摘要：本文對高速公路橋梁防滑抗冰技術作了一些探討和研究，將相變儲能材料應用到橋梁防冰抗滑當中，從熱傳導理論計算和室內試驗證明了此方法的可行性。對基于外摻防冰材料的橋梁防滑抗冰技術進行了分析，從技術和經濟兩方面對比了現有的三種外摻防冰劑，“路麗美”防冰外摻材料在性能和經濟方面都優于其他外摻防冰材料，并經工程實例認證，對環境影響很小，具有工程實施可行性。考慮到橋梁防冰技術的實際應用情況和結構安全性等因素，認為現階段采用外摻防冰材料的技術要優于相變儲能材料的應用。
關鍵詞：橋梁防冰；相變儲能材料；外摻防冰材料；
0引言
目前，我國已經建成以高速公路為主干線的公路網絡，公路交通運輸網絡是保障客運快捷和物流通暢的重要基礎設施，直接關系到社會穩定與經濟發展。路面結冰嚴重降低道路交通安全等級。冬季路面及一些特殊路段，如：橋梁、彎道、上下坡路、高速公路上、下匝道、機場跑道、城市十字路口等，在氣溫驟然下降，空氣潮濕霧氣大的情況下，路面橋面極易形成冰層，這種凝冰具有“硬度大、厚度溥和不易鏟除”的特點，從而導致突發交通意外事故或造成道橋路面交通的行駛不暢、擁堵等問題，一直困擾著世界各國交通部門。
我國歷年來因冬季冰凍而引發的交通事故約占全年交通事故的30%，事故發生率是平時的4～5倍。跨越江河，地形曠野，風大、雨大、濕度大;高速公路橋梁遠離地面，沒有地熱，遇低溫時更容易出現結冰。橋面結冰導致橋面摩擦系數較其他季節明顯降低，不僅會使車輛運行速度大大降低，造成嚴重的交通阻塞，容易引發交通事故;給人民生命財產安全造成的損失程度，遠遠高于一般公路路面地段。2008年1月中旬至2月初，一場覆蓋全國2／3面積的雨雪冰凍災害，影響了23個省市的公路交通，直接經濟損失過1000億。因此高速公路橋梁防滑抗冰技術的研究，顯得更加突出重要。本文針對現有的主動防冰技術，從技術和經濟兩個主面進行了對比分析。為高速公路橋梁防滑抗冰的相關應用提供依據。
1基于相變儲能材料的橋梁防冰技術
相變材料(phase change materials，簡稱PCM)或稱相變儲能材料，它屬于能源材料的范疇。廣義來說，是指能被利用其在物態變化時所吸收(放出)的大量熱能用于能量儲存的材料。考慮到公路路面的低溫冰凍主要是由于路表溫度過低，達到0℃及以下，同時遇到雨雪天氣，表面則發生積雪及冰凍現象。因此，可選取適當的液-固相變儲能材料，其相變溫度點高于水的冰點(0℃)，在相變點左右，材料液態向固態的轉變放出大量的熱量，有效阻止或延緩雨雪在路表的結冰，從而提升防凍抗滑性能。
因此，本研究擬將PCM引入到橋面面層材料的設計中，開發用于橋面結構的相變儲能材料系統，并利用特定封裝技術將其鋪筑于實際橋面結構中，增強路面在惡劣氣候條件下的應急反應機制。
1.1相變儲能材料
研究確定采用有機多元醇作為相變儲能介質的主體材料，通過前期實驗室研究結果，采用復合多元醇作為相變材料，包括正9～12醇材料，以及復配用的液體石蠟、10～12酸等材料，其主要特點為：相變溫度點可控，相變放熱效果好，且對橋面結構無酸堿等腐蝕性。
為了研究復合有機多元醇的相變溫度范圍，找到適用于橋面結構用的多元醇材料，我們選取了三種不同配比的多元醇進行相變溫度范圍試驗。從試驗結果可以看到：用于融冰的相變儲能材料溫度范圍可定在5℃-10℃。
1.2封裝材料
考慮到相變材料常溫為液態，必須進行封裝，同時要求具有足夠的強度，因此，采用高強度圓形鋼管作為相變材料的封裝構件。圓形鋼管內徑50mm，壁厚3mm。為方便鋼管注入相變材料，進行了兩端封口設計，一邊封閉，另一邊加工成螺栓構造。其示意圖如圖4所示。
1.3室內試驗
為了觀察相變儲能材料的融冰效果，模擬橋面板設計了尺寸為：500mm×400mm×80mm的試件，進行室內融冰雪試驗。將橋面板結構設計為四層：表面瀝青混凝土層、水泥混凝土層、含相變儲能材料的高強度無縫鋼管層以及保溫砂漿層。其設計結構圖可如圖5所示。
從試驗結果可以發現，鋪設有相變儲能材料的橋面板融冰效果十分明顯。對封裝鋼管的試驗前后溫度變化測量，數據表明管內相變材料由試驗前的10℃下降為試驗后的3.5℃，完成液－固相變；鋼管鋪設處混凝土表面由試驗開始的0℃上升為1.8℃，出現了一定幅度的吸熱升溫。同時通過圖7可發現，管內材料已相變為固態，其相變潛熱得到了釋放，并通過鋼管傳導到路面板表面，因而融冰防凍效果得到了增強。
但是，這種基于相變材料系統的橋梁特殊面板設計，還沒有通過實際工程的檢驗，有待進一步完善。
2基于路面外摻防冰材料的橋梁防冰技術
路面防凍外摻劑的應用作為一種路面主動防冰措施，能較大程度地提高橋面在大雪冰凍環境下的自身防凍除冰能力。當今各國研究人員對于路面防凍劑的研究也取得了一定的成果，日本的低冰點鹽化物鋪裝，密西根科技大學的環氧樹脂防冰鋪裝，瑞典的橡膠顆粒瀝青混合料鋪裝等方案，均指明了橋面鋪裝工程的自我主動防冰方向。這種技術不僅無需事前預警，無需駕駛員有效接收信息，而且解決了耐久性與低成本循環應用的難題。
2.1“路麗美”外摻防冰材料
“路麗美”是由氯化鈣與斥油性物質混合反應，經化學工藝處理而得到的路面防結冰材料，使用時被添加到瀝青混合料中并用于瀝青路面上面層。在冬季氣溫較低，空氣濕度增大的條件下，它被迅速激活，通過毛細管現象及行駛車輛的摩擦使路面中的“路麗美”材料不斷析出；通過降低路面的冰點來有效的阻止路面結冰。
2.2“Mafilon”外摻防冰材料
Mafilon(中譯稱馬飛龍)防冰技術是在混合料里加入緩解路面凍融的鹽化物材料，主要成分為氯化鈉、氧化硅、碳酸鈣、氧化鎂、三氧化二鐵等物。在冬季冰點溫度環境下，通過浸透壓和毛細管現象及行駛車輛的摩擦效果使抗路面凍結材料逐漸析出，降低路面的冰點等來達到緩解路面的凍結效果。
2.3重慶鵬方抗凝冰材料
重慶鵬方抗凝冰材料是細度類似于礦粉的一種填料，以一定摻量摻加在瀝青混合料當中，該混合料依靠抗凝冰填料中的抗凝冰成分在車載作用、負毛細壓力等作用而逐漸析出路表，從而達到抑制或緩解路面凝冰發生。
2.4三種外摻防凍材料的技術經濟比較
為了分析三種外摻防凍材料在國內工程中的適用性和經濟性，對三種材料進行了相關試驗，其對比分析結果如下表所示：
材料的經濟效益，以長一公里的雙向四車道路面，攤鋪瀝青砼厚度為四公分，外摻5%的防凍材料，并按其現行市場價格得出。
3結論
本文通過對現有的兩大類橋面防冰技術進行了一定的研究與分析，得到以下結論：
（1）相變儲能材料的研究應用能較好的防止冬季橋面結冰，封裝鋼管的鋪設密度決定橋面融冰效果。熱能的提供來自于材料本身的固-液形態的轉變，因此不存在對周圍環境的污染，但是由于封裝鋼管的尺寸較大并且要以較密集的間距布設在混凝土基層中，將會對橋面結構會產生不利影響。特別是對于重載交通的道路橋梁，使用相變儲能材料的橋面無法承受這種重載交通，將會造成結構的破壞。因此基于相變儲能材料的橋梁防冰技術還需要進一步的實際工程驗證。
（2）外摻防凍材料是一種比較成熟的、方便的橋梁防冰技術。通過對現有的主要三種外摻防凍材料的技術經濟對比研究，目前“路麗美”防冰材料在性能和經濟上均優于其他外摻防冰材料，并有利于環境保護。
（3）對于在建橋梁，在橋面防冰抗滑措施的選取上，考慮到技術成熟性和結構安全性，采用外摻防冰材料要優于相變儲能材料的應用。
