冰雪天氣帶來的路面冰雪問題嚴(yán)重影響道路交通運(yùn)輸，成為困擾著世界各國交通部門的難題。高速公路系統(tǒng)是國家經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，而每年冬季的降雪都會(huì)給高速公路帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)，為了盡快清除路面上的冰雪，確保道路的安全運(yùn)行，世界各國的交通部門不得不面對(duì)公路清雪除冰這一世界性的難題。

　　為了解決這一難題，人們?cè)谶@方面做了大量研究，探索出許多可以抑制、控制和消除冰雪的技術(shù)和方法，但效果不盡如人意。因此，采取能夠快速有效清除道路路面冰雪的措施，保障道路暢通和行車安全并提高道路、橋梁和機(jī)場(chǎng)的營運(yùn)效益，便成為各國在冬季道路路面上的一項(xiàng)重大而又艱巨的任務(wù)。

　　東南大學(xué)玄武巖纖維研究中心，江蘇綠材谷新材料科技發(fā)展有限公司，江蘇天宇纖維有限公司和武漢理工大學(xué)聯(lián)合進(jìn)行試驗(yàn)，采用玄武巖纖維與碳纖維混編組成土工格柵發(fā)熱材料，來進(jìn)行融雪化冰。采用電加熱發(fā)熱格柵產(chǎn)生連續(xù)不斷的熱量供給公路路面，達(dá)到融雪化冰的目的。這種電加熱融雪化冰方法比以往其他的融雪方法施工和使用都簡(jiǎn)單易行、安全可靠、成本低。

　　目前，最常用的融雪方式有人工除雪、機(jī)械除雪、化學(xué)劑除雪等方法，但是這些除雪方式存在不足之處。人工除雪效率低，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)。機(jī)械除雪受季節(jié)影響較大,使用頻率低,一年中大部分時(shí)間設(shè)備被閑置,經(jīng)濟(jì)效益較差。化學(xué)融雪劑能有效地融雪化冰和防止道面結(jié)冰，但是其使用后會(huì)造成混凝土的損壞，嚴(yán)重地破壞四周的生態(tài)環(huán)境。

　　而發(fā)熱格柵材料有其相對(duì)的優(yōu)點(diǎn)，在加熱過程中路面溫度均勻，不但能達(dá)到融雪化冰的目的，發(fā)熱體溫度在250℃以下不會(huì)損傷混凝結(jié)構(gòu)，且鋪設(shè)方法比較方便。更為重要的是，和普通土工格柵性能一樣，這種材料還有增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)的功能，可以提高道路的使用壽命。

　　應(yīng)用碳纖維發(fā)熱格柵抗凝冰工程是交通部貴州省科技廳、交通廳實(shí)施的科研項(xiàng)目。由于貴州地區(qū)每年的凍雨時(shí)間長(zhǎng)，地段分布廣，造成經(jīng)濟(jì)損失大，此項(xiàng)目選擇在貴州省貴陽遵義路段內(nèi)做抗凍雨、抗凝冰試驗(yàn)，有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

　　試驗(yàn)路段的選擇主要考慮了三個(gè)方面：一是該處容易形成凝冰；二是該處路段比較容易發(fā)生交通事故，如彎道、長(zhǎng)下坡等路況；三是附近有比較方便的電源可以使用。前兩個(gè)方面主要是為了驗(yàn)證試驗(yàn)路段的抗凝冰效果，后一個(gè)方面主要是保證試驗(yàn)路實(shí)施的可能性。結(jié)合當(dāng)?shù)孛磕甑穆访婺闆r，經(jīng)過調(diào)研，最后選擇了G75蘭州——海南島高速公路貴陽遵義段經(jīng)常出現(xiàn)凍雨凝冰的一段下坡彎道處，作為試驗(yàn)路段。

　　一、施工工藝方案

　　1.抗凝冰瀝青路面結(jié)構(gòu)方案的確定，主要是滿足路面基本功能的要求，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果、現(xiàn)行規(guī)范及地區(qū)公路實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了目前在貴州地區(qū)應(yīng)用的主要的路面結(jié)構(gòu)形式，對(duì)需要大修的路面加以改造，在AC-20（6cm）層頂面加鋪已經(jīng)編制好的高性纖維和碳纖維組成的發(fā)熱格柵，擬定出了如圖所示抗凝冰路面工藝結(jié)構(gòu)(見圖1)。

抗凝冰路面工藝結(jié)構(gòu)

　　2.先去除路面舊瀝青層，在AC-20（6cm）層頂面加鋪已經(jīng)編制好的發(fā)熱維格柵，具體施工工藝是：先噴灑粘層油，再設(shè)發(fā)熱格柵，成電氣化配置，攤鋪AC-13（4cm）層。

　　３.試驗(yàn)路段采用半幅路面通車。

　　圖為半幅路面施工鋪設(shè)發(fā)熱格柵施工現(xiàn)場(chǎng)。

　　4.發(fā)熱格柵融雪化冰路面結(jié)構(gòu)為：AC-13（4cm）融雪化冰瀝青，AC-20（6cm），AC-25（8cm），基層（原公路路基）（見圖4、5）。

　　二、試驗(yàn)效果與能耗

　　1.蘭海高速公路貴遵段抗凝冰試驗(yàn)，每天每平方米僅消耗1.58度電，即能達(dá)到瀝青公路路面融雪化冰的目的。電費(fèi)0.5元/度×1.58度=0.79元/m2，根據(jù)試驗(yàn)路監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以得出如下結(jié)論：一萬平方米每天能耗費(fèi)用小于7900元（1.5公里）。而原G75蘭海高速貴遵段500米長(zhǎng)路面經(jīng)常出現(xiàn)凍雨凝冰的一段下坡彎道處，每天需要6個(gè)工人在路面上灑鹽水和溶雪劑進(jìn)行融雪化冰，灑鹽水時(shí)還要堵斷行車，工人也非常辛苦和危險(xiǎn)。

　　2.在試驗(yàn)路表面環(huán)境溫度-4℃情況下，啟動(dòng)瀝青路面融雪化冰的自發(fā)熱系統(tǒng)，經(jīng)過45分鐘加熱，路面溫度上升到2℃，在這個(gè)升溫過程中，路面溫度達(dá)到0℃后瀝青路面開始融雪化冰；當(dāng)路面溫度上升到2℃，進(jìn)行降溫試驗(yàn)，關(guān)閉電源3小時(shí)，溫度降到1℃，此時(shí)瀝青路面融雪化冰系統(tǒng)又自動(dòng)開啟電源，再次對(duì)路面加熱運(yùn)行45分鐘，路面溫度上升到2℃；為此設(shè)定加熱系統(tǒng)關(guān)閉電源3小時(shí)后，自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)熱系統(tǒng)，以此循環(huán)，確保瀝青路面融雪化冰正常運(yùn)行；試驗(yàn)中試驗(yàn)人員還關(guān)閉電源243分鐘，溫度下降2.2℃，得出關(guān)閉電源超過3小時(shí)，路面降溫速度加快，升溫時(shí)間延長(zhǎng)，能耗增大的降溫曲線。

　　3.試驗(yàn)說明：降溫時(shí)間應(yīng)保持在3小為宜，在瀝青層厚50mm以下時(shí)，功率采用330W/m2為佳，每天平均自動(dòng)升溫6.4次，每次升溫45分鐘，降溫3小時(shí)，再次啟動(dòng)電源加熱瀝青路面發(fā)熱系統(tǒng)，總計(jì)升溫4.8小時(shí)/天，每天用電4.8x330W/m2=1584W/m2。

　　由于升溫時(shí)間短，調(diào)試時(shí)瀝青路面內(nèi)發(fā)熱溫度設(shè)定在25℃以下，即達(dá)到確保瀝青路面融雪化冰正常運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益可行，又保護(hù)了瀝青路面的結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都很突出的目的。

　　4.主要材料發(fā)熱格柵，由江蘇天宇纖維有限公司生產(chǎn)，玄武巖纖維由浙江石金玄武巖纖維公司生產(chǎn)，碳纖維采用進(jìn)口材料，發(fā)熱格柵產(chǎn)品使用性能穩(wěn)定、可靠，能達(dá)到融雪化冰的目的。

　　現(xiàn)試驗(yàn)路段為舊瀝青路面改造，瀝青層厚度4cm。為了今后路面養(yǎng)護(hù)和維修中不破壞發(fā)熱材料，最好將發(fā)熱格柵埋設(shè)在5cm以下，一般養(yǎng)護(hù)和維修時(shí)只去除舊瀝青層厚度4cm，使今后養(yǎng)護(hù)和維修時(shí)不會(huì)破壞發(fā)熱格柵材料，又能確保融雪化冰路段能正常養(yǎng)護(hù)和維修。

　　發(fā)熱格柵瀝青層間中的最高溫度設(shè)定值：在試驗(yàn)路段調(diào)試時(shí)，路面環(huán)境溫度為-4℃，當(dāng)發(fā)熱格柵瀝青層間處的最高溫度達(dá)到25℃時(shí)，路面溫度已達(dá)到2℃以上，所以發(fā)熱格柵瀝青層間處的最高溫度應(yīng)在25℃以下，瀝青層不會(huì)由于加熱過程使路面瀝青產(chǎn)生形變與剝離狀況，既能達(dá)到節(jié)能、又能達(dá)到融雪化冰和保護(hù)路面結(jié)構(gòu)的目的。

　　三、施工注意事項(xiàng)

　　安裝前先要對(duì)每一發(fā)熱格柵進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量電阻值范圍+3%～3%，長(zhǎng)、寬度范圍+2%～2%。

　　固定發(fā)熱格柵，采用絕緣塑料壓板錨地法，將發(fā)熱格柵固定在路基上后用瀝青砂罩平，檢查后再進(jìn)行鋪設(shè)瀝青混凝土的施工。

　　在瀝青混凝土澆注后，應(yīng)及時(shí)檢測(cè)發(fā)熱格柵的電阻值和絕緣值。

　　發(fā)熱格柵安裝完成后，應(yīng)在施工圖中標(biāo)注電纜線接點(diǎn)實(shí)際鋪設(shè)位置和間距，并妥善保管好施工圖。

　　在發(fā)熱格柵施工中，與發(fā)熱格柵施工相關(guān)的土建工程質(zhì)量和方法，直接影響到融雪化冰工程的質(zhì)量和壽命，因此土建施工和發(fā)熱格柵施工一定要相互配合，密切合作。

　　四、發(fā)展前景與應(yīng)用

　　我國廣大地區(qū)的高速公路、城市道路、港口碼頭和機(jī)場(chǎng)等混凝土路面、瀝青路面、人行道、臺(tái)階、人行天橋、旅游通道，因冬季降雪結(jié)冰,給道路暢通和行車、行人安全帶來了嚴(yán)重的影響，甚至造成道路和機(jī)場(chǎng)關(guān)閉,導(dǎo)致客貨運(yùn)輸?shù)拇竺娣e癱瘓。為了保障道路暢通和行車、行人安全，在惡劣的冰雪氣候條件下最大限度地改善道路狀況, 需要采取措施對(duì)各種路面進(jìn)行融雪化冰，融雪化冰發(fā)熱格柵新材料大有用武之地

　　武漢理工大學(xué)、江蘇天宇纖維公司，浙江石金玄武巖纖維有限公司等共同開發(fā)的路面融雪化冰新產(chǎn)品，采用碳纖維—高性能纖維發(fā)熱格柵作為電發(fā)熱體的新技術(shù)新工藝，為市場(chǎng)提供新一代智能化融雪化冰新材料，積極推廣發(fā)熱格柵在路面融雪化冰技術(shù)中應(yīng)用，服務(wù)于現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)、為防治交通冰雪災(zāi)害做貢獻(xiàn)。

　　應(yīng)大力推廣發(fā)熱格柵的應(yīng)用領(lǐng)域，比如，在機(jī)場(chǎng)跑道上進(jìn)行融雪化冰大有發(fā)展前景；積極開發(fā)東北、西北高速路進(jìn)出口融雪化冰，有很好經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益；推廣發(fā)熱格柵融雪化冰在公共設(shè)施、民居工程上應(yīng)用，具有非常好的發(fā)展空間；積極推廣發(fā)熱格柵技術(shù)在地暖產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品上的應(yīng)用，特別在住房地暖、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)陽光大棚地暖、水產(chǎn)養(yǎng)殖工程上的地暖，開發(fā)與應(yīng)用前景也十分光明。

　　因路面結(jié)冰導(dǎo)致的生命及財(cái)產(chǎn)損失不可估量，發(fā)熱格柵自動(dòng)融雪化冰技術(shù)主要應(yīng)用于道路、機(jī)場(chǎng)、港口碼頭、公共場(chǎng)所等地，及時(shí)進(jìn)行融雪化冰，確保出行安全，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。