导电砼在高速公路清冰除雪技术应用的探究

摘 要：通过对现有高速公路清冰雪技术的分析和总结，从提高除雪效果、降低环境污染、减少行车事故损失的角度，论述了采用导电混凝土这种新型除雪方法的意义，结合试验经验介绍了导电混凝土在高速公路路面应用于清冰除雪的性能、原理和应用效果，并对经济效益和社会效益进行了分析。进一步对国内外除雪机械的现状、存在问题以及发展趋势进行了论述与预测。

关键词：高速公路；清冰除雪；导电混凝土；导电原理

一、高速公路积雪积冰特点

受地理环境、气候及交通量的影响，降雪后高速公路路面的积雪形成多种状态。总的来说，具有这样的几个特点:车道路面的摩擦力小，路面很滑；车道平整度差，汽车行驶起伏大；行车通视条件差，能见度一般较差；车道路面状况不清楚，超车行车不安全；路面结构受到积雪积冰的破坏。

二、国内高速公路主流清冰除雪技术

（一）清冰除雪机械

目前，国内除冰雪机械经过十几年的产品开发，其工作原理已有近十种，但都难以克服机械在进行除冰雪作业时对路面的损伤或机械自身的损伤。因此，在大力发展我国除雪机械的同时，也注意引进吸收国外先进的除雪设备。归纳起来，主要有以下两类设备：犁式除雪机：主要适用于未经压实的积雪，特别是密度较小的新降积雪；旋切式除雪机：一般具有切削、集中、推移和抛投功能，具有结构复杂、功能多的特点。

（二）清冰除雪剂

目前国内外所采用的方法主要有：一是传统的人工清冰雪技术；二是在道路上撒施化学物质融化冰雪；三是靠各种清冰雪机械清除积雪。人工除冰雪功效低、浪费人力、作业成本高、占有路面时间长，且不安全因素多，易发生交通事故，不能适应高速公路清除冰雪的要求。

三、国外高速公路清冰除雪技术现状

目前，发达国家为确保冬季高速公路和地方道路畅通，已采用防冰养护新技术：即根据天气预报(雪情)及路面现状(露点、温度、湿度、风速和风向)观测参数，降雪前，在路面撒布化学溶剂，预防冰雪冻结在路面上，以此代替公路养护部门一直沿用扫雪机喷洒除冰盐的被动除雪方法。

（一）机械目前存在的主要问题

作业速度低，整机利用效率低、成本高，避让功能不理想，对路面保护能力差。

（二）溶剂目前存在的主要问题

除雪剂的黏度小，喷洒于路面后不便粘结在路面上，易挥发，也易被风和车辆带走；降雪后除雪剂不能马上开始工作，反应时间慢；需要量大，成本高；需要撒砂子或炉灰等抗滑材料，不但使除雪成本增加，而且增加路面不平整度，加大环境污染。

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题。所以，使用溶剂和机械进行清冰除雪是被动的挨打，我们应该做好主动的防御措施，这样就不会出现大量的高速公路瘫痪的状况。

四、导电混凝土新构想

（一）基本原理

目前在道路桥梁上运用导电混凝土都是在混凝土整体导电性上下功夫，但是路面桥面防冻不需要加热深层混凝土，而且深层混凝土中的热量不易传导到表面造成能量的损失，且一旦混凝土破裂，接触电阻将相当大，不易维护。

运用电热毯的基本原理，由于素混凝土（导热系数：0.50-5.00W/（mK））是热的不良导体，且电阻相对较大，设想在高速公路的面层沥青混凝土的内部添加材质均匀的网格状铁丝网作为电热丝，对表层沥青混凝土直接加热，由于表层的沥青（导热系数：0.02-1.00W/(mK)）是热的良导体，使得在冬季的沥青混凝土表层能散发出热量到路面，使路面起到除雪融冰的作用。

（二）设计思路及理由

1.选取材料的优势

铁具有优秀的物理性质：强度高，其强度远远高于骨料的强度，添加后不会减弱混凝的强度，反而提高混凝土的强度；熔点、沸点高，自身热稳定性好；延展性良好，对一般变形能克服，不易发生断裂；热传导性好，有利于将热量散发到周围沥青混凝土；电阻率低。

2.设计效果的加强方案

在基本设计的基础上可以将最上层沥青混凝土中再添加其他有助于导热的物质，以便热量更快的达到路面，此时最上层混凝土易采用允许厚度的最小值，其中如果线路太长，电阻过大无法达到预期电流，可在中间任意地方焊接预留电极接头供于外接电压，并提倡采用多段供电的方法，减小电压，以防安全，且更减小故障率。

3.强度测验

强度测验与一般混凝土的测验没有区别，但当路面部分为受拉区测抗剪强度时其值将大于同等条件下的素混凝土，原因是铁丝网此时充当了受力钢筋的角色，虽然这个钢筋受拉力有限。

4.电阻率测量

经28天标准环境下养护后，将成型的模型取出测量其电阻值R，由于两端电极直接与导体相连，而且上下层混凝土并非绝缘体根据电阻的并联原理电阻率在初期必定略小于铁丝网的电阻率，到后期，由于钝化作用，使得铁与混凝土的接触电阻大大增大，其值下降至约等于铁丝网的电阻率，但不会降至过低，保证了电阻率的稳定性。

5.发热热量控制

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，待降雪后通电，每隔一段时间，记录表面融雪情况并记录相关数据，为实际应用提供一定的依据。

6.设计的附加优点

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，保护路面。即强度测验时抗剪强度单方面提高的原因。

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“智能”型材料。它材料来源广泛、制备简单、经济。高速公路的除雪防滑工作是一项综合技术，清冰除雪工作重点在于怎样快速的清除冰雪保障路面行车安全。导电混凝土的应用解决了路面冰雪快速的清除及路面防御作用。这些优势使得导电混凝土应用于路面的清冰除雪是十分可行的。

参考文献：

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