基于导电混凝土与超疏水材料的
桥梁除冰凌技术
黎一豪，夏嫣姿，李胜泽
(长安大学，陕西西安710064)
摘要：冬季桥梁上会产生大量冰凌，对行车和行人产生了巨大安全威胁，并且每年因冰凌产生导致的交通管制产生了巨大的经济损失。分析了现有除冰凌方法的不足之处，结合调查数据与桥梁现有结构，通过引入导电沥青混凝土与超疏水抗凝冰材料两种新型建筑材料，在原有桥梁除冰凌方法的基础上，有针对性地提出改进技术遥 关键词：城市立交桥；导电沥青混凝土；超疏水材料；除冰
Abstract：A large amount of ice often forms on bridges in winter,which poses a great threat to the safety of traffic and pedestrians,and leads to more government spending on traffic control.This paper analyzes the shortcomings of the methods of removing ice.Based on the survey data and the existing s
tructures of bridges,it also puts forward the technique to improve the existing method of deicing on bridges by introducing two new building materials,including conductive asphalt concrete and superhydrophobic anti-icing material.
Key words：city flyover；conductive asphalt concrete；superhydrophobic material；structure;anti-icing
［中图分类号］U445.7+1［文献标识码］A［文章编号］1004-5538(2021)01-0041-03
0引言
道路冰雪灾害每年对我国桥梁的正常运行带来极大的影响。在冬季气温骤降、空气湿度大的时候，桥面极易形成不易融化的压实冰层，从而导致突发交通事故的发生或造成桥面交通拥挤，或某些桥梁因排水措施不够完善，导致滴水冰锥出现。我国历年来因冬季冰凌而引发的交通事故约占全年交通事故的30%叫对道路行车造成了极大的隐患。1现有处理方案及其不足之处 (1)铺设防水材料。目前，桥梁经常在沥青混凝土桥面上铺设防水材料，增强桥面疏水性从而防止积雪融化积水导致冰凌产生。但目前使用的材料存在大量问题，例如粘结难度大、养护困难、漏水隐患大、耐久性差等。
(2)冰凌产生后进行除冰。现有的道路除冰措施主要分为以下四种：机械法、化学法、微波法、热
基金项目：长安大学中央高校基本科研业务费专项资金资助，项目编号：300102210801。
力法。但是其都有各自不可忽视的缺陷，例如机械法易造成不必要的道路安全隐患与交通拥堵；盐类融雪剂易对桥面等道路设置造成腐蚀性损害，加速老化，醇类融雪剂对周边环境影响较大且有反结冰的风险；而微波法与热力法等方法存在实现难度大、应用范围狭窄等问题。
(3)通过设计排水孔排水防止冰凌产生。传统桥梁为防止冰凌产生，通过增加横坡坡度、设置排水管道结构，以缓解桥面结冰情况。但积雪融化后若气温得不到回升则会导致桥面产生积水，排水孔内部冰凌不易融化，而桥面冰层融水则又堆积在排水孔周围，夜间产生复冻，从而导致排水孔下方冰锥产生严重。
2冰凌产生原因分析
(1)立交桥混凝土采用普通沥青、粗细骨料、矿
粉等填充物制成。虽然沥青具有一定的防水性能，但是在低温条件下，该种材料比热容较小、控温能
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力差，导致桥面迅速降温，易脆化开裂，使防水功能丧失，发生渗水等状况。
(2)桥梁混凝土存在问题。传统的普通混凝土的防渗水措施采取用水泥砂浆包裹粗集料的方法，而在施工时，水泥浆中多余水分蒸发时会留下难以避免的气孔，在温度较低的情况下，一旦水渗入混凝土的较大空隙内，或混凝土的含水量较高时，容易发生冻胀现象；并且由于混凝土的导热性能较差，在气温骤降时，混凝土内外部形成较大温差，温度梯度限制了混凝土的徐变性能，导致其内部结构易遭到破坏，从而产生裂纹。
党外知识分子
(3)桥梁排水管道的材质问题。在施工过程中一旦出现管材与配件连接时因管口抹胶不均匀或没有抹胶，有水流进夹层无法排出，冻结后将管壁撑裂导致漏水典同时PVC需要长期遭受外界比较恶劣环境的影响，聚合物会发生降解交联等老化行为，表现为变开裂、发霉等，使材料力学性能劣化，从而失去使用性能％
3新建桥梁除冰技术研究
老人与海鸥课堂实录3.1桥体导电沥青混凝土的应用研究
现有桥面普遍使用的普通沥青混凝土是电的不良导体，无法产生电热效应进行除冰凌操作，故设想通
过导电沥青混凝土代替现有使用的普通沥青混凝土，增强其导电性，通过电流的热效应，加强桥面的融雪除冰凌的能力。导电沥青混凝土是通过在普通沥青混凝土中掺入一定量的导电相材料，使其拥有良好的导电性能。使用导电沥青混凝土可以有效防止桥面结冰凌现象，也减少混凝土裂纹产生。引用导电沥青混凝土作为桥面建筑材料具有显著的技术优势、巨大的应用前景。
据相关资料显示，随着电极间距的增大，导电沥青混凝土的电阻迅速增加，导电发热性能降低。工程应用中，电极应横向相对安装，适当缩短电极间距，减少回路电阻，使其发热性能维持在最佳状态；同时，建议电极沿行车道横向安装铁
3.2导电沥青混凝土的温敏特性
导电沥青混凝土的温敏特性指的是导电沥青混凝土材料有着同复合导电高分子材料电阻相似的温度效应，其电阻率会随着环境温度的变化而发生规律性变化，其中包括电阻的正温度系数效应(PTC)和负温度系数效应(N TC)o以石墨为导电相的25益时的导电沥青混凝土为例，其电阻特征会随着环境温度的多次循环后产生一定变化，如图1所示。3C-Sift
图1电阻特征随环境温度的三次循环后变化示意
导电沥青混凝土的体积膨胀系数约为6x10"/益，但一般不会小于5.5x10-/益，所以体积膨胀系数对导电
粒子的接触效应和隧道效应所形成的导电网络的影响最为直观。因其具有温敏特性，桥面温度会对导电沥青混凝土的通路形成产生影响。只有当桥面温度低于该导电相下的导电沥青混凝土的某一阈值时，才能形成闭合回路，引发电热产生，从而达到对桥面温度的选择性。
在实际的工程应用中，可以结合降雪的实际情况选择合适的电压。在融雪功能运作时，考虑到节能环保的因素，可对导电沥青混凝土间歇性施加电压或使用周期性电压。这样做还可以保护导电沥青混凝土的温敏特性，避免桥面温度过高而对沥青混凝土性能造成不必要的伤害。
3.3导电沥青混凝土的除冰凌原理
当桥面温度达到导电沥青混凝土内导电相形成闭合回路要求时，导电层形成通路，导电沥青混凝土的温度因电流热效应而升高，内部表现为微观粒子的无规则热运动程度加剧，此时导电层与沥青混凝土桥面的上、下面层形成温差，导电层内部的高能量粒子向上、下面层的低能量粒子传输能量，在同一物体内部发生热对流，达到对路面加热的效果，实现导电沥青混凝土桥面自热融雪除冰凌的目的。
4既有建桥梁除冰技术研究
4.1桥面超疏水抗凝冰材料及其除冰凌原理
超疏水材料是依据“荷叶效应”与低表面能而对水有排斥效应的一种新型纳米材料。为解决寒冷环境下
桥梁结冰凌的现象，故设想在导电沥青混凝土桥面上涂布一种涂膜类的超疏水抗凝冰材料叫
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超疏水表面的微观结构特殊，当液体与固体接触 时，会在接触处形成附着层。当其内部固体分子对
液体分子的引力小于液体分子之间的引力时，液面
呈现收缩的趋势，形成液体的不浸润现象。该材料 可与导电沥青混凝土配合实施，电热效应首先使产
生的冰凌融化成水，或者直接使降雪即降即化，再
排走桥面的水分，实现桥面自主除冰凌的目的。
普通混凝土冰层粘结力大于超疏水混凝土，其
除冰难度更大，故计划采用通过纳米氧化锌颗粒表
面构建微纳米级粗糙结构冋，结合抗凝冰材料，研 究以氧化锌为纳米颗粒的超疏水涂料作为路面疏
水涂层材料。
弗洛伊德
4.2 施工方案 超疏水抗凝冰材料作为一种路面疏水涂层材 料，可以直接在既有桥表面进行处理。超疏水材料
中含有有机硅，难以被路面材料主动吸收，所以施
工方法选用先刷涂后喷涂的复合处理工艺，具体步 骤简要概括为：清除桥面灰尘、油污等污染物，清洗
并干燥，实施刷涂处理，使用气泵进行均匀地喷涂。
施工应注意，喷涂前需要对超疏水抗凝冰涂料进行
稀释，以确保喷涂设备能将涂料以气雾的方式喷 出，使涂料以微小的颗粒形式覆盖在原有桥面上。
据实地调研结果，立交桥的上下桥口 0~100 m 处是结冰凌现象的高发地段。施工时可对上下桥口 0~100 m 处排水口周围做超疏水涂层处理，在降雨 降雪天气下可以快速排水。排水管的安装需要均匀
分布于桥梁上下桥0~100m 处，安装时需要注意 与桥梁的伸缩缝错开布置，保证在桥梁的纵坡结构
引起的重力势能作用下，排水可以顺利进行。同时
排水管道内部产生冰凌可以通过传导沥青混凝土 的电热效应进行清除。5结论
sis 6326综上所述，本文针对现有桥梁除冰凌方法进行
了回顾，指出了现有的桥梁建筑材料在阻止冰凌产 生方面的劣势，也指出了基于原有建筑材料的对现
有桥面、桥体除冰凌方法的缺陷，同时针对现有的
除冰凌方法做出了改进，以新型超疏水抗凝冰材料
与导电沥青混凝土进行结合，从材料方面阻止桥体
冰凌的产生，有效的解决桥体伸缩缝、排水孔、桥梁
蛇纹岩路面等部位的冰凌产生的问题，继而提高道路桥梁 的稳定性、耐久性、安全性。但是该项目仍有一定的
发展空间，比如说超疏水涂层的耐磨性能有待提 高、经济效益需要提高等。
参考文献
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第一作者：黎一豪,(2001-)，男，本科，道路桥 梁与渡河工程专业。
(编辑：周云)(收稿日期:2020-12-3)
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