浅谈道路自融雪化冰技术

浅谈道路自融雪化冰技术
发布时间：2021-06-29T10:20:09.173Z 来源：《基层建设》2021年第5期作者：栗煜东[导读] 摘要：众所周知，在冬季，道路积雪会引发诸多交通安全问题，冰雪天气的道路除雪工作也屡见不鲜。

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摘要：众所周知，在冬季，道路积雪会引发诸多交通安全问题，冰雪天气的道路除雪工作也屡见不鲜。

为此，道路工程专业的学者通过多种方式，如改变路面材料配合比，转换其他能源为热能等，使道路能够达到融雪效果，如今已成为道路交通领域的一个热点课题。

本文系统地总结了目前国内外主要存在的道路自融雪技术，客观详细阐述并分析其融雪机理，为领域内的研究提供参考。

关键词：路面；除雪方法；除雪化冰
1 前言
进入21世纪，全球平均温度上升，世界范围内的极端灾害天气越来越频繁，恶劣环境下的交通安全性越发重要。

以大连为例，2016年春节期间受大雪天气影响，多数高速公路被迫停用；并且受冰雪影响，机场航班被迫取消。

目前，实际应用中对冰雪路面的大多数处理办法是洒布融雪剂或机械除雪，这样的方法不仅费时，并且需要长时间地阻碍交通；另一方面，融雪剂还会对环境造成破坏。

因此研究自动融雪技术具有重要意义。

本文列举了一些目前较为热门的道路自融雪技术。

2 路面自融雪化冰技术
2.1 自应力自融雪路面
首先介绍的一种方法是在道路级配中加入具有弹性性能的颗粒，以橡胶颗粒为例，这样能够是道路的变形性能得到改变，具体做法可以分为两种：（1）把破碎的废橡胶颗粒直接加入到沥青混合料制备过程中，使其代替原部分集料成为配合比的一部分，此类沥青混合料弹性得到提升。

目前在日本这种方法得到过应用：（2）沥青混合料中橡胶颗粒的掺量占集料的2%～3%，油石比一般在6%～8%范围内；第二种是镶嵌类铺装方法，是采取特殊的施工工艺，开洞或者刻槽等，将橡胶颗粒材料镶嵌在沥青路面表面。

2.1.1 破冰机理
由于橡胶颗粒具有良好的变形和回弹能力，掺入橡胶颗粒后，由于橡胶颗粒与其他集料的变形系数差异很大，在路面受到车辆荷载时，冰层的应变不均匀，在橡胶颗粒周围的冰面会有应力集中产生，即引发冰层破碎。

2.1.2 除雪机理
由于橡胶是高分子有机材料，当受到外荷载作用时，在变形的过程中其内部的分子链会进行摩擦、震动，从而产生热量。

在道路上车辆荷载不断作用下，使橡胶沥青混合料路面的温度上升，积雪较易从路表面剥离。

该技术不仅可以解决路面冰雪的安全性问题，而且将废旧轮胎进行了有效的废物回收利用，具有重要的环保意义。

2.2 蓄盐融雪路面
第二种方法是使用盐化物来作为配合比成分加入到沥青混合料中。

这种路面结构的除雪机理是：沥青在温度下降的时候，沥青混合料内部的沥青会收缩，从而使沥青包裹的盐化物漏出，同时混合料内部出现的联通孔隙会使盐化物得到析出。

当车辆碾压过路面的时候，轮胎会在集料空隙处产生一个吸力，这时路面释放的盐化物与雪水形成的盐溶液就会在这种毛细作用下被抽到路面上来，进而达到融雪剂的作用，降低路面的冰点。

图1 蓄盐路面作用机理
相比于使用融雪剂的路面，当使用蓄盐路面时，融雪溶液是从路面内部析出，可以更容易地在路表面形成溶液层，提高融雪效率。

2.3 热力融雪技术
2.3.1 导电沥青混凝土
其工作原理是把导电相材料作为集料加入到沥青混合料的级配当中，使整体里面材料具有导电性能。

在外部电源供电的作用下，导电沥青混合料路面内部电能转化为热能，从而达到加热除雪的效果。

在材料组成方面：导电沥青混凝土的组成应满足填充传导相材料的要求的同时，还能保证混合料内部集料结构稳定。

在配合比设计方法方面：连续密级配间隙率小，SMA的沥青量大，二者均不利于传导能力，因此目前采用Superpave级配设计方法进行级配设计。

目前常用的导电相材料有钢纤维或碳纤维、石墨粉末、以及钢渣骨料等。

2.3.2 土壤源热管技术（地热加热技术）
地热指的是地下的浅层热能，比如蒸汽、热水中的热能。

将地热通过安插在土中的热管，导入到道路路面中，实现加热除雪的效果的方法称为土壤源热管技术（或地热加热技术）。

利改技术在美国、日本等地较为普遍，目前在我国还鲜有应用报道。

这种新兴技术的工作原理是：在路面内埋置热管，利用土壤源热管，经地下换热器从地下提取热土壤中的低位热能，经热管提升后，通过水泵把温度较高的流体输送到路面内的循环换热系统里面，从而达到融雪目的。

这种技术最早在美国新泽西的路上进行过试验，在冬季管道埋于路面下5cm，垂直管道间距60cm。

在冬季，路面下两米左右深度的温度为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-6.7～1.7℃时，融雪速率为0.6～1.25cm/h。

图2 土壤热源管路面
2.3.3 太阳能融雪技术
该方法是通过太阳能转换装置，将太阳能转化为预埋在路面下的电管中的热能，用以加热除雪。

其优点是太阳能是可再生能源，且不会对环境产生危害。

缺点是目前技术尚不够成熟，能量转化效率不高；另外实施较为复杂，且会影响道路施工。

2.3.4 发热电缆融雪
该方法是先将电阻率较大的电缆等预埋至路面中，在冰雪天气下通电使电能转化为电缆中的热能，达到加热除雪的效果。

这种技术的优点在于预埋的电阻设施相比导电沥青混合料中的导电相材料更稳定，电热性能更优，不会产生污染，易于操控。

同时也存在一些缺点：融冰雪耗能大、寿命较短等等。

3 结语
我国在自融雪路面研究方面起步较晚，实际工程应用更是鲜有报道。

纵观自融雪路面在国外的成功应用及国内的研究进展，我们可以预测自融雪路面应用在我国具有很大的潜力，应用新型能源、设计自应力路面以及蓄盐类路面来处理融雪不仅具有重要的资源循环利用意义，还具有环保意义，开展这方面的研究可以带来显著社会效益。

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