后服务的公司.美国是最早将电缆加热技术用于桥梁融雪化冰的国家,美国ASH RAE的设计手册也对电缆加热融雪系统设计、电缆布置、线路连接、安装测试等问题进行规范性描述,具有一定的指导意义[22].这一技术在我国还处于探索阶段,唐祖全等[23-25]对导电混凝土融雪化冰机理、热功率以及有限元分析等问题进行了研究;李丹等[26]对钢纤维石墨导电混凝土的融雪性能进行了研究,得到了温度和功率消耗等实验结果;侯作富等[27-32]对碳纤维导电混凝土进行了大量研究,为其应用打下了坚实基础.武海琴[33]开展了把发热电缆用于路面融雪化冰的技术研究,认为发热电缆融雪化冰系统的设计功率主要受结构层的材料物性、气象条件、铺装方案等影响.在其他融雪方式中,陈光等[34]对红外线融雪除冰系统进行了数值模拟;关明慧等[12]研究了微波加热技术并设计了附加微波加热的除雪机械图. 另外,还有一种通过改变路面材料凝固点的方法.该方法主要是将防冻结材料混入到沥青混凝土中,使其形成的路面具有一定程度的融化降雪、防止路面水膜结冰的作用.防冻结沥青混凝土能提高冬季寒冷地区道路路面的摩擦系数,是一种具路面自身抑制功能的方式.实现这一目标有两种途径[35]:1)化学法.在路面铺装材料中掺加抗冻消融化学材料,通过毛细作用化学材料缓释溶出,达到路面冰点下降和冻结体破坏的目的.从而在一定程度上降低路面水的结冰率.由于融雪化学材料混入的是整个铺装体,即使表面层被不断消耗,体内的化学材料也会不断出现,能保持冻结抑制效果的持续性.良好的材料能达到6a以上的抑制冻滑期;2)物理法.主要是通过在路面铺装材料内添加一定量的弹性材料,改变路面与轮胎的接触状态和路面的变形特性.利用添加的弹性材料变化能力较强的特性,通过路面在外荷载作用下产生的自应力,使路面冰雪破碎融化,从而有效抑制路面积雪的结冰,这种方法主要是通过面层变形达到防冻结目的.缺点是在降雪量大的时候效果不理想.4 路面结构温度研究现状及发展动态热力融雪研究主要集中在路面结构温度场和热负荷上,路面温度场是解决这一个问题的一个重要方面.这一问题的研究归纳起来主要有两种方法: 1)统计分析法[36-39],即通过大量实测数据分析,建立路面温度同当地气温和太阳辐射量之间的关系.这种方法依赖于实测,花费大量的人力、物力和财力,建立的经验公式适用性也受到了限制,一般仅满足测量地域的情况;2)理论分析法,即根据气候资料通过传热学原理来确定路面结构温度场.理论分析法由美国学者Barber[40]首先提出,他将路面视为半无限体,大气温度和太阳辐射量假设为正弦函数,进而推导出路面温度场计算公式,但计算结果不适用路面低温过程中温度的估计.Preto-rius[41]在他的博士论文中采用有限元法对层状路面结构温度场进行了研究;严作人[42]视路面结构为层状,从气候学和传热学基本原理出发,用解析法对一维水泥混凝土路面温度场进行了深入研究,分析了不同基层材料对路面温度场的影响,提出的气温和太阳辐射量模拟函数仅对正常天气有一定准确性.吴赣昌[43-45]也视路面为层状体系,系统研究了二维沥青混凝土路面结构温度场,但是计算过程复杂,工程应用比较少.宋存牛[46]指出,求解方法主要集中于周期性气候条件下路面结构体温度场的理论解,而没有对非周期性气候条件下(如持续低温和大幅度降温气候等)的温度场进行研究,但路面裂缝形成恰恰发生在该条件下.将随外界环境变化的路表复合换热系数视为常数处理,采用折减太9374期喻文兵等:道路融雪除冰技术现状与发展趋势分析。

基于混凝土导电性的冰雪融化监测技术研究

基于混凝土导电性的冰雪融化监测技术研究一、研究背景冰雪融化是全球气候变化的一个重要指标，也对人类社会产生了重要影响，例如海平面上升、水资源减少、自然灾害增加等。

因此，研究冰雪融化监测技术对于认识气候变化、制定应对措施具有重要意义。

目前，常用的冰雪融化监测技术包括遥感、地面观测、数值模拟等。

其中，地面观测是一种较为常用的方法，但传统的地面观测方法需要耗费大量时间和人力，且监测结果受到环境影响较大，存在一定的局限性。

因此，研究一种基于混凝土导电性的冰雪融化监测技术，能够实现自动化监测、快速监测和准确监测，具有较大的实用价值。

二、研究方法本研究采用实验室试验和现场观测相结合的方法，通过混凝土导电性变化来监测冰雪融化情况。

具体步骤如下：1. 实验室试验（1）准备实验材料：混凝土、电阻计、温度计、加热器等。

（2）制备混凝土试块，并将电极插入混凝土中。

（3）测量混凝土导电性，并记录初始数值。

（4）将加热器放置在混凝土试块上，加热试块并记录温度变化。

（5）测量混凝土导电性，记录数值，并与初始数值进行对比分析。

2. 现场观测（1）选择适当的观测点，并将电极插入混凝土中。

（2）测量混凝土导电性，并记录初始数值。

（3）监测当地气温变化，并记录气温变化情况。

（4）通过混凝土导电性变化情况，判断冰雪融化情况。

三、研究结果1. 实验室试验结果（1）通过实验室试验，发现混凝土导电性随着温度的升高而增加。

（2）在加热器的加热下，混凝土导电性变化较为明显，变化曲线呈现出明显的上升趋势。

2. 现场观测结果（1）通过现场观测，发现混凝土导电性随着气温升高而增加。

（2）在气温升高的情况下，混凝土导电性变化明显，且变化趋势与实验室试验结果一致。

（3）通过混凝土导电性变化情况，能够较为准确地判断当地冰雪融化情况。

四、研究结论本研究通过实验室试验和现场观测，研究了基于混凝土导电性的冰雪融化监测技术。

通过实验室试验和现场观测结果，发现混凝土导电性随着温度或气温的升高而增加，且变化趋势明显。

导电混凝土的研究综述

导电混凝土的研究综述摘要：本文通过结合国内外学者对导电混凝土的研究，介绍了导电混凝土的概念、特点、常用于制备导电混凝土的导电材料、导电混凝土的研究现状以及导电混凝土的应用，总结了导电混凝土的发展趋势。

关键词：导电混凝土；导电材料；导电机理；电阻率引言导电混凝土（Electrically conductive concrete，简称ECC）是加拿大国家委员会开发的一项技术专利。

是由胶凝材料和导电材料（如碳纤维、纳米炭黑、钢纤维等）以及水组成的一种多功能的智能混凝土材料。

将导电材料加入到混凝土中能有效地使混凝土的电阻率降低3-4个数量级，使其具有良好的导电性能。

此外，导电混凝土好具有耐久性好、抗弯和抗冲击性能优异和自监测等特点。

因此被应用于融雪除冰、电磁屏蔽、阴极保护和结构健康监测等领域。

1 导电混凝土的导电机理导电混凝土具有较好的导电性能主要依赖于导电材料，当导电材料在混凝土基体中均匀分散，相互搭接时，电子通过导电材料之间进行电流传输。

此外，混凝土基体中存在的离子可以通过自由水进行电流传输。

2 导电材料具有导电性能的导电材料种类众多，如碳系导电材料、金属系导电材料和复合型导电材料等，但并非所有的导电材料都适用于制备导电混凝土。

目前，常用于制备导电混凝土的导电材料有碳纤维、石墨粉、纳米炭黑、钢纤维等。

2.1 碳纤维碳纤维属于碳系导电材料，是一种具有高强度、高模量、密度小，化学性质稳定且良好导电性的新型纤维材料。

在水泥基材料中加入碳纤维制备导电混凝土不仅能有效提高其抗折强度及抗冲击韧性，且使混凝土具有良好的导电性能，因此，碳纤维受到国内外导电混凝土研究者的青睐。

碳纤维导电混凝土的研究始于1992年，之后大量关于碳纤维导电混凝土的研究不断出现。

Hou等人[1]通过对碳纤维导电混凝土的导电性能进行研究，得出掺加体积为0.58%的碳纤维能使导电混凝土具有良好的导电性能和优越的力学性能。

沈刚等人[2]对碳纤维混凝土的研究表明，随着碳纤维掺量的增加，导电混凝土的导电性能越来越好，当碳纤维掺量为1.0%时，达到渗滤阈值，之后碳纤维掺量的增加并不能明显改善导电混凝土的导电性能；同样，碳纤维掺量达到1.0%后，碳纤维导电混凝土的抗压强度下降。

国内导电混凝土研究现状

国内导电混凝土研究现状摘要：本文综述了国内导电混凝土研究的由来与进展，分析了该技术的导电机理，并着重介绍了石墨、碳纤维、钢纤维及钢渣等常用导电组分材料，以及复合导电介质的研究，总结了导电混凝土技术的发展前景。

关键词：导电混凝土；电阻率；导电材料；石墨；碳纤维1研究背景在中国，公路、城市道路、港口码头和机场等大量修建了水泥混凝土路面。

在寒冷的冬季，当水泥混凝土路面因降雪而积雪结冰时，给道路畅通和行车安全带来了严重的影响，甚至造成道路和机场关闭，给客货运输带来不便，也给建设单位造成巨大的经济损失。

目前，我国主要通过撒盐(NaCl，CaCl2)来融雪化冰。

这一方法具有材料来源广泛、价格便宜、化冰雪效果好等特点，因而得到了普遍应用。

但是，撤盐法也给混凝土路面结构和环境带来了许多负面效应，主要表现为钢筋钢纤维锈蚀、路面剥蚀破坏和环境污染等问题[1]。

因使用除冰盐，已造成道路、桥梁的严重破坏。

为此，我国在80年代开始了对导电混凝土的研究。

导电混凝土是在普通混凝土中添加一定含量的导电组分材料制成具有一定导电性能和力学性能的混凝土。

普通混凝土的电阻率一般在106~109Ω·cm范围内，既不属于绝缘体，也不属于良导体。

在混凝土中添加一定含量的导电组分，可使其导电性大大改善，从而成为具有良好导电性能的导电体。

2导电混凝土的导电机理导电混凝土是指由胶凝材料、导电组分材料和水等按一定配合比组成的多相复合材料，是在普通混凝土中掺入适量导电组分材料而形成的一种水泥基功能复合材料。

导电混凝土的导电一方面是由分散在基体中的导电组分材料形成网络，并通过隧道效应连通网络间的绝缘而传导；另一方面通过水泥石传导。

对于前者，如碳纤维、石墨粉及钢纤维等为电子（或空穴）导电，电流通过彼此搭接或接触形成的导电网络进行传导；同时，导电颗粒或纤维分散在水泥基体中，受绝缘的水泥基体阻隔，形成势垒。

当间隔距离减小，使水泥基体形成的势垒足够小，或电子和空穴从外界获得足够的能量时，就会跃过势垒，从一个导电体到达另一个导电体，从而实现导电。

导电砼在高速公路清冰除雪技术应用的探究

６设计的附加优点．
除雪剂的黏度小，喷洒于路面后不便粘结在路面上，易挥发，易被风和车辆带走；也降雪后除雪剂不能马上开始工作，反
应时间慢；要量大，需成本高；要撒砂子或炉灰等抗滑材料，需不但使除雪成本增加，而且增加路面不平整度，大环境污染。加但随着温室效益的不但加剧，全球天气的可预测性越来越差。怎样针对突降形成的路面冰雪的清除是我们必然考虑的问
在实际运用中什么地面温度改用多大的电流可使路面温度保持０ ℃以上则需要通过实际测量，实验室可用热敏电阻在混凝土试验块表面测量电流与温度的曲线。或是将模型预埋在冬季室外，降雪后通电，隔一段时间，录表面融雪情况并记录待每记相关数据，为实际应用提供一定的依据。
由于路面在行车的影响下会有剪切破坏，铁丝网还可以提
供反力，护路面。即强度测验时抗剪强度单方面提高的原因。保五、结束语导电混凝土这种新型的特种功能混凝土，其电阻率取决于导电材料的种类、性能与掺量，具备热和电的感知和转换能力，是一种“ 能” 材料。智型它材料来源广泛、备简单、济。制经高速公

公路除雪融冰技术研究现状与发展

配方，制备了导电混凝土试块，研究了不同电压下混凝土的升温性能以及混凝土的最优能耗电压，给出了导电混凝土温度与电流之间的初步经验公式；张永健等为解决矮寨特大桥的桥面融雪除冰问题，提出采用导电沥青混凝土方案，并进行了室内试验，测试了不同电压下导电沥青混凝土试件的升温情
虽然机械除雪设备效率较高，但容易造成路面、桥面的损伤，而且在某些特殊路段如匝道、长大纵坡
路桥上，取得了较好的使用效果。
我国的部分科研机构也对导电混凝土材料进行
了研究。广州大学赵若红＂等通过大量试验优化
一
６２— 一
文章编号：１６７３—６０５２（２０１４）０５— ００６２— ０４
北方交通
中图分类号：Ｕ４１８文献标识码：Ｂ
２０１４年
第５期
公路除雪融冰技术研究现状与发展
岳福青
电热法虽研究较早，但其缺点也比较明显，主要在于：融雪消耗电能大、融化率相对较小；加热温度
凝土强度不足。如何在不损伤沥青混凝土路用性能的基础上最大限度地提高其电学性能，保证其路用
２０１４年
（交通运输部规划研究院北京市１０００２８）

三相复合导电混凝土除冰雪性能研究

总第285期 2017年第6期交通科技Transportation Science &TechnologySerial No.285No.6 Dec. 2017DOI 10.3963/j.issn.1671-7570. 2017. 06. 004三相复合导电混凝土除冰雪性能研究卜胤丁伟锐(江西省天驰高速科技发展有限公司南昌330000)摘要为解决冬季道路桥梁积雪结冰导致交通瘫痪的问题，研究了由碳纤维、钢纤维和石墨组成的三相复合导电混凝土的融雪化冰性能，采用正交试验设计复合导电混凝土的最优配合比，确定碳纤维、钢纤维和石墨的最佳掺量。

采用温升试验研究三相复合导电混凝土的融雪化冰性能。

结果表明，三相复合导电混凝土具有较好的融雪化冰性能，石墨、钢纤维和碳纤维能够显著增强水泥混凝土的导电性能。

关键词三相复合导电混凝土融雪化冰配合比冬季路面的结冰积雪对道路行车安全和通行能力均有不利的影响。

路面表层的结冰会使路面与轮胎的摩擦系数减小，导致路面的抗滑性能严重降低，从而不能有效地保障行车的安全。

我国每年因公路结冰积雪而引发交通事故，迫使公路交通瘫痪和封闭的现象很多，给社会造成了不可估量的直接经济损失和间接经济损失[12]。

目前用于道路及桥面融雪化冰的传统方式主要有撒布融雪剂和人工机械清除[34]。

道路撒布除冰盐（氯化钠、氯化镁等)会造成土地盐碱化、钢筋锈蚀、环境污染等问题。

机械除冰通常配合撒布融雪剂进行，由于路面或桥面与冰层之间具有很大的粘结力，路面或桥面表层处的结冰往往难以彻底清除。

为此，近年来各国相关道路交通管理部门对路面除冰雪进行了积极探索，研究出许多抑制或消除冰雪的方法和技术，如地热管法、太阳能蓄热、电缆加热、新型融雪剂等，其中就包括近年来广泛开展的导电混凝土路面融雪化冰技术[5—6]。

导电混凝土是在道路表面铺筑一定厚度的添加导电性材料的混凝土，通电之后，使电能转化为热能，通过路面结构内部热传导，在损失一部分热能之后，将剩余热能传至路表面，使冰层或雪层吸收这部分热能逐渐融化。

导电混凝土的研究现状及进展

—52— 2014年10期I A N Z H U K E X U E建筑科学 J 导电混凝土的研究现状及进展韩晓泽戴冠东（重庆交通大学重庆 400074）摘要：综舍国内外文献分析了导电混凝土的导电机理，介绍了石墨、碳纤维、钢纤维及钢屑等常用导电组分材料及其导电混凝土的性能、导电混凝土电性能的影响因素，介绍了导电混凝土在室内采暖、变电站接地网和电热除冰化雪中的应用，指出了目前导电混凝土研究和应用方面存在的不足。

关键词：混凝土；导电性；电热1 引言混凝土因其优良的物理力学性能在土木工程领域得到了广泛应用，是目前使用量最大的一种建筑材料。

普通混凝土的电阻率高，属电的不良导体。

在普通混凝土中添加一定含量的导电组分材料，可使其导电性大大改善。

本文综合国内外文献分析了导电混凝土的导电机理，介绍了常用导电组分材料及其导电混凝土的性能、导电混凝土电性能的影响因素、基于混凝土导电性的机敏性研究和导电混凝土的工程应用研究，指出了目前导电混凝土研究和应用方面存在的问题。

2 导电混凝土的导电机理导电混凝土是指由胶凝材料、导电组分材料和水等按一定配合比组成的多相复合材料，是在普通混凝土中掺入适量导电组分材料而形成的一种水泥基功能复合材料。

其中导电组分作为分散相，导电性能好；混凝土或水泥作为基体相，导电性能差。

导电混凝土的导电一方面是由分散在基体中的导电组分材料形成网络，并通过隧道效应连通网络问的绝缘而传导，另一方面通过水泥石传导。

3 常用导电组分材料及其导电混凝土的性能目前常用于制作导电混凝土的导电组分主要有石墨粉、碳纤维、钢纤维及钢屑等，不同组分导电混凝土的力学和导电性能差异较大。

3.1 石墨石墨是一种较易获取的无机材料，它不仅具有良好的导电性、导热性，而且有良好的化学惰性。

研究表明，导电混凝土的电阻率随石墨掺量的改变可在l0-1~106 Ω・cm 范围内变化，但必须在掺量较高时才能使混凝土具有良好的导电性，这将使混凝土的强度大幅度降低。

导电混凝土调研报告

导电混凝土调研报告导电混凝土调研报告一、前言导电混凝土是一种新型的建筑材料，它能够在电流通过时传导电能，具有导电性能和混凝土的力学性能。

导电混凝土的研发和应用具有重要意义，本报告将对导电混凝土的性能、应用领域以及发展前景进行调研分析。

二、导电混凝土的性能特点1.导电性能导电混凝土具有良好的导电性能，能够传导电流，形成闭合回路。

导电混凝土中添加导电材料（如碳纤维、碳胶等）能够提高其导电性能。

导电混凝土的导电能力与导电材料的导电性能直接相关。

2.力学性能导电混凝土在满足导电要求的同时也要保持一定的力学性能。

经过合理调配的导电混凝土能够满足工程需要的抗压、抗弯、抗渗等力学性能指标。

3.防雷抗电磁干扰性能导电混凝土具有良好的防雷抗电磁干扰性能。

它能够有效接地，降低雷击和电磁干扰造成的损失。

三、导电混凝土的应用领域1.电磁屏蔽材料导电混凝土能够起到良好的电磁屏蔽作用，可以应用于电磁波屏蔽材料的制备。

这种材料在电子通信、军事领域等具有广泛应用前景。

2.触摸屏导电混凝土可以制作导电触摸屏面板，具有良好的触摸感应性能，同时具有很高的刚性和耐久性。

3.防雷设备导电混凝土能够应用于建筑物的防雷设备中，提供可靠的避雷保护功能，保护建筑物和其内部设备免受雷击侵害。

4.电磁辐射防护导电混凝土具有抗电磁辐射的特性，可以用于电磁辐射污染较严重的建筑物的防护，减少辐射对人体的伤害。

四、导电混凝土的发展前景导电混凝土具有良好的综合性能，在许多领域都具有广阔的应用前景。

随着科学技术的不断进步，导电混凝土的性能也会不断改善和优化，应用领域也将不断扩大。

特别是在电子通信、建筑防护、电磁波屏蔽和能源利用等领域，导电混凝土的应用前景非常广阔。

总结：导电混凝土作为一种新型的建筑材料，具有导电性能和混凝土的力学性能，具有广泛的应用前景。

随着科技的不断进步，导电混凝土的研究不断深入，其性能和应用领域也将不断拓展。

导电混凝土将成为建筑行业的重要发展方向之一，为人们的生活带来更多的便利和安全。

轻集料导电混凝土路面融雪化冰性能研究的开题报告

轻集料导电混凝土路面融雪化冰性能研究的开题报告一、选题背景在冬季，路面的结冰和积雪往往成为交通安全的隐患，严重影响交通的畅通和安全。

传统的融雪化冰方式主要是靠化学融雪剂，该方法存在的问题主要有环境污染、对路面的腐蚀和使用成本高等。

因此，研究一种更环保、经济、有效的融雪化冰方法就显得尤为重要。

近年来，随着建筑业的不断发展，轻集料导电混凝土作为一种新型路面材料正在应用于道路建设中。

该材料通过掺入适量的导电材料，如铝粉等，使路面具有良好的电导性能，从而通过加热路面来达到融雪化冰的目的。

相比于传统的化学融雪剂，轻集料导电混凝土具有无污染、无腐蚀、长效性好和使用成本低等优点。

因此，研究轻集料导电混凝土的融雪化冰性能就具有十分重要的实际意义。

二、研究内容本论文将采用实验室模拟法对轻集料导电混凝土路面进行融雪化冰性能的研究。

具体研究内容如下：1. 轻集料导电混凝土的制备：采用不同的轻集料和导电材料，以不同掺量制备多种轻集料导电混凝土；2. 热导率测试：通过热导率测试仪对制备的轻集料导电混凝土在不同温度条件下的热导率进行测试；3. 电阻率测试：采用电阻率测试仪对制备的轻集料导电混凝土在室温和低温条件下的电阻率进行测试；4. 融雪化冰实验：在实验室内对制备的轻集料导电混凝土进行融雪化冰实验，检测路面温度、时间和结冰情况；5. 结果分析：对实验数据进行统计和分析，评价不同轻集料和导电材料掺量的轻集料导电混凝土融雪化冰性能。

三、研究目标本论文旨在通过实验室模拟法对轻集料导电混凝土路面的融雪化冰性能进行研究，以探索一种更加环保、经济、有效的融雪化冰方法。

研究结果不仅可以为道路建设提供新的材料和技术支持，还可以为城市交通安全提供一定的保障。

四、研究方法本论文采用实验室模拟法，通过制备不同掺量的轻集料导电混凝土，并在不同温度条件下进行热导率和电阻率测试，以了解其导电性能。

然后在实验室内对制备的轻集料导电混凝土进行融雪化冰实验，检测路面温度、时间和结冰情况，并对实验数据进行统计和分析。

导电混凝土的研究综述

导电混凝土的研究综述文章综合国内外文献概述了导电混凝土的发展过程和特点，介绍了导电混凝土的导电原理，导电相材料的常见类型以及性能要求，总结了导电混凝土的发展趋势。

标签：导电混凝土；导电原理；电阻率；导电相材料引言混凝土是一种家喻户晓的建筑材料。

它的发展虽然只有100多年，如今已成为世界范围内应用最广、用量最大的建筑材料。

尽管混凝土的发展非常迅速，但其性能与使用要求之间仍存在较大差距。

例如传统的混凝土在干燥情况下的电导率一般在106-109Ω·m，潮湿状态下达到101-104Ω·m，都不具有良好的导电性能[1]。

若要改善其导电性能，则需加入某种导电介质，制成导电混凝土。

1 概述1.1 导电混凝土的定义导电混凝土是指由胶凝材料、导电相、介电骨料和水等组分，按照一定配比混合凝结而成的多相复合材料，是由导电相部分或全部取代混凝土中的普通骨料配置而成，具有规定的导电性能和一定力学性能的混凝土[2]。

1.2 导电混凝土的特点导电混凝土既能发挥混凝土的优点，又能安全、简答、快捷的解除除雪化冰问题。

而且采用导电混凝土将使除冰工作效率大大提高，对保证车辆行驶、飞机起降的安全性起到重要作用。

此外，导电混凝土具有很好的机敏性，可以通过测定电阻率的变化反映路面内部情况。

2 导电混凝土的发展过程导电混凝土最早被人们开始研制是在二十世纪30年代左右，包括前苏联，美国，英国，德国，加拿大在内的多个国家都开始探索了混凝土导电性能的可能性。

二十世纪50年代，前苏联不仅研究了混凝土导电性能的可行性，而且制定了相应的电工混凝土标准。

他们把电工混凝土分为三类，即绝缘混凝土，导电混凝土，特种导电混凝土。

二十世纪70年代，人们冬季在路面上撒布除冰盐来消除路面和桥面上的冰雪，但确造成了混凝土的严重腐蚀。

因此，美国和一些北欧国家开始关注混凝土通电加热性能。

二十世纪80年代，我国也加入了导电混凝土的研制队伍里[3]。

二十世纪90年代，人们在导电混凝土的研制和开发阶段获得了长足的进步。

导电混凝土调研报告

导电混凝土调研报告导电混凝土是一种具有导电功能的新型建筑材料，通过在普通混凝土中添加导电材料，使其具有了良好的导电性能。

导电混凝土的出现，为建筑工程领域带来了许多新的应用和发展机遇。

本文将对导电混凝土进行调研，并分析其特点、应用及未来发展趋势。

首先，导电混凝土的特点主要体现在以下几个方面。

首先，导电混凝土具有良好的导电性能，可以有效地传导电流。

其次，导电混凝土具有良好的耐久性和抗腐蚀性能，可以适应各种恶劣环境。

第三，导电混凝土可根据实际需要进行设计和调整，并且可以与普通混凝土进行无缝连接。

最后，导电混凝土还可以应用于地暖系统和防雷系统等领域，发挥重要的作用。

导电混凝土的应用也非常广泛。

首先，导电混凝土可以应用于建筑物的地板和墙体等部位，用于地暖系统的散热和传导。

其次，导电混凝土还可以用于建筑物外墙和屋顶的防雷系统，起到保护作用。

此外，导电混凝土还可以用于公路桥梁和隧道等工程，通过传导电流来消除积雪和冰。

未来，导电混凝土还有许多发展趋势。

首先，随着科技的不断进步，导电混凝土的导电性能将越来越高，可以承载更大的电流。

其次，导电混凝土的应用领域会进一步扩展，例如在智能建筑和智能交通等方面的应用。

另外，导电混凝土的环保性能也将得到提升，使其更加符合可持续发展的要求。

在导电混凝土的研究和应用过程中，还存在一些挑战和问题。

首先，导电混凝土的生产成本较高，需要研发更经济高效的生产工艺和材料。

其次，导电混凝土在施工过程中的操作性较差，需要改进施工技术和方法。

此外，导电混凝土的导电性能受到温度和湿度等环境因素的影响，需要进行更全面的性能研究和优化。

综上所述，导电混凝土作为一种新型建筑材料，具有许多优点和潜在应用。

未来，导电混凝土的发展前景十分广阔，但同时也需要解决一些技术和经济上的问题。

相信在不久的将来，导电混凝土将在建筑工程领域发挥重要的作用，并为实现可持续发展做出贡献。

水泥基导电混凝土研究现状及应用

d o i :10.3963/j .i s s n .1674-6066.2023.05.007水泥基导电混凝土研究现状及应用夏艳晴1,2,王宁1,2,张超明3,阳黎1,张雨晴1(1.嘉华特种水泥股份有限公司,乐山614000;2.西南科技大学材料与化学学院,绵阳621010;3.中铁二局集团有限公司,成都610000)摘要: 导电混凝土是利用普通硅酸盐水泥㊁矿物掺合料和导电材料(石墨㊁碳纤维㊁钢纤维等)制备的复合功能混凝土㊂其不仅具有一定的荷载承受能力,而且具备导电和导热的功能,是一种功能型复合水泥基材料㊂论文综述了导电材料石墨㊁碳纤维㊁钢纤维对新拌混凝土工作性能㊁力学性能和耐久性能的影响,同时概括了导电混凝土目前的应用发展趋势㊂关键词: 导电混凝土; 石墨; 碳纤维; 钢纤维R e s e a r c hS t a t u s a n dA p pl i c a t i o no fC e m e n t -b a s e dC o n d u c t i v eC o n c r e t e X I AY a n -q i n g 1,2,WA N G N i n g 1,2,Z HA N GC h a o -m i n g 3,Y A N GL i 1,Z HA N GY u -q i n g 1(1.J i a h u aS p e c i a l C e m e n tC o ,L t d ,L e s h a n614000,C h i n a ;2.S c h o o l o fM a t e r i a l s a n dC h e m i s t r y,S o u t h w e s t U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,M i a n y a n g 621010,C h i n a ;3.C h i n aR a i l w a y N o .2B u r e a uG r o u p C o ,L t d ,C h e n g d u610000,C h i n a )A b s t r a c t : C o n d u c t i v ec o n c r e t e i s m a d eo fo r d i n a r y Po r t l a n dc e m e n t ,m i n e r a l a d m i x t u r e sa n dc o n d u c t i v e m a t e r i a l s (g r a p h i t e ,c a r b o n f i b e r ,s t e e l f i b e r ,e t c ).I t n o t o n l y h a s a c e r t a i n l o a db e a r i n g c a p a c i t y ,b u t a l s oh a s t h e f u n c t i o no f c o n -d u c t i o n a n dhe a t c o n d u c t i o n .T h i s p a p e r r e v i e w e d t h e ef f e c t s o f c o n d u c t i v em a t e r i a l s s u c ha sg r a phi t e ,c a r b o n f i b e r a n d s t e e l f i b e r o nw o r k a b i l i t y ,m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n dd u r a b i l i t y o f f r e s h l y m i x e dc o n c r e t e ,a n ds u mm a r i z e d t h e c u r r e n t a p p l i c a t i o n t r e n do f c o n d u c t i v e c o n c r e t e .K e y wo r d s : c o n d u c t i v e c o n c r e t e ; g r a p h i t e ; c a r b o n f i b e r ; s t e e l f i b e r 收稿日期:2023-03-16.作者简介:夏艳晴(1987-),博士生,工程师,讲师.E -m a i l :865847193@q q.c o m 在气候恶劣的城市,冰雪会严重影响道路交通,造成事故率和道路维修成本显著增加㊂此外,随着全球降水量和劳动力成本的增加,世界各国除雪成本在过去几年中显著增加㊂例如,美国明尼苏达州圣保罗机场的除雪预算约为每年400万美元,而蒙特利尔的除雪计划接近1.6亿美元/年㊂近年来,大量研究利用焦耳效应[1-3]开发了由导电混凝土(E C C )制成的道路加热板㊂在E C C 中,将导电物质添加到水泥混凝土中,以建立用于导电的通路㊂E C C 加热系统的优点是温度分布更均匀,维护和维修成本低㊂水泥混凝土导电的原因在于:首先是固体导电相(例如纤维,粉末,骨料等)形成的渗滤网络的电子传导;其次是水泥浆中的离子在孔隙溶液中运动进行的电解传导[3]㊂导电混凝土是利用胶凝材料和导电材料(石墨㊁碳纤维㊁钢纤维等)制备的复合功能混凝土㊂其不仅具有一定的荷载承受能力,而且具备导电和导热的功能,是一种功能型复合水泥基材料㊂目前,导电混凝土根据胶凝材料的不同,可分为三大类:无机类导电混凝土(如水泥混凝土)㊁有机类导电混凝土(如沥青混凝土)和复合类导电混凝土(如聚合物混凝土);按照导电材料不同,可分为碳质类(如石墨㊁炭黑㊁碳纤维等)导电混凝土和金属类(钢纤维)导电混凝土㊂论文针对水泥基导电混凝土,综述了原材料对导电混凝土性能的影响,此外还介绍了导电混凝土的应用领域㊂72建材世界 2023年第44卷第5期1 原材料对水泥基导电混凝土性能的影响1.1 石墨对导电混凝土性能的影响石墨粉的细度和掺量对混凝土的工作性㊁强度和导电性均有影响㊂疏水性的鳞片状石墨,可以削弱新拌混凝土的工作性能㊂史延田等[4]研究指出,随着石墨粉掺量增加,新拌混凝土工作性能下降,表现为掺入石墨粉的混凝土流动性㊁粘聚性和保水性较差㊂而有研究表明[5]:石墨粉的加入,不影响混凝土的工作性能㊂在混凝土中加入石墨粉,混凝土3d ㊁7d ㊁28d 强度降低,尤其是早期强度降低幅度大[6]㊂原因在于:石墨粉表面疏水;石墨粉一般细度超过300目,比表面积大,需水量大;石墨微观结构为层状结构,容易解理滑动,其摩擦系数小于0.1,宏观表现为石墨与水泥浆体粘结不牢固[7]㊂为了解决石墨与水泥石粘结问题,专利申请号为C N 200510064446.1,名称为一种掺石墨的导电混凝土的制备方法 ,采用湿法高压挤压成型制作工艺,即混凝土成型后,进行高压挤压,滤除多余的水分,混凝土密实度提高,强度提高㊂对于导电性,张文福等[8]的试验结果表明:随着养护龄期的增加,导电混凝土电阻率增加;相同龄期的混凝土,当石墨的掺量小于20%时,混凝土电阻率随石墨掺量的增加而减少㊂研究[9]发现,导电混凝土中,石墨的掺量有个临界值(渗流阈值),即当石墨掺量小于某个值(阈值)时,混凝土电阻率急剧下降,导电性能大幅增加;当石墨掺量超过阈值,随着掺量增加,混凝土导电性能不再提高,但强度会大幅下降㊂原因是当混凝土内石墨含量达到一定程度时,会形成导电链子,石墨掺量超过阈值后,对混凝土导电性能的作用不大㊂过多的石墨掺量不仅对混凝土力学性能不利,而且经济效益差,因此,渗流阈值在实际工程中有重要作用㊂1.2 碳纤维对导电混凝土性能的影响碳纤维是一种人工合成纤维,具有耐碱腐蚀㊁高抗拉强度㊁导电性等优良性能㊂混凝土中加入碳纤维,可提高混凝土抗拉强度,同时显著增加混凝土导电性㊂碳纤维的长度和体积掺量对导电混凝土的工作性能具有较大影响㊂陈龙风[10]研究表明:随着碳纤维掺量增加,混凝土的坍落度和扩展度均减小,与普通混凝土相比,含气量随之增大㊂赵晶等[11]研究发现,新拌碳纤维导电混凝土坍落度经时损失随碳纤维体积掺量的增加而增加㊂随着碳纤维掺量的增加,新拌混凝土流动性下降,粘聚性和保水性提高,含气量提高㊂水泥基混凝土属于脆性材料,抗拉强度低,收缩大,易开裂㊂加入碳纤维后,抗拉强度会大幅度提高,而抗压强度则可能降低㊂刘洪涛[12]研究表明,当碳纤维体积掺量在0.24%时,混凝土抗压强度和抗拉强度达到最大值㊂何建试验后发现,当碳纤维体积率为0.5%时,混凝土立方体抗压强度最高㊂佟钰[13]研究表明:当碳纤维体积率低于1%时,与3mm 纤维相比,5mm 纤维可以显著提高导电混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度㊂过量的碳纤维在分散和搅拌过程中会引入大量气泡,使混凝土含气量增大㊂此外,当混凝土碳纤维的体积率较高时,不能在基体中均匀分散而是发生团聚,造成基体整体粘结性较差,承受荷载时,造成应力集中而开裂㊂故就力学性能而言,碳纤维的体积率不能超过1%㊂如图1所示,随着碳纤维体积率的增加,混凝土的电阻率降低,碳纤维渗滤阈值通常在0.4%~1%之间㊂当碳纤维体积率接近该阈值时,增加碳纤维体积率可以明显降低导电混凝土的电阻率;当碳纤维体积率超过阈值时,碳纤维掺量对混凝土导电性的影响较小,电阻率趋于某一极限值[14]㊂碳纤维阈值存在的原因是:当纤维掺量较低时,纤维之间不能相互搭接形成导电通路,导电性差;随着碳纤维体积掺量的增加,导电网络对于导电能力的贡献逐渐增加;超过阈值后,混凝土中含气量增加,混凝土导电性不再增加,甚至下降㊂综合碳纤维对导电混凝土工作性㊁力学性能和导电性的影响规律,考虑经济性,碳纤维体积率不能超过1%㊂821.3钢纤维对导电混凝土性能的影响钢纤维广泛用于超高性能混凝土(UH P C)中,能够极大地提高混凝土的力学性能㊂有学者针对钢纤维不同体积率对混凝土物理力学性能的影响作了试验研究,结果表明:钢纤维体积率在1.0%~2.5%时,混凝土弯拉强度增长速度较快㊂丁海鹏等[15]研究了不同钢纤维掺配比例对UH P C性能的影响,结果表明:钢纤维体积率在20%以内,混凝土坍落度和扩展度增加㊂掺入钢纤维能使胶凝材料间粘聚性降低,从而提高混凝土流动性和整个体系的均匀性,进而使混凝土工作性得到保证㊂研究发现,混凝土中单掺钢纤维,混凝土的电阻率基本没有减小㊂虽然钢纤维也是一种导电相,但由于在混凝土其体积率一般较小,不能形成良好的电流回路㊂美国S h e r i f fY e h i a等在钢纤维混凝土中掺入钢屑来提高其导电性能,成功地将混凝土的电阻率降到了几十Ω㊃c m㊂Y e h i a和T u a n研究发现,随着龄期的增加,钢纤维混凝土的电阻率明显增加,原因是混凝土内部p H>12.5,钢纤维发生钝化作用从而降低混凝土导电性㊂因此,单掺钢纤维的长龄期混凝土导电性能较差㊂目前,有研究将钢纤维与钢渣混合使用,不仅可以改善长龄期混凝土导电性下降现象,而且解决废渣利用问题,节能环保㊂也有采用钢纤维与石墨混合使用的研究,其中,石墨占粉体材料10%~15%㊁钢纤维在混凝土中的体积率为1.0%左右时,制备的导电混凝土性能稳定,此时电阻率为40~50Ω㊃m㊂2水泥基导电混凝土的应用2.1导电混凝土作为电热土木工程材料导电混凝土接通电源后,混凝土通电发热,产生大量热能㊂在我国北方需要取暖的地区,导电混凝土室内加热装置可以代替现有的暖气装置,通电后可快速加热室内空气,对于节能降耗㊁减少碳排放具有非常重要的社会意义和经济价值㊂此外,导电混凝土可以铺装路面,通电发热加速路面冰雪融化,一方面可以确保车辆安全通行,避免交通事故;另一方面,减少除冰盐和除冰机械对路面的破坏,增加路面耐久性㊂2.2制作电热元件由石墨㊁普通硅酸盐水泥和铝质耐火材料组成的导电混凝土,既具有普通混凝土优异的可浇筑性,还具有一定的耐高温性和导电性,因此这种混凝土是一种较为理想的电阻加热元件㊂在制备过程中,调节混凝土中的石墨掺量,就可调整混凝土的导电性,以满足各种电热元件的功率要求㊂这种新型的无机非金属电热元件,电流可在整个混凝土电热元件内部均匀地流过,单位面积所允许通过的最大电流比较大,工作稳定且功率高㊂此外,导电混凝土电热元件的体积可以制作得比较大,从而提高散热面积,使得散热快且均匀,电热元件表面的温度低,可以避免出现明火,大大提高了安全性㊂2.3导电混凝土用于接地工程导电混凝土具有优良的力学性能和耐腐蚀性,可用于输电线路的接地工程㊂我国将导电混凝土用作水利大坝的接地工程中已是成熟技术,如乔山水电站㊁白沙水电站和芹山水电站均有使用导电混凝土㊂导电混凝土应用于接地工程中的方法是将其灌入垂直接地体的深孔中,接地体被导电混凝土握裹㊂该施工方法一方面可以防止接地体腐蚀;另一方面,可增加接地体与周围土壤的接触面积,降低接地电阻㊂高压输电网接地体易腐蚀的原因是接地体表面与土壤直接接触,接触面既有电子传导,又有离子传导,两种不同导电原理的电荷交换界面容易腐蚀,接触体寿命短㊂利用导电混凝土握裹接地体,由于导电混凝土通过电子进行导电,混凝土与接地体接触面均为电子传导,因此接触面不会腐蚀㊂又因导电混凝土致密,土壤内离子不易通过混凝土渗透到接地体表面,消除了两种不同导电原理的电荷交换界面,可以防止钢材接地体的腐蚀,延长其使用寿命㊂至于提高导电混凝土的抗渗性,可在胶凝材料中加入膨胀剂,使混凝土在凝结硬化过程产生一定的体积膨胀和自应力,减少混凝土的化学收缩㊁自收缩和干燥收缩,提高混凝土的抗裂性和抗渗性,同时使其与接地体表面和地层紧密结合,从而消除接地体与土壤间的接触电阻㊂2.4混凝土结构无损检测混凝土结构在受到荷载或应力作用时,往往在钢筋与混凝土的接触面㊁新旧混凝土的接触界面㊁砂浆与粗骨料之间的界面上出现微裂缝,即界面过度区(I T Z)上发生损伤㊂通过监测混凝土电阻率的变化可在一定程度上反映I T Z是否出现微裂缝,同时可以判断混凝土的应力与应变状态㊂因此,导电混凝土可作为反92映建筑物应力状态的传感器,实时监测高层建筑㊁水利大坝㊁大跨度桥梁等重大工程的受荷情况㊂导电混凝土这种能感知结构应变及微观损伤的性能可为结构工程提供一种无损监测的有效方法㊂2.5工业防静电对于化工厂而言,静电会引起爆炸,引发火灾㊂在石油化工行业,贮油罐会因油与油或油与贮油罐之间的摩擦而产生静电引起火灾㊂因此,消除静电对工业安全尤为重要㊂结构接地是众多的工业防静电的常用方法:将需要防止静电的地面或结构利用导电材料制作而成㊂目前,常用的导电性地面采用成本较高的导电橡胶㊁导电合成树脂等制成,虽然它们防静电的效果不错,但经济效益较低㊂而采用导电混凝土浇筑地面,只要适当控制导电混凝土中导电材料的含量或体积率,同样也可以达到很好的工厂防静电效果㊂3结语无机导电混凝土不仅具有一定的荷载承受能力,而且具备导电和导热的功能,是一种功能型复合水泥基材料㊂在水泥基导电混凝土研究中,由于金属纤维的钝化作用,研究更倾向于使用石墨导电材料,其稳定的导电性已经获得认可㊂导电混凝土具有材料来源广泛㊁制备简单㊁经济等特性,使其已经广泛用作电热土木工程材料㊁制作电热元件㊁用于接地工程㊁混凝土结构无损监测和工业防静电中㊂参考文献[1] A z a r s aP,G u p t aR.E l e c t r i c a lR e s i s t i v i t y o fC o n c r e t e f o rD u r a b i l i t y E v a l u a t i o n:A R e v i e w[J].A d v M a t e r,2017(2):1-30.[2] R h e e I,L e e J S,K i m YA,e t a l.E l e c t r i c a l l y C o n d u c t i v eC e m e n tM o r t a r:I n c o r p o r a t i n g R i c eH u s k-d e r i v e dH i g h-s u r f a c e-a r-e aG r a p h e n e[J].C o n s t rB u i l d M a t e 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《2024年导热沥青混凝土路面太阳能集热及融雪化冰研究》范文

《导热沥青混凝土路面太阳能集热及融雪化冰研究》篇一一、引言随着城市化的不断推进，城市道路系统越来越复杂。

而在严寒季节，城市路面的融雪化冰问题、太阳能在路面应用的集热问题变得尤为重要。

为提高能源利用效率并改善路面的雪融情况，本篇论文对导热沥青混凝土路面在太阳能集热及融雪化冰方面的研究进行了详细的分析与探讨。

二、导热沥青混凝土概述导热沥青混凝土（Thermal Conductive Asphalt Concrete, TCAC）是一种具有高热传导性的新型材料，用于城市道路铺设。

其通过添加特殊的导热材料，如石墨、碳纤维等，提高了沥青混凝土的导热性能。

这种材料在道路建设中具有广泛的应用前景，特别是在太阳能利用和融雪化冰方面。

三、太阳能集热研究对于太阳能的利用，TCAC材料有着显著的优势。

首先，沥青混凝土的暗色可以更好地吸收太阳光中的能量，增加其导热性。

同时，特殊的导热添加剂也加强了热能的传导能力，从而有效地利用了太阳能集热。

具体应用方面，可将沥青混凝土铺设在道路表面，通过吸收太阳光中的热量，将之传导至路面下层或道路两旁的管道系统，为城市供暖或工业生产提供能源。

四、融雪化冰应用在冬季，城市道路常常面临融雪化冰的问题。

传统的融雪方法如撒盐等会对环境造成污染。

而TCAC材料则能有效地解决这一问题。

由于TCAC的高导热性能，当阳光照射到路面时，可以迅速将热量传导至路面下的冰雪层，从而实现快速融雪化冰。

此外，在夜间或阴天时，路面仍能保持一定的温度，防止冰雪的再次形成。

这种方法的优点在于环保、高效且可持续。

五、研究方法与实验结果为了验证TCAC在太阳能集热及融雪化冰方面的效果，我们进行了大量的实验研究。

首先，我们通过添加不同比例的导热添加剂来调整沥青混凝土的导热性能。

然后，在模拟的太阳光照射下，对不同配比的沥青混凝土进行集热实验和融雪化冰实验。

实验结果表明，随着导热添加剂的比例增加，沥青混凝土的导热性能明显提高，太阳能的利用率和融雪化冰的速度也相应增加。

融雪化冰用碳纤维导电混凝土的研制及应用研究

融雪化冰用碳纤维导电混凝土的研制及应用研究摘要：本文首先阐述了常用方法及表面温度的监测方法，接着分析了碳纤维混凝土导电性能，最后对智能控制过程的实现进行了探讨。

关键词：导电混凝土；碳纤维；电阻率；融雪化冰引言：混凝土路面由于具有强度高，耐久性好，造价低等优点在我国广泛应用。

我国北方大部分地区冬季温度低，常有降雪，混凝土路面上大量的冰冻积雪给车辆造成了一定的行驶障碍，因此，路面的快速除冰化雪具有重要意义。

目前，有关路面融雪化冰技术已经开展了很多研究，并且取得了一定的研究成果，但实际应用效果并不是很理想，达不到预期结果，有些甚至只是理论上的成熟，不具备工程实用的条件。

1常用方法探讨常用的路面融雪化冰技术有人工机械法，化学融化法，热力学融化法以及导电混凝土法等。

人工或者机械的方法起初得到过不少使用，但随着交通运输任务的大量增加，由于效率低下不再适应；机械法，速度相对较快，但是却容易破坏路面，并且机械投资大，闲置损耗大。

此外，如果环境温度太低，冰层较厚，由于道面和冰块间粘结力增大，机械和人工并不能彻底的清除冰块等。

化学融化法是在路面上铺撒一些化学物质，依此来降低水的冰点，使冰雪快速融化。

此类方法目前比较常见的就是撒盐融化技术，采用该方法材料来源比较容易，并且比较廉价，融雪破冰效果良好，但是由于盐的化学属性容易腐蚀路面，一定程度上影响了道面的使用质量。

尽管此方法目前在路面上比较常用，但是由于上述的一些缺点致使相关部门对此不是很满意，所以出现更好的方法代替化学溶化法势在必行。

热力学融化法是采用加热的方法使冰雪融化，目前出现的此类方法有地热管法、流体加热法、电热丝法、红外线管加热法等。

这些方法都普遍存在这样或那样的问题，如地热管安装复杂，影响道面，流体加热法需要热水源，实施起来麻烦，电热丝容易被拔出，红外线管升温比较迟缓等。

所以这些方法也都不能有效的解决混凝土道面融雪化冰地问题。

导电混凝土法基本原理是在普通混凝土中添加某些导电材料使混凝土变成具有良好导电性能的导电体，当联通电源后，混凝土发生能量转换产生热量融化冰雪。