冰雪天氣帶來的路面冰雪問題嚴重影響道路交通運輸，成為困擾著世界各國交通部門的難題。高速公路系統是國家經濟的重要基礎設施，而每年冬季的降雪都會給高速公路帶來嚴峻考驗，為了盡快清除路面上的冰雪，確保道路的安全運行，世界各國的交通部門不得不面對公路清雪除冰這一世界性的難題。

　　為了解決這一難題，人們在這方面做了大量研究，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、橋梁和機場的營運效益，便成為各國在冬季道路路面上的一項重大而又艱巨的任務。

　　東南大學玄武巖纖維研究中心，江蘇綠材谷新材料科技發展有限公司，江蘇天宇纖維有限公司和武漢理工大學聯合進行試驗，采用玄武巖纖維與碳纖維混編組成土工格柵發熱材料，來進行融雪化冰。采用電加熱發熱格柵產生連續不斷的熱量供給公路路面，達到融雪化冰的目的。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、機械除雪、化學劑除雪等方法，但是這些除雪方式存在不足之處。人工除雪效率低，作業時間長。機械除雪受季節影響較大,使用頻率低,一年中大部分時間設備被閑置,經濟效益較差。化學融雪劑能有效地融雪化冰和防止道面結冰，但是其使用后會造成混凝土的損壞，嚴重地破壞四周的生態環境。

　　而發熱格柵材料有其相對的優點，在加熱過程中路面溫度均勻，不但能達到融雪化冰的目的，發熱體溫度在250℃以下不會損傷混凝結構，且鋪設方法比較方便。更為重要的是，和普通土工格柵性能一樣，這種材料還有增強路面結構的功能，可以提高道路的使用壽命。

　　應用碳纖維發熱格柵抗凝冰工程是交通部貴州省科技廳、交通廳實施的科研項目。由于貴州地區每年的凍雨時間長，地段分布廣，造成經濟損失大，此項目選擇在貴州省貴陽遵義路段內做抗凍雨、抗凝冰試驗，有非常突出的現實意義。

　　試驗路段的選擇主要考慮了三個方面：一是該處容易形成凝冰；二是該處路段比較容易發生交通事故，如彎道、長下坡等路況；三是附近有比較方便的電源可以使用。前兩個方面主要是為了驗證試驗路段的抗凝冰效果，后一個方面主要是保證試驗路實施的可能性。結合當地每年的路面凝冰情況，經過調研，最后選擇了G75蘭州——海南島高速公路貴陽遵義段經常出現凍雨凝冰的一段下坡彎道處，作為試驗路段。

　　一、施工工藝方案

　　1.抗凝冰瀝青路面結構方案的確定，主要是滿足路面基本功能的要求，根據試驗結果、現行規范及地區公路實踐經驗，在設計時考慮了目前在貴州地區應用的主要的路面結構形式，對需要大修的路面加以改造，在AC-20（6cm）層頂面加鋪已經編制好的高性纖維和碳纖維組成的發熱格柵，擬定出了如圖所示抗凝冰路面工藝結構(見圖1)。

抗凝冰路面工藝結構

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

　　３.試驗路段采用半幅路面通車。

　　圖為半幅路面施工鋪設發熱格柵施工現場。

　　4.發熱格柵融雪化冰路面結構為：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、試驗效果與能耗

　　1.蘭海高速公路貴遵段抗凝冰試驗，每天每平方米僅消耗1.58度電，即能達到瀝青公路路面融雪化冰的目的。電費0.5元/度×1.58度=0.79元/m2，根據試驗路監測數據，可以得出如下結論：一萬平方米每天能耗費用小于7900元（1.5公里）。而原G75蘭海高速貴遵段500米長路面經常出現凍雨凝冰的一段下坡彎道處，每天需要6個工人在路面上灑鹽水和溶雪劑進行融雪化冰，灑鹽水時還要堵斷行車，工人也非常辛苦和危險。

　　2.在試驗路表面環境溫度-4℃情況下，啟動瀝青路面融雪化冰的自發熱系統，經過45分鐘加熱，路面溫度上升到2℃，在這個升溫過程中，路面溫度達到0℃后瀝青路面開始融雪化冰；當路面溫度上升到2℃，進行降溫試驗，關閉電源3小時，溫度降到1℃，此時瀝青路面融雪化冰系統又自動開啟電源，再次對路面加熱運行45分鐘，路面溫度上升到2℃；為此設定加熱系統關閉電源3小時后，自動啟動發熱系統，以此循環，確保瀝青路面融雪化冰正常運行；試驗中試驗人員還關閉電源243分鐘，溫度下降2.2℃，得出關閉電源超過3小時，路面降溫速度加快，升溫時間延長，能耗增大的降溫曲線。

　　3.試驗說明：降溫時間應保持在3小為宜，在瀝青層厚50mm以下時，功率采用330W/m2為佳，每天平均自動升溫6.4次，每次升溫45分鐘，降溫3小時，再次啟動電源加熱瀝青路面發熱系統，總計升溫4.8小時/天，每天用電4.8x330W/m2=1584W/m2。

　　由于升溫時間短，調試時瀝青路面內發熱溫度設定在25℃以下，即達到確保瀝青路面融雪化冰正常運行，經濟效益可行，又保護了瀝青路面的結構，經濟效益和社會效益都很突出的目的。

　　4.主要材料發熱格柵，由江蘇天宇纖維有限公司生產，玄武巖纖維由浙江石金玄武巖纖維公司生產，碳纖維采用進口材料，發熱格柵產品使用性能穩定、可靠，能達到融雪化冰的目的。

　　現試驗路段為舊瀝青路面改造，瀝青層厚度4cm。為了今后路面養護和維修中不破壞發熱材料，最好將發熱格柵埋設在5cm以下，一般養護和維修時只去除舊瀝青層厚度4cm，使今后養護和維修時不會破壞發熱格柵材料，又能確保融雪化冰路段能正常養護和維修。

　　發熱格柵瀝青層間中的最高溫度設定值：在試驗路段調試時，路面環境溫度為-4℃，當發熱格柵瀝青層間處的最高溫度達到25℃時，路面溫度已達到2℃以上，所以發熱格柵瀝青層間處的最高溫度應在25℃以下，瀝青層不會由于加熱過程使路面瀝青產生形變與剝離狀況，既能達到節能、又能達到融雪化冰和保護路面結構的目的。

　　三、施工注意事項

　　安裝前先要對每一發熱格柵進行檢測，測量電阻值范圍+3%～3%，長、寬度范圍+2%～2%。

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

　　在瀝青混凝土澆注后，應及時檢測發熱格柵的電阻值和絕緣值。

　　發熱格柵安裝完成后，應在施工圖中標注電纜線接點實際鋪設位置和間距，并妥善保管好施工圖。

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

　　四、發展前景與應用

　　我國廣大地區的高速公路、城市道路、港口碼頭和機場等混凝土路面、瀝青路面、人行道、臺階、人行天橋、旅游通道，因冬季降雪結冰,給道路暢通和行車、行人安全帶來了嚴重的影響，甚至造成道路和機場關閉,導致客貨運輸的大面積癱瘓。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, 需要采取措施對各種路面進行融雪化冰，融雪化冰發熱格柵新材料大有用武之地

　　武漢理工大學、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的路面融雪化冰新產品，采用碳纖維—高性能纖維發熱格柵作為電發熱體的新技術新工藝，為市場提供新一代智能化融雪化冰新材料，積極推廣發熱格柵在路面融雪化冰技術中應用，服務于現代交通運輸業、為防治交通冰雪災害做貢獻。

　　應大力推廣發熱格柵的應用領域，比如，在機場跑道上進行融雪化冰大有發展前景；積極開發東北、西北高速路進出口融雪化冰，有很好經濟和社會效益；推廣發熱格柵融雪化冰在公共設施、民居工程上應用，具有非常好的發展空間；積極推廣發熱格柵技術在地暖產業產品上的應用，特別在住房地暖、現代農業陽光大棚地暖、水產養殖工程上的地暖，開發與應用前景也十分光明。

　　因路面結冰導致的生命及財產損失不可估量，發熱格柵自動融雪化冰技術主要應用于道路、機場、港口碼頭、公共場所等地，及時進行融雪化冰，確保出行安全，社會效益和經濟效益十分顯著。