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导语：

又是一季冬来到，越穿越厚的衣服似乎也无法让我们身体的毛孔再次张开，只有搓手、跺脚、蜷缩……但这也意味着，供暖的日子就要来了。人们开始喜欢窝在供着暖气的室内，尽量减少出门，尤其是在雨雪过后，天气更加寒冷，道路被冰雪覆盖，出行的危险性大大增加。然而，交通运输是我国经济的发展命脉，为了让这条命脉在冬天依然安全畅通，研究者们不断开发着各种道路融雪化冰技术，为公路“供暖”，为交通安全护航。

寒冷季节道路积雪结冰将严重降低路面附着能力，导致交通拥堵及交通事故频发，在威胁行车安全的同时，影响公路既有服务功能的高效发挥，给整个社会带来巨大的经济损失。因此，如何及时有效地清除道路冰雪成为交通管理部门乃至整个社会所关注的焦点，世界各国已相继开展过大量研究工作，多种道路融雪化冰技术应运而生，但实际应用效果参差不齐，可推广的技术相对较少，目前仍以传统的人工、机械除雪及融雪剂除雪为主。随着“双型”道路建设的快速推进，环保高效的融雪技术愈加重要。在此背景下，笔者拟对当前存在的多种道路融雪化冰技术进行全面梳理，从发展现状、技术适用性、关键技术及未来发展方向等方面进行全面评价，并提出改进意见，以期为我国道路冰冻灾害的防治提供借鉴与指导。

常规养护融雪化冰技术

常规养护融雪化冰技术主要有清除法、融化法和砂石法三种。清除法可分为人工清除法和机械清除法。机械清除依靠推、铲、吹、热融等除冰雪机械进行，融雪化冰速度快、清除量大，但易对路面造成损伤，在山区道路、匝道等路段应用受限。人工清除法的除雪效果相对彻底，但存在人力耗费大、作业面积小、效率低等问题，宜作为重点路段或机械清除的辅助手段。撒布融雪剂是应用较为广泛的除冰雪技术，在积雪结冰厚度较小或环境温度相对较高时效果明显，但易受温度变化影响，时常伴有反复结冰现象。同时，受经济性和除冰雪效果影响，目前主要采用的氯盐类融雪剂，其腐蚀特性极易对钢筋、混凝土、路面等造成结构性破坏，降低耐久性，并严重污染土壤、水体等自然环境。砂石法是通过撒布砂石材料实现冰雪路面抗滑，具有经济环保、清理方便的优点，但并未改变路面积雪结冰现状，存在行车舒适性差、路面和轮胎磨损严重等问题。

常规养护融雪化冰技术因有着应用方便、效果直接的特点，仍是目前道路除冰雪作业不可或缺的技术手段。但是在未来新技术会进一步提升除冰雪机械的智能化和机动性，如高敏传感自控制的智能型除冰雪机，以及能够适应山区道路作业特点、实现人机联合协调作业的机动型除冰雪机等，同时经济环保的高效融雪剂也将是未来道路融雪材料的研发重点。

能量转换型融雪化冰技术

基于能量转换原理的道路热融雪技术作为一种预防型道路积雪清除方法，借助外界热供应源提供的热能促使路表温度升高，达到融雪化冰目的。按照热源性质及工作原理的不同可分为电加热融冰雪、地热能融冰雪、温泉水融冰雪及太阳能融冰雪等技术。

电加热融雪化冰技术

该技术以工业电力为能量供应源，通过将电阻型发热装置植入路面内部或借助导电路面材料实现电能在路面内部流通，利用产生的热量消除路表积雪及冰层等，是目前研究及应用成果较为丰富的主流融雪技术。

以电热丝、碳纤维带为热能产生媒介的融雪系统因产热材料易在车辆运动产生的剪切力作用下错位断裂而导致融雪系统失效，因而它们在沥青混凝土路面中应用较少，仅适用于交通量小、轴载轻、采用水泥混凝土铺筑的局部路段；而发热电缆融雪系统则凭借电热效应高、热稳定性好、运行费用低、无环境危害、控制方便等特点，处于快速发展时期。北欧地区和美国走在该技术的前列，出现了专业从事设计安装的公司，可提供关于电缆布置、线路连接和安装测试等方面的成套应用技术咨询。国内部分单位也开展了相关理论模拟及室内试验研究工作，应用方面较为成功的案例为哈尔滨文昌高架桥引进丹麦技术建立的道路融冰雪系统，但目前国内自有技术水平与国外差距仍较大。同时，该技术在研究应用过程中也暴露出融雪效率低、使用寿命短、影响路面耐久性等弊病，而耗能大的特点也与当前全球资源短缺的现状相悖。电加热融雪化冰技术未来发展过程中可结合国内拥有的发热电缆制造技术，开发具备自主知识产权的融雪系统，打破国外技术垄断，且应重点致力于将道路结构内积存的环境能量进行采集利用并作为能量供应源，创建耗能自给自足的绿色无污染融雪系统。

导电混凝土融冰雪技术通过掺加导电相材料在保证混凝土承载能力的同时实现自身的导电和电热转换功能，达到融雪化冰目的。该技术较好地保存了路面结构的完整性，升温效果均匀稳定，覆盖面广，融雪及时且无需中断交通，同时可辅助性地缓解沥青道面低温开裂问题，目前发展迅速。加拿大NRCC研究所和美国FAA401研究室等单位针对该技术从理论分析、室内试验及应用效果等方面开展了系统研究，铺筑的众多试验段初期融雪效果较好。国内学者借助室内试验针对混合料工况下导电材料的导电效果、电阻率和发热功率随时间的衍变规律等做了大量研究工作，而关于应用中混凝土的规模化制备及效果保证、电极铺设安装、性能测试及评价等问题尚未有突破性的成果，小规模工程应用试验融雪效果与室内测试结果差距明显，存在着通路阻断及升温效果微弱等问题。由目前研究及应用成果可见，导电混凝土技术存在的力学特性差、抗压强度衰降明显、压实度变异大、导电均匀性难以保证、电阻率随时间增大及成本高等问题，限制了该技术的进一步发展。因此，未来应以研发综合电性能优异、与筑路材料匹配性好的新型外加导电相材料为出发点，实现各技术难题的逐项攻克；同时考虑材料价格昂贵、多用于桥面融雪的特点，开发更具实用价值、适用于钢桥面铺装的浇筑式导电沥青混凝土。

地热能融雪化冰技术

地热能融雪化冰技术借助循环管网将地下蕴藏的地热能传递到路表，实现道路表层温度的提升，达到融雪化冰目的。该技术在地热能储量丰富的北欧国家得到了系统研究及规模化应用，理论成果主要集中于融雪负荷和供热匹配、热传递机理及地热源基础设计等方面，而应用则以冰岛最为广泛，建造了总量达35万平方米的地热道路融雪系统。国内目前仅有少数地热桩基供热建筑项目投入试用，涉及道路融雪系统的研究主要集中于室内试验融雪效果模拟，缺乏系统规划设计及实际工程应用效果验证。地热融冰雪技术充分利用了自然资源所蕴藏的天然能量，耗能低，清洁、环保且具有可持续性，融雪效果佳，实现了与生态环境的和谐共存，且有效降低了整体设备的运行费用。然而，该系统地下引热管网安装复杂，建造难度大，初期建设成本高，维护困难，且其应用局限性明显，仅限于在地热能蕴藏量丰富的地区复制推广，大范围的应用面临着天然瓶颈。

山泉水融雪化冰技术

山泉水融雪化冰技术依靠路面或桥面内埋置的导热管网，借助高差产生的水压力，实现泉水在路面内部的自然流动，通过热量传递实现融雪化冰。相较于传统的地热能融雪化冰，该技术有效克服了建设过程中存在的技术复杂、成本昂贵等缺陷，清洁、环保且可持续性好，大幅节省了投资和运行费用，同时融雪系统结构简单，使用方便，便于推广使用。应用时需重点解决运水主管道与传热管网的水压匹配性问题，关于输水管网节点焊接质量控制、管网通畅性及桥面铺装层工作性能优化等也应给予高度关注。该技术最大程度借助了自然能源蕴藏的能量，有效做到了因地制宜；但也正因为受此限制，应用范围严重受限，要求融雪点附近必须存在水温高、流量大的温泉水源。

太阳能融雪化冰技术

太阳能融雪化冰技术主要存在两种实现形式：一是利用由集热装置、蓄热体和融雪装置等组成的太阳能转换存储系统，将夏季高温路面内积存的能量储存于地下，冬季将热量提取用于融化路面冰雪；二是利用光伏或光热系统实现电加热管或液体循环管加热，促使路面温度升高，两者皆以太阳能为能量供应源。太阳能融冰雪技术由于自身特点，在桥梁、路堑断面及靠山路基等区域，或气温过低、降雪量过大时，难以保证充足的能源供应。

太阳能-土壤蓄能式融雪化冰技术在美国、日本、北欧等国家获得了高度青睐，开展了较多的研究及应用示范工作，以美国SNOW FREE、瑞士SER SO等热融雪试验工程为代表实现了实际应用，而由于基础研究缺乏，出现了管网腐蚀泄漏、供热效果不足等问题。在国内这种技术则处于刚起步阶段，相关院校及科研单位开展了部分基础性研究，借助简易室外模拟试验系统探究了其应用效果，虽然显示出一定的温度调控功效，但缺乏更为系统具体的参考成果。该技术可实现1 4以上的能量转换效率，且季节性蓄能模式提高了能源利用率，环保和资源合理利用综合功效明显。太阳能-土壤蓄能式融雪化冰技术融雪原理为复杂多相介质的热传递过程，系统构造复杂，地下建造物多，建设周期长，投资多，且管道易渗漏，维护与修理困难。因此，目前研究普遍重视理论模型建立与模拟，重点开展了性能分析与效果评价及可变性预测等工作，而关于融冰雪过程、集热和蓄能效率、综合能量利用与整合等基本问题尚未得到认知与澄清，距离该系统的应用和推广尚远。

太阳能光伏和光热技术开辟了全新的太阳能融雪技术研究思路，而国内外目前鲜有研究涉及该领域，有待研究人员的深度开发。高寒冻土地区冻土特性导致太阳能-土壤蓄能融雪技术难以发挥功效，同时高原地区太阳辐射充足，适合该技术的应用推广，可实现系统运行的零能耗、零排放。太阳能光伏融雪系统涉及领域广，且由于研究成果有限，目前主要存在两方面技术难题：一是关于导热特殊路面结构和材料研究及应用成果较少，二是缺少稳定可靠的能量转换及存储系统。西部交通项目“高寒地区太阳能实时融雪（冰）公路技术研究”从融冰雪路面材料研发、传热理论建立、能量转换系统优化设计和控制系统开发等方面开展了研究，并依托G318墨竹工卡至工布江达段进行了工程应用试验，显示出了较好的应用前景。由于该系统涉及光伏系统和电子控制领域，因此稳定性仍需进一步提升，且工程造价相对较高。

化学类抑制冻结路面技术

化学类抑制冻结路面技术通过在沥青混合料中掺入经特殊工艺封装而成的颗粒或粉末状化学材料形成具有冻结抑制功能的路面，其有效成分多为氯化钠、氯化钙等盐分，主要适用于降雪量较小或路面结冰初始阶段。该技术可减少融雪剂撒布量，提高机械除雪作业效率，节约冬季道路养护成本；但现有研究应用成果表明，盐分的有效封装以及对盐分的析出时间和析出速度的有效控制仍是制约路面功能效果发挥和持续性的关键因素。盐化物析出过快会严重缩短路面抑制冻结作用的时间，同时盐化物的大量析出会导致混合料松散，降低了道路的抗渗性能及强度。此外，该路面型式增加了配合比设计难度，国内外尚无此类设计规范及标准，关于对路面功能效果持续性的评价方法，国内外更是鲜有报道，严重影响了该技术的进一步发展和应用。因此，未来应从基础性研究工作出发，融合多学科知识研发新型高效封装材料及封装技术，重点解决盐化物析出时间及速度难以控制等技术难题，并制定相应路面设计规范及性能评价标准，提出科学有效的评价方法，实现化学类抑制冻结路面技术的全面发展和推广应用。

自应力铺装路面破冰技术

自应力铺装路面破冰技术是指在沥青混合料中掺入一定量的弹性材料，或在路面表层嵌入大颗粒弹性材料，利用行车荷载作用产生的路面自应力使冰层破碎。该技术包括橡胶颗粒弹性除冰技术、镶嵌类铺装技术、粗糙型路面铺装技术，适用于降雪和冻结初期，当积雪堆积到一定厚度后将失去作用。

该技术用于路面铺装，不仅符合“双型”道路建设要求，而且可以增加路面抗滑性能，降低路面噪声，提高道路安全性和通行效率，因此得到了国内外广泛关注。美国和日本做了大量关于橡胶颗粒弹性除冰技术的研究工作，并在加利福尼亚州、明尼苏达州等多地铺筑了试验段，同时东京—长野高速公路采用镶嵌类路面铺装技术铺筑了试验段，扎幌市将粗糙型铺装技术用于道路除冰雪中。国内的相关研究起步较晚，曾在西汉高速公路、蓝商高速秦岭隧道、石家庄市环城公路南环等地通过试验段铺筑进行过实际应用。应用结果表明，该技术在实际工作状态下存在着橡胶颗粒与沥青及石料粘附性差、初期松散剥落现象严重、路面耐久性不足、除冰雪寿命短、效果不理想等问题。未来研究工作中应致力于改善橡胶颗粒表面性质，提高橡胶颗粒与沥青及石料的粘附性，改善松散、剥落等早期病害频发的现状，延长橡胶颗粒沥青路面耐久性。课题组通过内蒙古交通科技项目“橡胶颗粒路面除冰雪应用技术研究”针对上述问题进行了深入研究，并据此铺筑了牙哈沟服务区C匝道试验段，解决了存在的部分技术难题，改善了应用效果。

主动自蓄热融雪化冰技术

主动自蓄热融雪化冰技术依靠路面材料自身的蓄热功能，提高道路内部和路表温度，实现主动防治道路积雪结冰的目的，是未来交通领域可持续发展的重要措施。目前，国内外相关研究主要集中在相变储能融雪技术方面，借助相变材料在物态变化时放出的热量抑制路面冻结，可实现工作过程零污染。但是，相变材料在公路交通领域的应用尚处于探索阶段，材料自身热稳定性差及易泄露的特点成为在复杂道路工作环境中应用时需重点解决的问题。考虑到相变材料融雪技术存在的技术难点，笔者所在课题组经大量研究，优选出一批蓄热功能良好同时具有多重功能属性的无机材料，材料稳定性好，无需封装，且复合工况下融雪化冰效果显著。依靠材料间的协同作用，提出了一种新型主动自蓄热融雪化冰技术，初步试验测试显示出了良好的应用前景。因此，通过研发功能稳定、应用便捷的新型材料实现道路路面主动自蓄热融雪化冰是一项任重而道远的工作，亟需众多学者、专家在总结当前研究的基础上，进行更广泛、更深刻的探索，促进未来交通建设的可持续发展。

融雪破冰养护设备

微波融雪破冰设备

微波加热技术最先应用于路面热再生中，此技术在加热过程中温度梯度均匀，绿色环保，易于控制，不会造成沥青老化，鉴于其独特的技术优势，逐渐被引入路面除冰设备技术领域。微波融雪破冰技术对厚冰清除能效高、除净率高，对路面无损容，不污染环境，工作平稳，噪声低。美国首次提出了利用微波加热结合机械除冰装置用于清除道路积冰的构思，并由明尼苏达大学Hopstock等人进行了更加深入的研究，建立了除冰模型并研制出微波除冰车，国内部分单位则以此为基础进行了局部除冰应用试验和微波除冰车改进开发。但截止目前，利用微波技术清除道路冰雪的微波除冰车仍然处于研发、试验验证阶段。现有微波破冰试验设备除冰效率过低，且没有考虑微波辐射泄漏对路面以及工作人员产生的危害；采用防微波辐射涂层虽然可以有效降低微波对沥青路面的辐射作用，但增加了造价，且难以确定涂刷防辐射涂层的时机。在微波除冰设备未来研究中可以针对提高微波频率和磁控管的功率、增加路面对微波的吸收、合理配置磁控管及波导的阵列方式、设计更好的匹配波导等多个方面开展重点研究，提高微波破冰除雪效率。

红外线热辐射加热墙除冰雪设备

红外线热辐射加热墙沥青热再生机在我国道路修补与再生养护中已得到广泛应用，而将其应用于道路除冰雪领域尚处于探索阶段。红外线热辐射加热墙以液化气燃烧释放出的高强度辐射热量快速加热冰面以达到除冰效果。红外线热辐射加热墙加热速率高，无明火，不会烧焦路面，适用于特殊路段（如弯道、坡道、桥面、重要进出口等）的冰雪清除。目前国内关于红外线热辐射加热墙除冰的研究较少。未来红外除冰雪设备技术有待开发与改进，应重点研究加热效率提升及控制系统优化等方面，可以分析对比红外线热辐射加热墙的特点，深入研究路面温度、路面老化、除冰雪效果等综合因素影响下的加热墙除冰雪技术，选择适宜的发热元件，设计良好的加热器结构，配以一定的控制方式，将红外线热辐射加热墙应用于道路除冰雪机械设备中。

结语

发热电缆电加热技术目前应用较为成熟，而自身耗能量大的特点决定其主要适用于桥面、坡道及机场等局部地段的融冰雪；导电混凝土融雪技术则应以解决导电流通及均匀性为首要任务；地热、山泉水、太阳能融冰雪技术经济环境效益明显，但受地理因素制约严重；化学类抑制冻结路面技术、自应力铺装路面破冰技术在理想状态下可实现大面积铺筑应用，而有效抑制冻结的成分散失快、橡胶颗粒易松散剥落等融雪功效持久性不足问题目前仍无有效解决方案；将蓄热功能良好的无机材料添加到沥青混合料中实现主动自蓄热融冰雪技术，开辟了道路融雪化冰新思路，综合功效突出，但目前仍处于基础探索阶段；新型融雪破冰养护设备则有待从提高融雪效率、降低能源消耗等多方面进一步提高试验产品的实用性。由此可见，现有新型融冰雪技术在推广应用中仍面临着多种因素的制约，而在当前逐渐禁用传统化学融雪方式的社会发展趋势下，迫切要求从业人员针对新型融雪技术开展全面系统的基础性与前瞻性研究，充分认识融雪化冰过程的传热规律和时变特性，重点解决当前存在的能耗高、融雪持久性不足、稳定性差、建设成本高、维护困难等应用难题，创建成套完善的设计标准、施工技术及控制系统，实现各项融雪技术可实行、能复制、易推广，推动环保高效新型融雪化冰技术迅速发展。