朱小康

摘 要：目前我國東北西北、華北地區(qū)冬季的氣溫常在零度以下，多雨雪，多面積雪、結冰現象嚴重，嚴重影響行車安全，研究碳纖維發(fā)熱電纜路面融雪技術，不僅能消除冬季路面積雪、結冰隱患，對發(fā)展循環(huán)經濟、保護環(huán)境具有重要的經濟和社會效益。

關鍵詞：路面融雪;碳纖維發(fā)熱電纜;24k

我國交通事業(yè)近些年發(fā)展迅速，伴隨著出現了一系列的安全與能耗問題。如我國東北、西北、華北地區(qū)冬季的氣溫常在零度以下，且雨雪天氣較多，路面表面容易積雪和結冰造成安全事故，特別是在橋梁、彎道、匝道及隧道進出口處更為嚴重。目前公路上除雪化冰主要有三類方法，清除法、融化法及添加劑融雪法。清除法分人工清除和機械清除，人工清除費工費力，效率低下;機械清除，對路面有容易破壞路面。融化法分融雪劑融化和熱融化法，目前市場上的大多數融雪劑都對路面有一定的腐蝕性，會加速路面的損壞;熱融化法主要可分為碳纖維發(fā)熱電纜融雪，熱管法，太陽能熱融化法電熱絲融化法，流體加熱法，紅外熱管加熱融化法，導電瀝青法，導電混凝土法。添加劑融雪法，主要是通過在瀝青混凝土路面中添加橡膠顆粒物融雪，但是使用添加劑，改變了路面結構，降低了路面性能，減少了路面壽命。

1 碳纖維特性

含碳量在90%以上的高強度高模量纖維。耐高溫居所有化纖之首。用腈綸和粘膠纖維做原料，經高溫氧化碳化而成。具有耐高溫、抗摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等特性 外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物，由于其石墨微晶結構沿纖維軸擇優(yōu)取向，因此沿纖維軸方向有很高的強度和模量。碳纖維的密度小，因此比強度和比模量高。碳纖維的主要用途是作為增強材料與樹脂、金屬、陶瓷及炭等復合，制造先進復合材料。

碳纖維發(fā)熱線和普通的金屬發(fā)熱電，纜相比在多個方面都具備著相應的優(yōu)勢。在價格上，同等長度下碳纖維發(fā)熱線的價格僅有金屬發(fā)熱線的1/10，但在生熱上卻較為迅速，其最高運行溫度可超過 100℃。除此之外，在熱轉化效率上碳纖 維發(fā)熱線也要高于金屬發(fā)熱線，并且對于混凝土結構的影響相對較小。正是因為這諸多的優(yōu)勢，才使得碳纖維發(fā)熱在道路工程中的應用成為現實。通過將內部布有碳纖維發(fā)熱線的混凝土結構板布置在橋面、路面等關鍵地段上，可以解決地面結冰的問題，避免了使用化學融雪劑給環(huán)境帶來的損害，做到了時刻保障冬季交通安全，對于交通事業(yè)的發(fā)展也有一定的促進作用。

2 室內實驗

（1）實驗材料：24k碳纖維2組，12.5 m/組，230w/組;瀝青混凝土原料0.08 m3;溫度傳感器6個;接收主機2臺;冰柜2臺;鋼絲網及隔熱膜。

（2）實驗方法：制兩組50 cm*80 cm*10 cm的長方體模塊，在模塊中布設隔熱膜與鋼絲網，鋼絲網距離頂部4 cm，將碳纖維綁扎在鋼絲網上，綁扎間距10 cm與15 cm，倒入攪拌好的瀝青混凝土。待瀝青混凝土凝固后脫模，將兩放入調至最低檔-26℃的冰柜中。

（3）觀察接收主機的溫度變化，10 cm約2 h后，模塊中央溫度傳感器達到12℃，模塊表面?zhèn)鞲衅鳒囟冗_到0℃，溫度提升速度約為0.22℃/min;15 cm約2.3 h后，模塊中央溫度傳感器達到16℃，模塊表面?zhèn)鞲衅鳒囟冗_到0℃，溫度提升速度約為0.19℃/min。

3 室外實驗

（1）實驗材料：24k碳纖維4組，12.5 m/組，230w/組;瀝青混凝土原料0.6 m3;溫度傳感器3個;接收主機1臺;鋼絲網及隔熱膜。

（2）實驗環(huán)境：天氣晴，溫度平均氣溫-7℃，白天-5℃，夜晚-10℃，內蒙通遼地區(qū)。

（3）實驗方法：在一條瀝青混凝土路面挖1.5 m*4 m*

10 cm的坑，放入隔熱膜與鋼絲網，鋼絲網距離頂部4 cm，將碳纖維綁扎在鋼絲網上，綁扎間距10 cm，倒入攪拌好的瀝青混凝土。

（4）觀察接收主機的溫度變化，白天升溫約2.7 h后，模塊中央溫度傳感器達到6℃，模塊表面?zhèn)鞲衅鳒囟冗_到0.6℃，溫度提升速度約為0.035℃/min;夜晚升溫約3.4 h后模塊中央溫度傳感器達到2℃，模塊表面?zhèn)鞲衅鳒囟冗_到0.1℃，溫度提升速度約為0.05℃/min。

4 小結

碳纖維發(fā)熱電纜敷設路面中，有明顯的化雪除冰的效果，建設成本也低，但耗電量較大，運營成本大大增加，與國家的節(jié)能環(huán)保政策相悖，建議與光伏供電同時使用;為了更好地提升融雪效果，建議融雪系統配套道路冰雪監(jiān)測系統，實現系統融雪系統智能化。

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