冬季沥青路面主动融雪除冰技术

发表日期：2019年12月20日文章来源：东道路面浏览次数：打印本文文章收藏

冬季道路路面积雪或结冰，将给道路畅通和行车安全带来严重的隐患。

雪与“黑冰”

冰雪使路面附着系数大大降低，使汽车打滑、制动距离显著延长，甚至刹车失灵、方向失控，造成严重的交通事故。冬季道路和桥梁积雪或结冰，是公路交通事故频发和保畅防患重点。据调研，世界主要大中城市冬季因道路积雪、结冰造成的交通事故，约占冬季交通事故总量的35%以上。

路面浮雪

路面积雪

路面结冰

通常，干燥路面摩擦系数为0.6，雨天路面摩擦系数降为0.4，雪天则为0.28，结冰路面只有0.18；结冰路面的汽车制动距离为正常道路的6～7倍，寒冷地区冬季的交通事故率比其他季节要高出20%左右。

我国北方、中西部山区高速公路路面黑冰（薄冰）是冬季典型灾害性气象之一。“黑冰”一般在温度接近于冰点时形成，因为结冰的颜色与沥青路面颜色极为相似，驾驶员不好分辨，容易引发交通事故，故交警部门通常称之为“黑冰”。“黑冰”通常面积大、硬度高、厚度薄、不易铲除、不易察觉等特点，对公路通行车辆带来严重的安全隐患。

“黑冰”路面纹理

路面除冰融雪技术

为保证冬季冰雪天气下道路的畅通和安全，冬季路面除冰雪方法主要包括被动除冰和主动除冰两种。

除冰融雪技术

主动式融雪除冰技术

主动式融雪除冰技术是近年兴起的，该技术能够有效的确保除雪的及时性，可以减少融雪剂的撒布数量与撒布次数，从而减少普通融雪剂中的盐化物对道路结构物及环境的危害，同时降低冬季除雪的工作难度，节省除雪时间，大幅降低冬季道路除雪保畅成本。

主动式融雪除冰技术对比

抗凝冰材料

通过将特殊的融雪材料添加到沥青混合料中替换矿粉等填料用于沥青路面上面层，在冬季气温较低、空气湿度增大的条件下，融雪材料被激活，通过行驶车辆的泵吸、毛细管作用及摩擦不断析出，与降雪接触后形成低冰点液体隔离层来发挥融雪作用，并有效的阻止冰层与路面之间的粘结。以5%的掺量替换沥青混合料中的矿粉时，可使沥青路面冬季结冰温度降低至-5℃~-40℃，秋冬过渡期及初春时节，还可防止路面“黑冰”“暗冰”的形成，为行车安全提供保障。

缓释型抗冻剂作用机理

相变储能材料

相变材料颗粒添加到混合料中，随温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质。利用相变储能调温机理，在降温过程中释放相变潜热、升温过程中储存相变潜热的特性，主动调控沥青路面的工作温度，延长沥青路面在适宜温度工作的时间，改善沥青混合料的工作环境；提高了沥青路面对极端低温、大温差等适应能力，进行极端温度“削峰填谷”，同等环境温度条件下，一般沥青公路路面温度低于0℃时，相变调温材料路面温度在4℃，释放大量潜热，消除公路黑冰、冻雨冰层、冰冻层产生，提高冬季沥青路面的行车安全性。该技术成本较大，目前相关技术有待完善。

相变材料相变过程示意图

导电沥青混凝土

即在路面铺装材料中掺入聚合物类、碳类或金属类导电掺合料，使高绝缘性的路面铺装材料具备对热和电的感应和转换能力，通过在路面内部接通外部电源，将电能转变为热能，热能通过路面材料与冰雪的接触面向上传导，冰雪吸收热量后温度逐渐升高，实现融雪化冰的目的。路面上的积雪吸收热量，温度达到0℃后继续吸热而融化成水。在融雪化冰的过程中，由于风速、温差的影响，在路面上有部分热量因为传导、对流、辐射作用而散失。雪的导热系数仅为0.049，因此当有雪覆盖于路面时，其热损失极小，可忽略不计。随着融雪化冰的进行，雪的覆盖率越来越少，路面与空气的热交换越强。沥青的导热系数为0.062，导电沥青混凝土下方设置的一层或二层普通沥青混凝土可作为绝热层，减少热量向下传导。

发热电缆技术

通过利用发热电缆为发热体，将电能转化为热能，通过结构层内的导热体将热量传到物体表面，再通过热交换进行融雪化冰。发热电缆加热系统具有无污染、运行费用低、热稳定性好、控制方便等优势。发热电缆用于路面融雪化冰在北欧国家已经有所应用。

橡胶颗粒沥青路面

将废旧橡胶轮胎破碎成一定形状和粒径的颗粒，以骨料的形式直接添加于沥青混合料中而形成的新型的沥青混合料，利用橡胶颗粒的弹性特性，改变路面与轮胎的接触状态和路面的变形特性，利用弹性材料局部变形能力较强的特性，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和结冰。该技术不但可以有效提高路面的除冰雪能力，提高道路安全性和运行效率，而且为废旧弹性材料的回收利用提供科学、合理的新途径，利于环境保护，节省资源。其难点在于沥青混合料不易压实，工艺要求高。

热力融冰雪

热力融冰雪技术是利用电力燃气、地热、太阳能或电力等产生的热量使冰雪融化，如微波加热技术、地热管技木、红外线灯照加热技术、发热电缆技术、太阳能加热技术等。目前比较成熟的是地热能和太阳能融冰技术，其主要原理是把水作为载体，借助水泵系统，通过水平埋管把夏天地表热和太阳能储存于地下，冬天再借助水泵系统把热能提到地表上来融雪化冰。

日本除雪地热管道

利用地热管融雪

固定式预警喷洒系统

通过“路面气象信息子系统”连续监测路面的温度和路表摩擦力（路面湿滑系数），将监测的信息经“处理控制子系统”进行分析判别，当预测到道路将要结冰时，实时、主动地控制“喷淋子系统”喷洒适量的环保型除冰液，使路面无法结冰，从而有效降低冰雪灾害影响、提高行车安全。固定式预警喷洒系统一般多用于高速公路桥面、隧道出入口路段。

隧道出入口预警与喷洒系统

融雪除冰材料储存

桥面预警与喷洒系统

喷洒装置及效果

哪些路段需要加强融雪除冰？

通常，道路陡坡路段、隧道的出入口处、桥面以及山区高速公路的背阴路段、弯道等，城市道路的十字交叉口、社区道路、园林道路、机场跑道等，融雪除冰任务较重。

我国主要是采用机械除雪、人工除雪和撒布融雪剂等方法来除雪，存在着环境污染和不能及时清除的弊端。主动式融雪除冰技术在我国才刚刚兴起，市场空间大，行业重视和推广力度远远不够，相关配套技术及应用成本还需不断改进。道路路面融雪除冰是一个系统工程，时刻考验着道路运营管理者对冰雪天气、突发天气下的安全保畅能力，也是确保道路服务水平必须考虑的重要环节之一，任重道远，拭目以待。