碳纤维-玻纤格栅抗凝冰沥青路面融冰性能研究

摘要

在云贵川高原潮湿地区，几乎每年冬季路面都会形成凝冰，严重影响道路交通安全和正常的社会秩序。当地传统的消除路面凝冰的方法主要是人工撒布融雪剂结合人力清除等手段，不仅工作量大，而且一些关键路段的险情不能得到及时的消除。碳纤维-玻纤格栅抗凝冰沥青路面是一种可行且效果较好的方法。本文在对国内外现有融雪化冰应用、研究成果调研的基础上，重点研究了碳纤维-玻纤格栅抗凝冰沥青路面的融冰性能，主要结论如下：
　　 论文首先进行了贵州地区路面凝冰特征调研，研究了贵州地区凝冰形成环境、不同厚度的凝冰与路面结合面特征。调研还表明抗凝冰路面可以利用地温的有利条件，从而降低能耗，并且贵州地区路面凝冰往往有凝冰层架空的现象，会影响热融法除凝冰，可能预热路面会获得更好的抗凝冰效果；
　　 在调研的基础上，针对获得的碳纤维沥青导电混凝土和碳纤维-玻纤格栅融冰试验结果，在模拟冰冻环境下，进行了“抗凝冰路面”升温及融冰仿真试验，研究其实际融冰效果。并且采用ANSYS有限元软件建模对其升温、融冰、热量传递、热量消耗等方面做了仿真分析。ANSYS仿真分析表明：两种抗凝冰沥青路面分别至少有50％的电热被路面结构吸收.不能用于融冰，而碳纤维-玻纤格栅产生的热量可以更多向沥青表面层传递，融冰效率较高。
　　 针对影响抗凝冰路面除冰过程的影响因素，进行了有限元仿真分析研究。研究表明随着环境温度降低、风速提高、凝冰厚度增加，融冰功耗都有显著增加，环境温度的影响程度要大于风速的影响，另外，路面横坡有利于加快融冰速度。最后，研究了在极端天气下的抗凝冰应急措施。
　　 为响应不同的凝冰预警等级及融冰目标，将凝冰预警等级转化为凝冰厚度指标，并重点研究了以碳纤维-玻纤格栅作为发热层的抗凝冰路面相对应凝冰预警等级的预警措施。针对不同的凝冰预警等级及不同的抗凝冰目标，提出了通电功率推荐值。同时，研究表明300W～350W的电功率具有较好的融冰效果和经济性。