橋梁路面防滑系統的創新求解模式

張 捷，張景舜

(內蒙古農業大學 能源與交通工程學院，呼和浩特市 010018)

為了減少冬季雨雪天氣的交通事故，英國早在20世紀20年代就開始了路面防滑的研究，我國公路部門在20世紀70年代開始了路面防滑研究，并初步提出油渣路面防滑標準，80年代更是提出了適合我國標準的公路防滑建議[1]，但是我國在公路防滑方面研究起步較晚。目前，我國已建成四通八達的公路網絡，而橋梁路段更是公路網的重要組成部分。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[1]，從而導致突發交通事故或交通行駛不暢等問題。

1 方法的提出

針對雨雪天氣橋梁路面過滑，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。當降雨、降雪時鏤空和金屬橋梁路面可以使雨雪落入鏤空的橋梁路面。由于雨雪進入鏤空層致使溫度下降的刺激會發生相變——液態變固態，釋放出熱能使進入鏤空橋面的冰雪充分融化，再利用排水系統將融化的冰雪排到橋外。

2 模擬實驗

為了觀察鏤空合金屬橋面的防雪防冰效果，模擬橋面板設計了尺寸為：500 mm×400 mm×150 mm的試件，進行防雪和防冰試驗。其設計結構圖如圖1～圖3所示。

2.1 實驗過程

為觀察相變材料發生相變時引起相變材料儲存管和鏤空層內積雪的溫度變化，本實驗采用脂酸(10—12酸)為相變材料進行了三組實驗，脂酸其主要特點為：相變放熱效果好，相變溫度點可控，相變可逆性好，導熱系數大，無毒[2]。

圖1 橋梁路面模擬實驗圖及示意圖

圖2 相變材料儲存層

圖3 鏤空和金屬橋面與相變材料儲存層結合

2.2 實驗分析

通過實驗得到溫度、時間變化數據見表1～表3。

表1 實驗1溫度——時間變化數據

表2 實驗2溫度——時間變化數據

表3 實驗3溫度——時間變化數據

從表中數據得到三組以脂酸為相變材料儲存管和積雪的實驗溫度隨時間變化情況如下。

實驗1發生相變時，相變材料儲存管的溫度從2.5 min時的13℃下降到30min時的2.3℃。積雪溫度從2.5 min時的-2.8℃上升到20 min時的1.7℃。

實驗2發生相變時，相變材料儲存管的溫度從5 min時的11℃下降到40 min時的2℃。積雪溫度從2.5 min時的-2.5℃上升到20 min時的1.8℃。

實驗3發生相變時，相變材料儲存管的溫度從2.5 min時的12℃下降到25 min時的2.1℃。積雪溫度從2.5 min時的-2.8℃上升到20 min時的1.3℃。

從以上實驗數據可以得出，采用脂酸為相變材料成功的將鏤空層內的積雪融化，符合實驗設計。

2.3 實驗結論

從試驗結果可以發現，鋪設有鏤空合金屬橋面的防雪、防冰效果十分明顯，積雪全部進入鏤空層。對封裝的相變材料試驗前后溫度變化測量，數據表明相變材料由試驗前的12～14℃下降為試驗后的3.5℃以下，完成液-固相變；儲存層上側合金屬內的冰雪由試驗開始的0℃上升為1.3℃以上，出現了一定幅度的吸熱升溫[4-11]。同時可發現，管內材料已相變為固態，其相變的熱能得到了釋放，并傳導到鏤空合金屬路面層，因而融冰防凍效果得到了增強。

3 結束語

由鏤空橋面與相變儲能結構相結合的方法是目

前國內首次提出的，具有先進性和獨立性等優點，并成功的解決了雨雪天氣橋梁路面過滑的問題，防止了冬季橋梁路面結冰。采用的路面材料為合金屬，熱能來自于相變材料本身發生的形態轉變，不存在環境污染問題，是解決冬季路面防滑行之有效的方法。

【參 考 文 獻】

[1]申東秀，賈 樂，鄭 毅，等.路面防滑技術的探討[J].黑龍江交通科技，1995(4)：32-33.

[2]黃 浩.高速公路橋梁防滑抗冰技術探討[EB/OL].中國公路網，2011(12).

[3]謝望平，汪 南，朱冬生，等.相變材料強化傳熱研究進展[J].化工進展，2008(02)：190-195.

[4]朱冬生，葉為標，汪 南，等.板翅式熱泵相變儲熱器的實驗研究[J].太陽能學報，2012(06)：958-962.

[5]張寅平，胡漢平，孔祥冬，等.相變貯能—理論和應用[M].合肥：中國科學技術大學出版社，1996.

[6]李玉紅，焦慶影，夏定國，等.常低溫相變儲熱材料的研究和應用[J].化學教育，2004，(10)：9-13.

[7]林怡輝，張正國，王世平.溶膠-凝膠法制備新型蓄能復合材料[J].華南理工大學學報(自然科學版)，2001，29(11)：7-10.

[8]呂社輝，郭元強，陳鳴才，等.復合高分子相變材料研究進展[J].高分子材料科學與工程，2004(3)：37-40.

[9]姜 勇，丁恩勇.相變儲能材料的研究進展[J].廣州化學，1999(3)：48-54.

[10]Hasnain S M.Review on sustainable thermal energy storage Technologies，Part Ⅰ：Heat storage materials and techniques[J].Energy Conversion and Management，1998 (11)：1127-1138.

[11]武 鶴，魏建軍，蘇 群，等.水穩砂礫瀝青路面冷再生材料溫縮和抗凍性能試驗研究[J].森林工程，2012，28(5)：76-78+98.