随着气候逐渐变暖，极端气候逐渐开始增多，寒冷条件下引发的道路冰雪灾害已经不仅仅局限于我国北方寒冷地区，在南方冻雨地区道路积雪结冰现象也开始逐渐增多。道路积雪结冰除了会导致严重的交通拥堵以外，更有可能会引发严重的交通事故。总的来说，热力融雪化冰技术还是研究发展的趋势。我国在这方面的研究仍处于起步阶段，相关研究较少，本文通过汇总国内外已有的研究成果进行分析，为后期相关研究提借鉴。

热力融雪化冰技术现状及发展趋势

与机械清除和融雪剂除雪方法相比，热力融雪化冰技术是一种主动的道路积雪结冰清除方法，利用外界的热能对路面进行加热，使得路面温度高于0℃，从而预防路面结冰。根据热能的来源不同，融雪化冰技术可划分为电加热、地热、非地热、红外线等融雪化冰技术。

电加热技术

(1)电缆加热技术。电缆加热融雪技术是通过在道路中埋设电缆，将电能转化为热能传递至道路表面，进而达到道路表面融雪化冰的目的。而整个系统输出的热能是由外源电压和电缆的热阻共同确定，而电热材料则主要是由导热性和导电绝缘性良好的材料构成，现阶段以矿物质绝缘电缆为主。 

电缆加热技术*早是由美国将其应用于桥梁工程中，后期逐渐发展成熟，ASHRAE的设计手册对整个电缆加热技术的系统应用都有详细的规范性描述，具有一定的指导意义。电缆加热也可以用于坡道的融雪化冰，由于坡道属于易受冷空气及风力影响的地方，在冬季下雪或结冰后，车辆上下坡会非常危险，使用隔热材料，在发热电缆下部进行隔热处理，以便把所受影响降低，这样可以降低运行费用、缩短加热和预热时间。国内在哈尔滨坡度达到4%的文昌立交桥的匝道中布设了发热电缆，取得了良好的效果。在铺设加热电缆时，要考虑到道路单位面积铺装发热电缆的功率、铺设间距、电缆的**性以及承重能力(能否承受汽车道的荷载)、隔热材料的承重能力、传热要求等，可以说，关于电缆加热的铺设方案要综合考虑，比较复杂。所以目前这种方法并没有大面积进行采用，只在立交坡道、桥梁、机场等较为关键的交通区域采用了这种方法。

(2)导电混凝土。导电混凝土主要是采用导电材料替代混凝土中的骨料，从而使得混凝土在满足基本的力学性能同时还增加了导电的功能。导电混凝土因为自身的电阻作用，在通电的情况下将产生热能传递到路表面，进而达到融雪化冰的目的。导电材料一般采用钢或碳纤维、炭黑、石墨等。

美国芝加哥OHare国际机场曾将导电混凝土应用在其机场跑道上，在其内不仅满足了跑道的基本使用要求，还取得了良好的融雪化冰效果。美国的SherifYehia等人利用钢纤维钢屑制备混凝土，并对其进行力学性和导电性的研究。研究发现，钢纤维导电混凝土的电阻率会随着时间增长而逐渐变大，这是由于在水泥的碱性环境中，表面产生氧化钝化层，从而导致电阻率变大。而在电压恒定的情况下，电阻越大，产生的热量越小，这对于融雪化冰来说是不利的。武汉理工大学基于能量守恒原理研究了不同导电混凝土电热层的层位布设对路面融雪化冰效果的影响，西南科技大学研究了石墨掺入到钢纤维导电混凝土中的可行性，并将不同掺量的钢纤维和石墨制成混凝土，研究其强度及导电率的变化。N.Banthia等人将碳纤维和钢纤维分别制成混凝土，并将碳、钢纤维混合制成混凝土，研究了三种不同导电混凝土的电阻率差异。侯作富等人主要研究了碳纤维导电混凝土与不同气候条件下升温规律与功率之间的关系以及相关控制系统。

上述各方面对导电混凝土加热技术的研究，在一定程度上使得该项技术不断拥有完善，不过*主要的问题还是其电阻率会在使用过程中逐渐变大，影响到融雪化冰效果的效率。另外，导电混凝土的整体造价较贵，使用成本也较高，暂时难以实现大规模的利用。

地热加热系统

 地热加热系统的来源既可以是浅层土壤内的热能，也可以是地下热水和蒸汽，根据利用的热源方式不同可以分为地热管技术和基于道路集热的热流体法。

 (1)热管技术。地热管技术原理主要是将浅层土壤内的地热通过热管内的介质传递到路表面，使得路表面的温度维持在0℃以上，防止路面积雪结冰。

地热管技术*早出现在美国新泽西。在该州的Trenton公路上，热管被埋设在道路表面5cm下。冬季当地2m左右深度的地下温度一般在8.8～13.8℃，在暴风雪条件下，热管内介质溶液温度可达到4.4～11.1℃。当外界环境的温度条件在－6.7～1.7℃时，道路表面的融雪速率可达到0.6～1.25cm/h。除此之外，在西弗吉尼亚橡树山一个公路坡道和怀俄明州夏延附近的两个坡道上都进行1:1比例的试验，这两个坡道的坡度均达到7%，984m2的路面共使用了177根热管，系统运行效果理想。通过地热管加热的方法国内还没有找到相关使用的报道，但是从国内某科研基地相关试验路段反馈的效果来看是比较好的。但是这种方法存在一个较大的缺陷，即在较长使用时间后由于地热所存储的能量不足会导致其使用效果下降显著。除此之外，地理条件(热源)的影响也是一个重要的使用条件。

(2)地热流体加热技术。地热流体加热技术是通过管道将地下热水或地热蒸汽输送到路面，或者将热水直接流过路表面进行融雪除冰。

美国*早在俄勒冈州克拉马斯安装了地下热水加热系统。初期采用铁管，防冻剂采用40%乙二醇水溶液，系统热源来自附近的地热井。由于铁管容易被腐蚀而发生渗漏，在运营50年后拆除了原有路面，加入碎石基层，并将铁管换成了聚乙烯管，在布设管道的时候与路面加筋钢筋并行以充分保护管道。日本福井市曾经直接将地下热水喷洒到道路表面进行除冰，地下热水的初始温度大约为15℃，在经过埋设在人行道下的换热管时温度降到了7.2℃，在融化了人行道上的积雪后，热水喷洒到临近的路面上。但是这种方法存在问题较多，一方面极易导致路基发生沉降，另一方面环境温度过低会影响到使用效果，利用完的地下热水也要重新收集起来，一旦结冰会使得情况更加严重。所以日本在1990年后逐渐采用其他有效的方法进行替代。在阿根廷Copahue－Caviahue地热区，城市道路利用地热蒸汽系统进行路面加热，地热蒸汽通过管道从1400m深的地热井中被引出。

总体来说，这种技术还是比较复杂的，因为涉及的方面太多，如道路、桥梁以及各种地下设施等。整个系统的建设周期较长、投资也较大。并且系统已经安装，后期的改造和维护调整也比较麻烦。所以，国外目前着重采用模型分析和数值计算进行理论分析。只有进行充分的研究、增加技术水平，才能进一步促进该项技术的应用。

(3)非地热加热系统。非地热加热系统主要是利用除地热之外的其他热能进行路面除冰，如废水、城市供水预热、燃气加热等。在美国阿莫斯特县的一座桥梁上就修建了非地热加热系统。通过燃烧丙烷产生的热量对抗冻循环系统进行加热，而热棒底部的蒸发段在经过循环系统加热后将热量经管内介质传递至桥梁表面。*初热管中使用的介质是氟利昂，但是使用的效率很差，后期更换为氨。该座桥梁长、宽分别为35m、13m，总共使用了3.2km的钢管和241根管，加热系统造价占总造价的27.3%。目前，国内针对这方面的研究停留在理论分析上，实际应用不多。该项技术的关键在于如何确保各个部件的密封以及管道的防腐蚀。另外，其建设成本也较高，主要是管道在埋设过程中的挖掘钻探，后期的维修也是较大的问题。

(4)红外加热法。红外加热法主要是利用红外发热原理，直接照射冰雪使其融化。该方法技术简单、对环境无污染、并且便于移动，目前主要应用在机场跑道除冰较多。2003年，约翰肯尼迪国际机场第12跑道飞机库修建了红外飞机除冰设备。使用情况表明，红外加热法不仅除冰效果明显，与传统方法相比，其效率更高、成本更低、对环境也无污染。但是该方法也存在一定缺陷，只能融化一定厚度的冰雪，且除冰效果受到外界环境条件影响较大，如灯管照射距离等。

结论与发展建议

随着我国对发展要求的不断提高，原始的机械除雪以及需要牺牲生态坏境的融雪剂方法将会逐渐被淘汰，针对相关有效、环保的融雪化冰技术的要求越来越强，这也是我国相关科研研究发展的大趋势。总体而言，我国在融雪化冰方面与国外仍有很大的差距。在热力融雪化冰技术方面的发展，应注重以下几方面的研究:

 (1)加强热力融雪化冰技术的基础研究，对路用性能和融雪功能之间的差异进行平衡，提高相关技术的可推广性;

 (2)加强热力融雪技术的环保性能与**性能研究，提出相关规范指标;

 (3)根据不同地区的特点因地制宜，提出符合地区特点的融雪方案，根据实际情况，将各种不同融雪技术进行综合运用，达到**效果。