基于蓄能的道路热融雪化冰技术及其分析

道路蓄能融雪化冰是未来能源交通领域可持续发展的重要措施。近年来,迫于化学融雪剂的巨大危害,国际上许多国家开展新型道路热融雪技术研究和示范应用。热融雪技术主要包括导电混凝土/沥青、加热电缆和循环热流体等三种方式。其中,循环热流体融雪化冰技术可以实现可再生能源利用和蓄能技术,达到更高的能源利用效率和环保效能,被国际公认为最具发展前景和可持续发展的绿色生态技术。本文着重论述国内外热融雪化冰技术的发展状况,阐述存在的基本问题,推动我国融雪化冰技术的迅速崛起和发展。     

自发热技术在机场道面融雪化冰中的应用研究

目前对机场道面降雪结冰所采用的融雪化冰方法都存在一定缺点,很有必要寻求一种新的融雪化冰方法。自发热技术融雪化冰方法就是将导电体铺装在沥青混凝土中,利用导电体通电发热提高道面表面温度,使其高于冰点温度来实现对机场道面融雪化冰的目的。自发热技术融雪化冰方法效率高,效果好,且为绿色环保技术,具有广阔的应用前景。     

主动除冰雪路面融雪化冰特性及路用性能研究综述

为了进一步推进路面主动除冰雪技术的发展,综述了国内外路面主动融雪化冰方法的研究进展。首先,介绍了不同类型路面主动除冰雪技术的融雪化冰机理,并基于此将主动除冰雪路面划分为自应力弹性铺装路面、低冰点路面和能量转化型路面3类;然后,分别对3类主动除冰雪路面的路用性能及融雪化冰特性进行了梳理,在路用性能方面主要包括沥青混凝土路面高温性能、低温性能、水稳定性、黏附性能和耐久性等,以及水泥混凝土路面抗拉、压性能等,而在融雪化冰特性方面主要包括路面抗摩擦性能、冰-路界面黏结性能、破冰性能、融雪速率、适用温度范围及长期稳定性等;进而归纳了材料组成、结构类型、外界环境及系统运行条件等对主动除冰雪路面工作性能的影响规律;此外,为了便于主动融雪化冰路面技术选型,从融雪化冰效果、经济成本及节能环保等方面对比分析了不同路面主动除冰雪技术的优缺点;最后建议路面主动除冰雪系统应与冰雪灾害评估系统及冰雪预警系统相结合。     

电热法用于水泥混凝土路面融雪化冰的系统设计

为了研究电热法在路面中融雪化冰的应用情况,提出电磁能融雪化冰系统的设计理念,进而对道路表面及结构层内的温度分布、升温规律进行试验测量和数值模拟分析,确定用于电磁能融雪化冰系统的材料型号,并通过对材料在不同温度情况下的形态及性能进行分析,确定电磁能融雪化冰系统运行时的最高温度限制;利用有限元软件ANSYS分析融雪化冰系统的传热规律,据此确定电磁能融雪化冰系统设置的最大间距,为实际道路融雪化冰系统的设计提供参考。     

碳纤维发热桥面融雪化冰性能预测模型

采用内置碳纤维发热线加热方法进行桥面融雪化冰室内试验,并构建内置碳纤维发热线桥面有限元模型对融雪化冰过程进行数值模拟。结果表明:碳纤维发热线布设方式和外界环境均对桥面铺装融雪化冰效率造成一定程度的影响,其中发热线布设间距、环境温度和风速对融雪化冰效率影响较大;通过模拟结果与室内试验结果对比分析验证,建立的有限元模型能够准确地预测碳纤维发热桥面融雪化冰性能。     

山区高速公路桥面漫排式水热融雪系统应用

为通过热流体的能量传递来达到融雪化冰的目的,水热式融雪技术在预先埋设的管道内通入作为传热载体的循环热流体。针对山区高速的特殊路段,结合地理与气温环境情况,将可循环再生资源隧道温泉水作为山区高速桥面融雪的热源。在此基础上结合工程实例确定了漫排式水热融雪桥面系统的设计与铺设方案,并铺设了试验路。结果表明,对于一定环境条件下的桥面漫排式温泉水融雪系统,融雪效果良好。研究成果可以为采用水热式融雪化冰系统的路面及桥面铺装设计与施工提供指导。     

自发热机场沥青混凝土道面融雪化冰试验研究

通过对铺装了导电体的自发热机场沥青混凝土道面进行化冰试验与融雪试验（初始温度为-10 ℃、导体控制温度为50 ℃、设置和不设置隔热层），得出了融雪化冰所需时间和设置隔热层能够提高能量利用率的结论。运用有限元软件融雪化冰分析，与试验结果对比，验证了试验结果的正确性。并对下一步研究工作提出了建议。     

三相复合导电混凝土除冰雪性能研究

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。     

桥面碳纤维发热融雪化冰系统影响因素分析

通过在桥面混凝土板内埋设不同布置方式的碳纤维发热线,并改变混凝土板所处的环境条件(温度、风速、冰层厚度),研究发热线布置方式及外界环境对桥面铺装层融雪化冰效率的影响。结果表明,碳纤维发热线的布置间距对混凝土升温影响及融雪化冰影响最显著,其他因素影响则较小。此外,相比冰层厚度影响作用,环境温度和风速对桥面融雪化冰影响作用较大。     

高寒地区隧道路面发热电缆融雪化冰试验研究

我国在高寒地区修建的高速公路隧道越来越多。因为隧道进出口路面积雪结冰而导致的道路交通事故呈逐年上升趋势。隧道路面的融雪化冰问题日益成为制约道路交通安全的关键因素之一。近年来,发热电缆系统作为融雪除冰一种新技术得到了越来越多的关注。本文依托在建兰州至郎木寺高速公路晒经滩隧道,建立了发热电缆融雪化冰的试验段,通过对隧道内温度长期持续测量,探讨了发热电缆系统最佳设防长度;对试验段表层和内部的温度分布变化进行监控,探讨了甘肃省甘南地区沥青混凝土道路铺装发热电缆的功率及应用。研究结果表明:该地区的最佳设防长度为60m,外界气候条件(尤其是气温)是影响发热电缆融雪化冰效果的主控因素;使用反热毯可以大大提高发热电缆系统的工作效率;通过动态功率控制,可以实现不同降雪条件下和不同气候条件下的融雪化冰要求。     

预湿与防冰技术在北美冬季道路养护中的应用

介绍了北美道路防冰融雪技术的发展历程,对比分析了两种防冰雪材料即液体防冰剂和预湿固体化学剂的优缺点,分析了防冰策略的实施方案及其在美国的实践应用情况。该策略主要综合道路天气信息系统(Road Weather Information System,简称RWIS)和天气预报系统的信息,并结合实际情况确定防冰时间并选择合适且适量的防冰材料。从北美道路养护部门的防冰实践中总结出了实施主动型防冰策略的改进措施以及经验,为各地道路管理部门制定道路冬季养护方案提供参考,以实施符合自身实际的防冰策略。     

道路融雪地能利用热循环基本性能模拟分析

针对道路集热蓄能融雪化冰过程进行分析,建立地能利用热泵循环道路融雪化冰基本过程模型,开展数值计算分析.重点探讨降雪和融雪过程地源热泵运行和地下换热过程的基本性能,以及降雪量、气候环境温度、地下初始温度的影响规律.分析表明,常规降雪量的道路融雪平均热耗率为250 W/m<'2>左右,热泵系统性能指数COP维持在4以上.地下初始温度增加将对地能利用热泵循环效率带来显著的提升空间,表明太阳能路面集热和季节性地下蓄能技术具有巨大潜力.     

不同融雪物质的化冰性能及评价方法研究

融雪剂作为保障冬季道路安全的重要物质,其融雪除冰能力成为使用者关注的重点,该文通过对比中韩融雪剂标准的融雪化冰能力评价方法的差异,针对常用的氯化钠(NaCl)、氯化钙(CaCl_2)、氯化镁(MgCl_2)、醋酸钙[Ca(Ac)_2]和醋酸钾(KAc)融雪剂,在不同温度下化冰过程中的化冰速率进行评价测试。试验结果表明:环境温度的差异对各类融雪剂的化冰有明显的影响;同时考察了不同融雪剂在固、液状态下的化冰性能差异,试验证明固态融雪剂具备更优异的化冰性能,且部分固态融雪剂与其溶液状态的化冰机制有明显差异。     

掺加沥青基碳纤维的沥青混合料路面的融雪研究

在沥青混合料中加入碳纤维和微胶囊相变材料,研究了微胶囊相变材料掺量和油石比对沥青混合料电阻率和融雪去冰效果的影响。结果表明,在马歇尔试件中油石比一定前提下,微胶囊掺量的增加会增大沥青混合料的电阻率,在通电情况下,路面掺加沥青基碳纤维的沥青混合料的热生成效率会提高,从而对路面融雪化冰效果会得到提升;马歇尔试件温度的降温趋势会随着微胶囊相变材料掺量的增加而逐渐变缓,稳定阶段的温度呈逐渐上升趋势;在实际掺加沥青基碳纤维的沥青混合料的配置过程中,如果碳纤维和微胶囊相变材料掺量一定的前提下,为了实现最佳的融雪化冰效果,油石比的选择可以直接采用最佳油石比。     

沥青路面防冻抗滑技术研究

沥青路面因降水或冬季雨雪结冰变得湿滑,会严重威胁车辆行驶的动力性及安全性。研究提高路面冬季防冻及抗滑性能的关键技术势在必行。采用以SMA沥青混合料作路面磨耗层、发热管加热系统融雪化冰、温控介质调控温度的研究思路和技术途径,有望制备出能够自动加热融雪除冰,防冻抗滑功能兼备的沥青路面。     

沥青路面防冻抗滑技术研究

沥青路面因降水或冬季雨雪结冰变得湿滑,会严重威胁车辆行驶的动力性及安全性。研究提高路面冬季防冻及抗滑性能的关键技术势在必行。采用以SMA沥青混合料作路面磨耗层、发热管加热系统融雪化冰、温控介质调控温度的研究思路和技术途径,有望制备出能够自动加热融雪除冰,防冻抗滑功能兼备的沥青路面。     

浅谈寒冷冰雪地区城市慢行系统空间设计

在中国东北和西北地区,很多城市的冬季时间较长,居民日常出行受到了天气的严重制约,特别是步行和自行车交通。本文分析了在寒冷冰雪城市步行和自行车交通的出行特点和通行空间要求,提出了道路横断面慢行系统空间设计、路面铺装和融雪设施、立体慢行系统空间设计以及交叉口处慢行系统空间设计等利于寒冷城市居民便捷出行的设计方法。     

吸波沥青混合料在路面工程中的应用研究进展

吸波沥青路面材料制备与应用对公路沥青路面快速养护及融雪化冰具有重要意义。综述国内外路用吸波材料及其应用技术对道路裂缝修补和除冰效果的影响与应用进展,阐述目前该研究领域存在的问题,提出吸波沥青混合料在路面工程中的研究方向及发展趋势。     

融雪抑冰材料的性能研究

文章通过冰点测试试验、融冰化雪试验、腐蚀试验研究了自制融雪抑冰材料的基本特性,并分析总结了不同混合料空隙率、降雨量和温度条件下材料的析出量和析出次数的规律。结果显示,自制融雪抑冰材料腐蚀性低,可以降低路面冰点,延长结冰时间,简化除雪化冰过程;随着混合料初始空隙率的递增,盐分析出次数相应递减,基于融雪盐混合料耐久性及融雪持久性综合考虑,融雪盐混合料空隙率的最佳范围为3%~4%;经过多次降雨模拟过程,混合料的盐分析出量仍然大于盐分析出目标值,满足融雪效能要求;随着温度的升高,融雪盐混合料的盐分析出量随之增大,24h后混合料盐分析出量逐渐稳定,缓慢增长。     

基于TPS高粘沥青的橡胶颗粒除冰雪沥青路面耐久性研究

0引言 目前,橡胶粉改性沥青及其混合料的研究已渐趋成熟,但是利用橡胶颗粒的高弹性能进行路面除冰的技术在世界各国仍处于初期阶段.国内先后铺筑了几条试验路段,但高弹融雪化冰沥青混合料的耐久性大多不理想,甚至在通车初期即出现橡胶颗粒剥落、混合料松散的现象.