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原文传递电热沥青膜融冰雪路面研究

论文题名：	电热沥青膜融冰雪路面研究
关键词：	沥青路面;电加热融冰雪;电热沥青膜;导电胶浆;发热电路
摘要：	冬季的路面降雪与积冰不仅降低了道路的通行能力，也严重影响道路的交通安全，因此快速高效除冰雪是冬季道路养护的一项必要工作。除冰雪的基本方式不外乎促进消融及人工或机械清扫。在促进消融方面，目前除了撒除冰盐或融雪剂的化学方法，工程领域还发展了电热、流体管加热、路面外源加热等物理方法。其中，由来已久的电热法原理简单、建设难度低，应用相对广泛。迄今为止，道路领域所发展的电热路面主要有两类：a.导电发热电缆/电热丝；b.导电发热沥青或水泥铺装层。其中前者埋置在路表下4~6cm处，对路面受力有一定的影响，常无法解决结构耐久性和发热效率之间的矛盾；后者常采用“三明治”结构，做沥青中/下面层使用，存在自身蓄热大、发热效率低的问题。因此，电加热融冰路面还需要做进一步的研究努力。　　本研究提出了一种厚度为1~2mm的电热沥青膜作为发热层的新型导电加热路面结构形式。该方案与导电发热沥青层的“三明治”结构类似，采用具有更高导电性的沥青胶浆，按封层或粘层工艺铺设在磨耗层或上面层与下承层之间，接入安全电路通电产热。但是，相较于导电沥青层加热方案，电热沥青膜结构本身蓄热极少，发热效率更高，同时建设成本更低；而相较于发热电缆/电热丝方案，电热沥青膜不改变路面受力行为、发热均匀且电路原理决定其局部损伤不失效。　　研究首先进行了高导电性沥青胶浆的开发。作者通过导电性能试验优化开发了一种主要组成成分为沥青、石墨和短切碳纤维的导电沥青胶浆，其电阻率达到10-2Ω·m级，能够实现安全电压下450W/m2的发热目标。同时基于抗剪切试验、抗拉拔试验及抗施工扰动试验证明其作为路面结构层材料具有优良的力学性能和施工性能。其次依据所开发材料的技术特性进行了电热沥青膜路面结构设计分析及电路设计，提出按粘层工艺施工、设置在不透水磨耗层之下的可行结构；提出了电热沥青膜发热电极布置方式及安全电路的接入方法，可根据融冰雪安全电压设定电功率—电极—电热膜厚度的组合。采用数值模拟分析了上述结构的电热沥青膜方案的融冰雪性能，结果表明方案设计完全可以达到研究目标。同时，室外的复合小板试件融冰雪试验也证实了这一结论。最后，对相类似的电热沥青膜和导电沥青混合料铺装层两种方案进行了建设成本与运营成本对比分析，结果表明电热沥青膜方案在造价及与运营费用方面具有明显优势。　　综上，本研究提出的电热沥青膜方案为电加热路面除冰雪领域提供了新的技术思路，基本实现了电加热融冰雪路面的用电安全、高效融冰雪、结构耐久以及成本可控等四方面的技术平衡。随着路面分布式发电等新能源技术的进展也不乏前景，值得进一步的研究和探索。
作者：	吴文杰
专业：	道路与铁道工程
导师：	王黎明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北林业大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文