道路化冰研究報(bào)告

1、路面積雪結(jié)冰給交通和行車(chē)安全造成嚴(yán)重威脅。歐美、日本等國(guó)在道路融冰化雪技術(shù)研究及應(yīng)用方面做了大量的工作，我國(guó)在這方面的研究非常薄弱?？偨Y(jié)分析了國(guó)內(nèi)外道路融冰雪技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向，可以看出：使用融雪劑和機(jī)械除冰雪是普遍的方法，但存在環(huán)境污染和不能及時(shí)清除的弊端。地?zé)?、電熱、改進(jìn)路面材料等主動(dòng)方法不普遍，處于研究和小范圍試驗(yàn)使用階段。在當(dāng)前技術(shù)條件下，我國(guó)應(yīng)對(duì)冰雪災(zāi)害天氣的對(duì)策：1）交通管理部門(mén)應(yīng)提前制定融雪化冰計(jì)劃，加強(qiáng)重點(diǎn)路段、橋段的冬季養(yǎng)護(hù)；2）發(fā)展健全道路冰雪災(zāi)害氣象預(yù)警系統(tǒng)；3）開(kāi)展環(huán)保、智能融雪防冰技術(shù)研究。通過(guò)科學(xué)應(yīng)對(duì)，可以減少我國(guó)北方寒區(qū)及南方凍雨區(qū)的交通擁堵和交通事故。關(guān)鍵詞：

2、路面；結(jié)冰；融雪技術(shù)；凍雨中圖分類(lèi)號(hào)：U418文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào): 1000-0240 (2011) 04-0933-080引言道路冰雪災(zāi)害給全球多個(gè)國(guó)家每年帶來(lái)重大損失。我國(guó)北方寒區(qū)及南方凍雨區(qū)每年道路積雪結(jié)冰現(xiàn)象嚴(yán)重，造成了嚴(yán)重的交通擁堵和誘發(fā)了一系列交通事故。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2010-2011年的冬季，僅貴州、四川、湖南三省因橋面結(jié)冰而引發(fā)的惡性交通事故就達(dá)8起；2005年交通部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，有冰雪月份的交通事故最多，其他月份相對(duì)較少1。道橋積雪結(jié)冰還往往伴隨著巨大的經(jīng)濟(jì)損失，這方面的報(bào)道更是屢見(jiàn)紙端。1996年1月，美國(guó)東北部由于暴風(fēng)雪交通中斷4d，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100108美元。

3、2005年11月，德國(guó)西北部連續(xù)降雪，導(dǎo)致2000多起交通事故，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1108歐元。2005年12月，山東威海、煙臺(tái)等地遭遇一次持續(xù)15d特大暴風(fēng)雪，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3.7108元2。2008年南方凍雨的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)62108元。正因?yàn)榈缆贩e雪結(jié)冰的危害嚴(yán)重，世界各國(guó)都展開(kāi)了大量的融冰化雪技術(shù)研究?？偟膩?lái)說(shuō)融冰除雪方法可分為：清除法和融化法兩大類(lèi)，其中清除法分為人工清除法（人工機(jī)械，人工撒鹽、沙子）和機(jī)械清除法（除雪機(jī)械），融化法分為化學(xué)融化法（融雪劑，降低冰點(diǎn)的路面材料）和熱融化法（地?zé)?、太?yáng)能、電熱、導(dǎo)電混凝土、紅外線等）。經(jīng)過(guò)近60a的研究，這些技術(shù)取得了不錯(cuò)效果，但也存在諸如環(huán)

4、境污染、成本過(guò)高、使用條件限制等問(wèn)題。環(huán)保、高效的融冰除雪技術(shù)還在不斷的探索中。我國(guó)目前使用的方法僅限在使用融雪劑和機(jī)械這兩個(gè)方面，且很多地方也是機(jī)械設(shè)備配備不足，撒融雪劑也是靠人工進(jìn)行，冬季養(yǎng)護(hù)缺乏系統(tǒng)規(guī)劃，道路冰雪預(yù)報(bào)嚴(yán)重不足，這對(duì)冬季保障交通是不利的。在熱力融雪化冰方面，我國(guó)的研究還處于起步階段，實(shí)際應(yīng)用更是未見(jiàn)報(bào)道。我們對(duì)最新的研究成果進(jìn)行總結(jié)分析，以期為我國(guó)道路冰凍災(zāi)害防治提供借鑒。1融雪劑使用狀況及發(fā)展趨勢(shì)使用融雪劑是目前各國(guó)使用最廣的一種融雪化冰方法。融雪劑主要分為氯鹽型、非氯鹽型和混合型三大類(lèi)，基本原理是融雪劑可以降低溶劑（雪水）的蒸汽壓，從而使整個(gè)溶液的凝固點(diǎn)（冰點(diǎn)）降低。國(guó)

5、外于20世紀(jì)30年代開(kāi)始使用融雪劑，主要集中氯鹽，氯化鈉用量最多。目前，美國(guó)有5種通用融雪劑，其中3種是氯鹽（氯化鈉、氯化鈣、氯化鉀），另兩種為非氯鹽型（乙酸鎂鈣和尿素），但后者由于效率低、用量大、費(fèi)用高，未能得到廣泛應(yīng)用。日本于20世紀(jì)60年代開(kāi)始使用氯化鈉，1995年開(kāi)始使用氯化鈣2-3。我國(guó)撒鹽融雪有近30a歷史，最初采用氯化鈉，到2000年以后才逐漸采用氯化鈣、氯化鉀、氯化鎂等融雪劑，而且使用量呈現(xiàn)明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)。以北京市為例，自2002年以來(lái)，每年平均融雪劑用量為800010000t，2010年更是達(dá)到3.5104t；但在2011年北京市大大減少了融雪劑的使用，投入3.9108元購(gòu)置了

6、大量清雪除冰機(jī)械，機(jī)械化除雪作業(yè)率達(dá)90%4。沈陽(yáng)等地也開(kāi)始逐漸降低融雪劑的使用。這是適應(yīng)環(huán)保要求的良性改變，在有條件的城市應(yīng)該提高除冰除雪的機(jī)械化程度。融雪劑是雙刃劍，除雪融冰的同時(shí)給環(huán)境、建筑物、植被等產(chǎn)生了不利影響。氯鹽融雪劑對(duì)路面結(jié)構(gòu)（鋼筋、混凝土、瀝青等）具有強(qiáng)烈的腐蝕性，通常在1015a之內(nèi)就會(huì)嚴(yán)重破壞橋梁結(jié)構(gòu)，是目前威脅道橋安全的主因之一。每使用1t融雪劑，就會(huì)造成615美元道橋腐蝕損失、113美元車(chē)輛腐蝕損失和75美元植物腐蝕損失5。鑒于氯鹽融雪劑的諸多負(fù)面作用，世界各國(guó)制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范與約束制度。研發(fā)型環(huán)保型融雪劑是解決這一問(wèn)題的發(fā)展方向。新型環(huán)保型融雪劑是添加非氯化物緩

7、釋劑來(lái)達(dá)到融雪除冰的目的。郭金禹等6確定了磷酸二氫鋅-鎢酸鈉-硫脲-十二烷基苯磺酸鈉作為優(yōu)化的緩蝕劑組方，添加緩蝕劑以后的氯化鈣融雪劑融冰速率無(wú)明顯變化，對(duì)碳鋼、混凝土的腐蝕性大幅降低，是高效緩蝕型融冰雪產(chǎn)品。融雪劑的開(kāi)發(fā)經(jīng)歷了單一的食鹽型、氯化鈣型到現(xiàn)今的非氯化物型、復(fù)合防腐蝕型，其特點(diǎn)是從單一成分改進(jìn)為多組分的復(fù)合融雪劑；改變傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)融雪劑，開(kāi)發(fā)有機(jī)融雪劑；在資源上采用制酯、糖工業(yè)廢水，紙漿工業(yè)廢液及城市垃圾等7。徐英梅等8選擇可生物降解的、低成本的醋酸廢液（木醋液）為原料，研究了制備低成本的CMA類(lèi)融雪劑的工藝方法，所得產(chǎn)品為低碳混合羧酸鈣鎂鹽，通過(guò)對(duì)融雪劑的一系列性能試驗(yàn)表明，其融雪

8、溫度低，融雪效率高，對(duì)金屬、花草等基本無(wú)腐蝕和損害，各方面的性能均優(yōu)于氯化鈉等氯鹽融雪劑。林永波等9研究開(kāi)發(fā)顯色環(huán)保型融雪劑，添加了緩蝕劑和對(duì)植物生長(zhǎng)有益的植物鈣劑，能夠減少對(duì)金屬、路面、植物等的腐蝕，并根據(jù)融雪劑顏色的變化，控制融雪劑用量。2機(jī)械法使用狀況及發(fā)展趨勢(shì)機(jī)械法是通過(guò)機(jī)械對(duì)冰雪的直接作用而解除冰雪危害的一種方法，這是人類(lèi)傳統(tǒng)的除雪方法，也是迄今為止應(yīng)用最為廣泛的。研制性能優(yōu)越的除雪機(jī)械成為世界上冬季降雪國(guó)家的一個(gè)重要課題。除雪機(jī)的種類(lèi)很多，可按工作原理、使用范圍、底盤(pán)形式和行走方式的不同進(jìn)行分類(lèi)10：按工作原理分類(lèi)根據(jù)除雪機(jī)械工作原理的不同可以把除雪機(jī)分為推移式、螺旋轉(zhuǎn)子式（拋投式

9、）、滾壓式、鏟剁式、錘擊式5種；其中推移式又可分為鏟刀（刮刀）式、前置側(cè)鏟式、V型除雪犁、除雪卡車(chē)等；螺旋轉(zhuǎn)子式又可分為銑刀轉(zhuǎn)子式和葉輪轉(zhuǎn)子式兩種。按用途分類(lèi)按照除雪機(jī)械的用途可把除雪機(jī)分為泛用除雪機(jī)、人行道除雪機(jī)、鐵道除雪機(jī)和高速公路除雪機(jī)4種。按底盤(pán)分類(lèi)根據(jù)除雪機(jī)械的底盤(pán)不同可以把除雪機(jī)分為專(zhuān)用底盤(pán)和兼用底盤(pán)兩種。按行走機(jī)構(gòu)分類(lèi)根據(jù)除雪機(jī)械的底盤(pán)差異可以把除雪機(jī)分為輪胎式和履帶式兩種。在實(shí)際工作中，人們習(xí)慣上將除雪機(jī)主要分為犁式除雪機(jī)和旋切式除雪機(jī)。目前，從除雪的作業(yè)過(guò)程來(lái)看，除雪機(jī)理、技術(shù)方法已趨于成熟，但在具體工作過(guò)程中，往往受到路面狀況、雪層薄厚、氣溫高低等條件的限制，使用一種機(jī)械難

10、以清除不同路面的冰雪，從而使除雪機(jī)的應(yīng)用存在許多局限性。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家除雪機(jī)的品種規(guī)格較為齊全。近年來(lái)，由于社會(huì)對(duì)冬季道路養(yǎng)護(hù)提出了更高要求，各類(lèi)除雪機(jī)的保有量在發(fā)達(dá)國(guó)家迅速增長(zhǎng)，在性能方面朝著自動(dòng)化和一機(jī)多能方面發(fā)展。一些大型專(zhuān)用除雪機(jī)也開(kāi)始使用，德國(guó)SCHMIDT公司TS4拋投式除雪機(jī)可以1h處理6000t雪。發(fā)展趨勢(shì)有以下幾方面11：1）開(kāi)發(fā)高性能專(zhuān)用底盤(pán)，普遍采用液力矩器、動(dòng)力換檔裝置和全自動(dòng)電液控制系統(tǒng)?？稍诔┳鳂I(yè)時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速檔功能，使作業(yè)速度自動(dòng)適應(yīng)除雪作業(yè)負(fù)荷變化，不僅減輕了司機(jī)的負(fù)擔(dān)，還能保證高速除雪的要求；2）開(kāi)發(fā)多功能除雪車(chē)。如在除雪車(chē)上搭載滑雪裝置、高雪堤除理裝置、藥劑

11、撒面裝置等多種作業(yè)裝置，以提高作業(yè)效率和減少更換除雪裝置的時(shí)間；3）由于從城市向郊外運(yùn)雪費(fèi)用較大，國(guó)外在開(kāi)發(fā)高效率裝雪機(jī)械的同時(shí)，還將研制用氣體進(jìn)行一次除雪的裝置；4）重視除雪機(jī)械的工作對(duì)象雪的研究。對(duì)雪的物理性質(zhì)進(jìn)行較深入的研究，為設(shè)計(jì)上充分利用理論進(jìn)行指導(dǎo)，擺脫目前主要靠實(shí)驗(yàn)校核機(jī)械性能的做法；5）提高機(jī)械的效率及安全性、操縱性和舒適性是近年來(lái)日本生產(chǎn)除雪機(jī)械的顯著技術(shù)動(dòng)向。中國(guó)除雪機(jī)械的研制起步較晚，真正的研制與開(kāi)發(fā)是從1980年代以后，隨著改革開(kāi)放的不斷深入，道路的不斷升級(jí)與新建，各種機(jī)動(dòng)車(chē)輛猛增而開(kāi)始的，先后有十幾種型號(hào)的樣機(jī)被生產(chǎn)出來(lái)，在除雪作業(yè)中發(fā)揮了一定的作用。關(guān)明慧等12對(duì)利

12、用微波加熱原理清除道路結(jié)冰進(jìn)行探索研究，并設(shè)計(jì)出了專(zhuān)門(mén)用于清除道路積冰的微波除冰機(jī)原理圖。劉長(zhǎng)生13針對(duì)南方凍雨凝凍結(jié)冰的特點(diǎn)，對(duì)振動(dòng)除冰滾筒、除冰羊角、振動(dòng)液壓系統(tǒng)以及振動(dòng)軸和偏心塊式振動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了比較詳細(xì)的理論分析設(shè)計(jì)計(jì)算。2010年胡雅靈10研制出了一種多功能除雪鏟，該技術(shù)是為滿(mǎn)足高寒地區(qū)道路冬季除雪的需要而設(shè)計(jì)的。它適宜安裝在多種車(chē)型的前端，除雪鏟可以上、下、左、右自如擺動(dòng)，梳狀鏟式破冰器能自動(dòng)收回或放下。它適應(yīng)各種除雪的場(chǎng)合，能夠徹底快速清除路面的積雪與冰層?？萍嫉牟粩喟l(fā)展為除雪機(jī)械的發(fā)展提供了技術(shù)條件。機(jī)、電、液一體化高新科技成果不斷地被應(yīng)用到除雪機(jī)械上，電腦和高靈敏傳感器等現(xiàn)代高

13、新技術(shù)在養(yǎng)護(hù)機(jī)械的各種裝置和機(jī)具的操縱、計(jì)量、控制報(bào)警、排障和作業(yè)智能化等方面得到了推廣應(yīng)用14。這些高新技術(shù)的應(yīng)用將使除雪機(jī)更加可靠、多能和高度自動(dòng)化。多功能化、自動(dòng)化和安全舒適化是今后除雪機(jī)械的發(fā)展方向。3熱力融雪化冰技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)熱力融雪化冰技術(shù)是一種主動(dòng)預(yù)防和清除道路積雪結(jié)冰的方法，其原理是利用外界提供的熱能對(duì)路面進(jìn)行加熱，使路面溫度高于0，從而防治道路積雪結(jié)冰。根據(jù)熱能的性質(zhì)不同可以分為地?zé)?、電能、紅外線、太陽(yáng)能等融雪化冰技術(shù)。3.1地?zé)峒訜嵯到y(tǒng)地?zé)岬男问娇梢允菧\層土壤內(nèi)的熱能，或者是地下熱水、蒸氣。土壤蓄積的熱能通過(guò)熱管傳送到地面，地下熱水或蒸氣通過(guò)循環(huán)管路輸送到地面對(duì)地面進(jìn)行

14、加熱。利用地?zé)崛谘┏夹g(shù)在歐洲、美國(guó)、日本、阿根廷、加拿大相對(duì)比較普遍，目前在我國(guó)還未見(jiàn)有使用的報(bào)道。3.1.1熱管技術(shù)利用地?zé)岬臒峁芗夹g(shù)原理是利用淺層地?zé)崮軐?duì)熱管進(jìn)行加熱，由熱管內(nèi)的工質(zhì)將熱量送往路面，使其表面溫度高于0，從而達(dá)到融雪化冰的目的（圖1）。這種技術(shù)最早于1969年在美國(guó)新澤西的Trenton道路上進(jìn)行試驗(yàn)15，管道埋于路面下5cm，垂直管道間距60cm。在冬季，2m左右深度的地溫為8.813.8；暴風(fēng)雪天氣管道內(nèi)循環(huán)不凍液溫度為4.411.1。在空氣溫度為-6.71.7時(shí)，融雪速率為0.61.25cmh-1。后來(lái)這一試驗(yàn)結(jié)果被用于另外的試驗(yàn)項(xiàng)目，這次試驗(yàn)的內(nèi)容是考察垂直或者重

15、力熱棒的效率，其工作介質(zhì)由原來(lái)的乙烯乙二醇混合物換為氟利昂和氨。11比例的試驗(yàn)在西弗吉尼亞橡樹(shù)山一個(gè)公路坡道和國(guó)懷俄明州夏延附近的兩個(gè)坡道上進(jìn)行16，這兩個(gè)坡道坡度達(dá)7%，試驗(yàn)共計(jì)使用了177根熱棒用于加熱984m2的路面。每根熱管有30m長(zhǎng)的蒸發(fā)段和多支管冷凝段（共計(jì)36m），試驗(yàn)路段的地溫為12.2，系統(tǒng)運(yùn)行效果理想。兩個(gè)設(shè)計(jì)更加細(xì)致的熱管融化路面積雪地試驗(yàn)工程分別在1976年和1980年在拉臘的Sybille峽谷和春溪橋?qū)嵤┝?，并進(jìn)行了長(zhǎng)期觀測(cè)。類(lèi)似的熱管系統(tǒng)在日本和科羅拉多Glenwood Springs進(jìn)行了測(cè)試，科羅拉多Glen-wood Springs的系統(tǒng)加熱采用水井替代了地源

16、15。圖1利用地下熱能的熱管加熱路面示意圖3.1.2地?zé)崃黧w加熱技術(shù)地?zé)崃黧w加熱技術(shù)將地下熱水和地?zé)嵴魵庥霉艿垒斔偷铰访婊蛘咧苯訉崴鬟^(guò)路表面進(jìn)行加熱融雪化冰。日本福井市曾將地下熱水直接噴撒在路面上用于滑雪除冰，地下水初始溫度約15，在經(jīng)過(guò)埋設(shè)在人行到下的換熱管道時(shí)溫度降低到了7.2。在融化了人行道上的積雪后，熱水噴灑到臨近的路面上。這種方法容易引起路基沉降，流水需要進(jìn)行收集，使用的環(huán)境溫度不能過(guò)低，否則流水結(jié)冰會(huì)引起更嚴(yán)重的問(wèn)題。因此在1990年后，日本開(kāi)始采用其他熱能加熱方式進(jìn)行路面融雪除冰。2005年前整個(gè)日本安裝管道地?zé)崛谘┫到y(tǒng)數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了25套，這些系統(tǒng)大都安裝在停車(chē)場(chǎng)、公路坡道

17、和人行道上。札幌早在1966開(kāi)始利用地下水加熱道路，該系統(tǒng)最早使用鋼管，于1973年更換為聚丁烯塑料管，地下熱水進(jìn)入管道的溫度達(dá)7681。位于Ninohe市的Gaia道路融雪系統(tǒng)采用3根外徑89mm、長(zhǎng)度150.2m的同軸套管換熱器，熱泵機(jī)組由一臺(tái)15kW電機(jī)和兩臺(tái)0.75kW循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)。加熱管道采用16mm內(nèi)徑聚丁烯管，埋設(shè)于瀝青混凝土下10cm位置，間隔20cm，整個(gè)系統(tǒng)的熱功率為50kW。系統(tǒng)已經(jīng)成功運(yùn)行了多年，比電纜加熱方式相比節(jié)能超過(guò)20%2。美國(guó)是最早使用地下熱水加熱路面的國(guó)家，在1948年俄勒岡州克拉馬斯安裝了地?zé)崛谘┫到y(tǒng)。該系統(tǒng)最早期使用鐵管，水泥路面長(zhǎng)度約137m。融雪管道采

18、用直徑1.8cm的鐵管，埋深7.5cm，管道間距45cm，防凍劑采用40%乙二醇水溶液，循環(huán)流量約300ts-1。系統(tǒng)熱源來(lái)自附近的地?zé)峋?，供水溫度約為37.754.4，在循環(huán)終端降低為-1.11.7。由于管網(wǎng)腐蝕滲漏，該系統(tǒng)運(yùn)行了近50a后于1997年停止服務(wù)；1998年進(jìn)行改造，將原混凝土路面和橋板拆除，加入碎石基層。融雪管道換用1.8cm聚乙烯管，與路面加筋鋼筋并行，以得到保護(hù)。整個(gè)改造成本為43104美元，預(yù)計(jì)年維護(hù)費(fèi)用為500美元，年運(yùn)行成本為3000美元15。2003年俄勒岡州交通運(yùn)輸部投資130萬(wàn)美元，改建克拉馬斯福爾斯市的Eberlien街橋和Wall街橋，其中Wall街橋由于

19、坡度13.25%，采用了地?zé)崮苋谘┫到y(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)管路建設(shè)與機(jī)械裝置成本分別為17104和3.6104美元。該系統(tǒng)的總?cè)谘┟娣e960m2，其中橋面與人行道面積為346m2，設(shè)計(jì)融雪熱負(fù)荷為189Wm-2。熱源由附近的換熱站提供，換熱裝置為316型不銹鋼板式換熱器，熱功率174kW，工作壓力1.03MPa。此外，俄勒岡市技術(shù)學(xué)院也在其綜合主樓前的梯型道路上安裝了一套融雪系2。在阿根廷Copahue-Caviahue地?zé)釁^(qū)，地?zé)嵴魵獗挥糜诩訜岢鞘械缆泛鸵粭l通往Villa Copahue滑雪場(chǎng)的道路17。地?zé)嵴魵鈦?lái)源于深達(dá)1400m的地?zé)峋?，蒸氣通過(guò)2.6km的管道運(yùn)送到城市路面下。該區(qū)冬季氣溫最低約

20、為-12，風(fēng)速可達(dá)160kmh-1，平均降雪厚度為32.5cm。利用地?zé)嵴魵饧訜岫韭访鏈囟瓤沙掷m(xù)在12.21611。波蘭在1998年建成了一個(gè)利用地下熱水的機(jī)場(chǎng)道路融雪系統(tǒng)，平均溫度為68，流量為50150m3h-1?？紤]到溫帶海洋性氣候的影響，系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：相對(duì)濕度80%，平均降雪2mmh-1，平均風(fēng)速3.4ms-1。系統(tǒng)最大熱負(fù)荷為200Wm-2，進(jìn)出水溫度分別為55和25。當(dāng)系統(tǒng)處于待融狀態(tài)時(shí)，熱負(fù)荷維持為100Wm-2，進(jìn)出水溫度分別為30和5。系統(tǒng)流量恒定為5.7Lm-2h-1。融雪管道采用DN20HDPE管，間距250mm，埋深80100mm，防凍劑采用乙二醇溶液。冰島是一個(gè)

21、地?zé)豳Y源十分豐富，截至2000年冰島地?zé)崮艿缆啡谘┫到y(tǒng)的安裝面積已經(jīng)超過(guò)3.5106m2。地?zé)崴睦帽壤s占33%。3.2非地?zé)峒訜嵯到y(tǒng)非地?zé)峒訜嵯到y(tǒng)是指管道循環(huán)系統(tǒng)的熱量來(lái)自地?zé)嵋酝獾臒崮?，如：城市供水余熱，生活廢水、燃?xì)饧訜岬?。弗吉尼亞交通部在阿默斯特縣建立了一座非地?zé)釤嵩聪到y(tǒng)的橋梁，該橋用燃燒丙烷為熱源，加熱丙稀乙二醇與水的混和抗凍循環(huán)系統(tǒng)，由此循環(huán)系統(tǒng)將熱量送往熱棒底部的蒸發(fā)端，再由熱棒里的工質(zhì)將熱量送往橋面（圖2）。早期的工質(zhì)為氟利昂，熱效率較低，在1999年的時(shí)候更換為氨。整個(gè)橋長(zhǎng)約35m，寬約13m，使用了約3.2km長(zhǎng)的鋼管，和241根熱樁。整個(gè)加熱系統(tǒng)造價(jià)為18.15104

22、美元，占總造價(jià)的27.3%。冰凍利用城市居民生活廢水來(lái)加熱城市道路。Rauber18報(bào)道瑞士在8號(hào)公路的一座橋梁進(jìn)行了太陽(yáng)能融雪試驗(yàn)項(xiàng)目，該項(xiàng)目的目的是收集夏天橋面因太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱量并將之儲(chǔ)存起來(lái)，冬季利用儲(chǔ)存的能量加熱橋面防止結(jié)冰。整個(gè)系統(tǒng)由埋設(shè)在1300m2橋面下的熱交換管道、地下蓄熱池、水力循環(huán)系統(tǒng)組成，包括前期研究費(fèi)用在內(nèi)的總造價(jià)約為300104美元，這一技術(shù)目前還不夠成熟。王慶艷19對(duì)太陽(yáng)能-土壤蓄熱融雪系統(tǒng)融雪機(jī)理進(jìn)行了分析，得出了融雪過(guò)程中溫度場(chǎng)和相界面移動(dòng)規(guī)律；劉益青等20對(duì)太陽(yáng)能-土壤蓄熱技術(shù)用于公路融冰的經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益進(jìn)行了分析，建議推廣使用此技術(shù)；王華軍等21進(jìn)行了陽(yáng)能

23、-地?zé)岬缆啡谘┫到y(tǒng)路面?zhèn)鳠崽匦缘臄?shù)值研究，初步建立了道路融雪系統(tǒng)的路面?zhèn)鳠崮Ｐ停⒒诘湫湍曛饡r(shí)氣象數(shù)據(jù)與復(fù)合邊界條件，進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)值模擬，分析了不同埋管深度和加熱溫度對(duì)道路融雪性能的影響，得到了最大和待融熱負(fù)荷與降雪量、環(huán)境溫度、相對(duì)濕度以及風(fēng)速等因素之間的關(guān)系。圖2非地?zé)峒訜針蚴疽鈭D使用這種技術(shù)的問(wèn)題在于保證各個(gè)部位的密封和管道的防腐保護(hù)。另外成本比較高，主要體現(xiàn)在管道埋設(shè)過(guò)程的挖掘鉆探中。3.3電加熱系統(tǒng)利用電能通過(guò)電纜或者導(dǎo)電路面材料加熱路面。北歐在電纜加熱道路融雪方面技術(shù)相對(duì)比較成熟，已經(jīng)出現(xiàn)了一些從事專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)安裝和售后服務(wù)的公司。美國(guó)是最早將電纜加熱技術(shù)用于橋梁融雪化冰的國(guó)家，

24、美國(guó)ASHRAE的設(shè)計(jì)手冊(cè)也對(duì)電纜加熱融雪系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電纜布置、線路連接、安裝測(cè)試等問(wèn)題進(jìn)行規(guī)范性描述，具有一定的指導(dǎo)意義22。這一技術(shù)在我國(guó)還處于探索階段，唐祖全等23-25對(duì)導(dǎo)電混凝土融雪化冰機(jī)理、熱功率以及有限元分析等問(wèn)題進(jìn)行了研究；李丹等26對(duì)鋼纖維石墨導(dǎo)電混凝土的融雪性能進(jìn)行了研究，得到了溫度和功率消耗等實(shí)驗(yàn)結(jié)果；侯作富等27-32對(duì)碳纖維導(dǎo)電混凝土進(jìn)行了大量研究，為其應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。武海琴33開(kāi)展了把發(fā)熱電纜用于路面融雪化冰的技術(shù)研究，認(rèn)為發(fā)熱電纜融雪化冰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功率主要受結(jié)構(gòu)層的材料物性、氣象條件、鋪裝方案等影響。在其他融雪方式中，陳光等34對(duì)紅外線融雪除冰系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬

25、；關(guān)明慧等12研究了微波加熱技術(shù)并設(shè)計(jì)了附加微波加熱的除雪機(jī)械圖。另外，還有一種通過(guò)改變路面材料凝固點(diǎn)的方法。該方法主要是將防凍結(jié)材料混入到瀝青混凝土中，使其形成的路面具有一定程度的融化降雪、防止路面水膜結(jié)冰的作用。防凍結(jié)瀝青混凝土能提高冬季寒冷地區(qū)道路路面的摩擦系數(shù)，是一種具路面自身抑制功能的方式。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)有兩種途徑35：1）化學(xué)法。在路面鋪裝材料中摻加抗凍消融化學(xué)材料，通過(guò)毛細(xì)作用化學(xué)材料緩釋溶出，達(dá)到路面冰點(diǎn)下降和凍結(jié)體破壞的目的。從而在一定程度上降低路面水的結(jié)冰率。由于融雪化學(xué)材料混入的是整個(gè)鋪裝體，即使表面層被不斷消耗，體內(nèi)的化學(xué)材料也會(huì)不斷出現(xiàn)，能保持凍結(jié)抑制效果的持續(xù)性。良好

26、的材料能達(dá)到6a以上的抑制凍滑期；2）物理法。主要是通過(guò)在路面鋪裝材料內(nèi)添加一定量的彈性材料，改變路面與輪胎的接觸狀態(tài)和路面的變形特性。利用添加的彈性材料變化能力較強(qiáng)的特性，通過(guò)路面在外荷載作用下產(chǎn)生的自應(yīng)力，使路面冰雪破碎融化，從而有效抑制路面積雪的結(jié)冰，這種方法主要是通過(guò)面層變形達(dá)到防凍結(jié)目的。缺點(diǎn)是在降雪量大的時(shí)候效果不理想。4路面結(jié)構(gòu)溫度研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)熱力融雪研究主要集中在路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)和熱負(fù)荷上，路面溫度場(chǎng)是解決這一個(gè)問(wèn)題的一個(gè)重要方面。這一問(wèn)題的研究歸納起來(lái)主要有兩種方法：1）統(tǒng)計(jì)分析法36-39，即通過(guò)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，建立路面溫度同當(dāng)?shù)貧鉁睾吞?yáng)輻射量之間的關(guān)系。這種方法依

27、賴(lài)于實(shí)測(cè)，花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，建立的經(jīng)驗(yàn)公式適用性也受到了限制，一般僅滿(mǎn)足測(cè)量地域的情況；2）理論分析法，即根據(jù)氣候資料通過(guò)傳熱學(xué)原理來(lái)確定路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)。理論分析法由美國(guó)學(xué)者Barber40首先提出，他將路面視為半無(wú)限體，大氣溫度和太陽(yáng)輻射量假設(shè)為正弦函數(shù)，進(jìn)而推導(dǎo)出路面溫度場(chǎng)計(jì)算公式，但計(jì)算結(jié)果不適用路面低溫過(guò)程中溫度的估計(jì)。Preto-rius41在他的博士論文中采用有限元法對(duì)層狀路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)進(jìn)行了研究；嚴(yán)作人42視路面結(jié)構(gòu)為層狀，從氣候?qū)W和傳熱學(xué)基本原理出發(fā)，用解析法對(duì)一維水泥混凝土路面溫度場(chǎng)進(jìn)行了深入研究，分析了不同基層材料對(duì)路面溫度場(chǎng)的影響，提出的氣溫和太陽(yáng)輻射量模擬函數(shù)僅對(duì)正常天氣有一定準(zhǔn)確性。吳贛昌43-45也視路面為層狀體系，系統(tǒng)研究了二維瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)，但是計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，工程應(yīng)用比較少。宋存牛46指出，求解方法主要集中于周期性氣候條件下路面結(jié)構(gòu)體溫度場(chǎng)的理論解，而沒(méi)有對(duì)非周期性氣候條件下（如持續(xù)低溫和大幅度降溫氣候等）的溫度