張 捷，張景舜

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 能源與交通工程學(xué)院，呼和浩特市 010018)

為了減少冬季雨雪天氣的交通事故，英國(guó)早在20世紀(jì)20年代就開始了路面防滑的研究，我國(guó)公路部門在20世紀(jì)70年代開始了路面防滑研究，并初步提出油渣路面防滑標(biāo)準(zhǔn)，80年代更是提出了適合我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的公路防滑建議[1]，但是我國(guó)在公路防滑方面研究起步較晚。目前，我國(guó)已建成四通八達(dá)的公路網(wǎng)絡(luò)，而橋梁路段更是公路網(wǎng)的重要組成部分。冬季橋梁路段在雨雪天氣空氣潮濕，氣溫驟然下降的情況下，橋梁路面極易形成冰層，這種凝冰具有“冰層薄、硬度大和不易鏟除”的特點(diǎn)[1]，從而導(dǎo)致突發(fā)交通事故或交通行駛不暢等問(wèn)題。

1 方法的提出

針對(duì)雨雪天氣橋梁路面過(guò)滑，采用以合金屬制作的鏤空橋梁路面，并在鏤空合金屬橋面下層填充相變材料。當(dāng)降雨、降雪時(shí)鏤空和金屬橋梁路面可以使雨雪落入鏤空的橋梁路面。由于雨雪進(jìn)入鏤空層致使溫度下降的刺激會(huì)發(fā)生相變——液態(tài)變固態(tài)，釋放出熱能使進(jìn)入鏤空橋面的冰雪充分融化，再利用排水系統(tǒng)將融化的冰雪排到橋外。

2 模擬實(shí)驗(yàn)

為了觀察鏤空合金屬橋面的防雪防冰效果，模擬橋面板設(shè)計(jì)了尺寸為：500 mm×400 mm×150 mm的試件，進(jìn)行防雪和防冰試驗(yàn)。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖1～圖3所示。

2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

為觀察相變材料發(fā)生相變時(shí)引起相變材料儲(chǔ)存管和鏤空層內(nèi)積雪的溫度變化，本實(shí)驗(yàn)采用脂酸(10—12酸)為相變材料進(jìn)行了三組實(shí)驗(yàn)，脂酸其主要特點(diǎn)為：相變放熱效果好，相變溫度點(diǎn)可控，相變可逆性好，導(dǎo)熱系數(shù)大，無(wú)毒[2]。

圖1 橋梁路面模擬實(shí)驗(yàn)圖及示意圖

圖2 相變材料儲(chǔ)存層

圖3 鏤空和金屬橋面與相變材料儲(chǔ)存層結(jié)合

2.2 實(shí)驗(yàn)分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到溫度、時(shí)間變化數(shù)據(jù)見(jiàn)表1～表3。

表1 實(shí)驗(yàn)1溫度——時(shí)間變化數(shù)據(jù)

表2 實(shí)驗(yàn)2溫度——時(shí)間變化數(shù)據(jù)

表3 實(shí)驗(yàn)3溫度——時(shí)間變化數(shù)據(jù)

從表中數(shù)據(jù)得到三組以脂酸為相變材料儲(chǔ)存管和積雪的實(shí)驗(yàn)溫度隨時(shí)間變化情況如下。

實(shí)驗(yàn)1發(fā)生相變時(shí)，相變材料儲(chǔ)存管的溫度從2.5 min時(shí)的13℃下降到30min時(shí)的2.3℃。積雪溫度從2.5 min時(shí)的-2.8℃上升到20 min時(shí)的1.7℃。

實(shí)驗(yàn)2發(fā)生相變時(shí)，相變材料儲(chǔ)存管的溫度從5 min時(shí)的11℃下降到40 min時(shí)的2℃。積雪溫度從2.5 min時(shí)的-2.5℃上升到20 min時(shí)的1.8℃。

實(shí)驗(yàn)3發(fā)生相變時(shí)，相變材料儲(chǔ)存管的溫度從2.5 min時(shí)的12℃下降到25 min時(shí)的2.1℃。積雪溫度從2.5 min時(shí)的-2.8℃上升到20 min時(shí)的1.3℃。

從以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，采用脂酸為相變材料成功的將鏤空層內(nèi)的積雪融化，符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

從試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，鋪設(shè)有鏤空合金屬橋面的防雪、防冰效果十分明顯，積雪全部進(jìn)入鏤空層。對(duì)封裝的相變材料試驗(yàn)前后溫度變化測(cè)量，數(shù)據(jù)表明相變材料由試驗(yàn)前的12～14℃下降為試驗(yàn)后的3.5℃以下，完成液-固相變；儲(chǔ)存層上側(cè)合金屬內(nèi)的冰雪由試驗(yàn)開始的0℃上升為1.3℃以上，出現(xiàn)了一定幅度的吸熱升溫[4-11]。同時(shí)可發(fā)現(xiàn)，管內(nèi)材料已相變?yōu)楣虘B(tài)，其相變的熱能得到了釋放，并傳導(dǎo)到鏤空合金屬路面層，因而融冰防凍效果得到了增強(qiáng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

由鏤空橋面與相變儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方法是目

前國(guó)內(nèi)首次提出的，具有先進(jìn)性和獨(dú)立性等優(yōu)點(diǎn)，并成功的解決了雨雪天氣橋梁路面過(guò)滑的問(wèn)題，防止了冬季橋梁路面結(jié)冰。采用的路面材料為合金屬，熱能來(lái)自于相變材料本身發(fā)生的形態(tài)轉(zhuǎn)變，不存在環(huán)境污染問(wèn)題，是解決冬季路面防滑行之有效的方法。

【參 考 文 獻(xiàn)】

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