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| 谭忆秋：“除冰”能否跑赢“结冰” 雪灾中的路面除冰技术 |
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谭忆秋，哈尔滨工业大学教授、博士生导师。主要从事道路工程材料功能特性与应用研究。在两个相关科研项目中开展了路面主动抑制结冰技术的研究。
1月中旬以来，南方雪灾肆虐，我国多条高速公路因结冰积雪而封闭，飞机停航。相关部门不分昼夜地进行除冰工作。由于天气持续恶劣，在一些堵点，简直就是除冰速度和结冰速度在进行赛跑。
其实，路面冰雪问题一直困扰着各国交通部门，每年由于路面积雪结冰所造成的直接经济损失平均达数亿元。因此，对路面积雪结冰的处理问题，各国一直非常重视，并作了大量研究，探索出多种抑制路面积雪结冰的方法。笔者在这里向感兴趣的读者简单作个介绍。
这些除冰方法分为被动和主动两大类。
在被动抑制路面积雪结冰的方法中，大家最熟悉的肯定是撒布融雪剂。
——撒布融雪剂
这是通过在路面上撒布化学药剂来降低冰雪融点，使冰雪融化，进而清除积雪和积冰的方法。该方法是国际上较常用的一种路面除冰雪的手段。国内外常用的融冰雪剂主要有盐类和醇类。
从实际使用效果来看，在一定的环境条件下，撒布融雪剂可以有效清除道路冰雪，改善道路安全状况，提高道路运输效率。但是，醇类融雪剂的除冰雪效果受环境温度影响较大，并具有反结冰现象，即一旦环境温度下降，被融化的积雪会再冻结成冰，使路面更滑，交通事故率更高。如果环境温度过低或降雪量过大，融雪剂自身很难快速溶解、融化，须借助车辆轮胎的碾压作用，所以融冰雪持续时间长，效果差，导致综合成本大幅度升高。
绝大多数的盐类融雪剂产品都存在腐蚀性，易腐蚀破坏道路结构和机动车辆，还会对土壤、水体和大气等造成污染，破坏生态环境。根据美国的一项统计报告，在每年使用1000万吨融雪剂的情况下，会对道路、车辆造成29亿～59亿美元的损失，对停车场造成0.75亿～1.5亿美元的损失，导致5%～10%的植物病变甚至枯死。另外，融雪剂的使用曾造成北京2003年有4000多棵大树和4万多株灌木死亡，草地受害面积达3万多平方米，直接经济损失1500多万元。
因此，近年来人们不断开发环保型融雪剂，具有无毒性和无腐蚀性的特点，如生物降解型融雪剂等，可以起到较好的效果。
总的来说，撒布融雪剂在一定程度上可以有效抑制冰雪，对交通的快捷和安全起到一定作用。
——人工清除法
这种方法对冰雪清除较彻底，但效率低，费用高，作业时影响车辆通行及行车安全，不能长时间作业，适用于雪量较小时或重点难点路段的冰雪清除。
——撒布砂石材料
在冰雪路面上撒布一定粒径的砂石材料，如砂、石屑、炉灰、煤渣和砂盐混合料等，能提高冰雪路面的摩擦系数。由于碎石的存在，一方面使冰雪层的冻结强度不均匀，另一方面，砂石在冰雪层的运动使得雪不易压实，达到了抗滑的目的。由于砂石材料既经济又环保，该方法在欧洲应用非常广泛。
与除雪剂的方法比较，化学除雪剂的使用效果要好于砂等传统的防滑材料；但采用砂、盐进行防滑养护，可以收到比单独撒砂或单独撒盐好得多的效果。
——机械清除方法
该方法分为机械铲冰雪和机械吹雪两类。机械铲冰雪适合于雪量较大、结冰之前大面积清除作业。机械吹雪适用于未经碾压过的厚度较薄的路面积雪，通常只适用于机场等便于管理的较小范围的除雪。
——热力融冰雪方法
此种方法利用热水、地热、燃气、电等产生的热量使冰雪融化，如喷洒热水法、发热电缆法等。
但这些方法往往耗能较大，且融化的雪水进入路面结构时会将路表的灰尘等杂质带入，在路面结构内部积存，进而堵塞孔隙，致使排水不畅，影响雪水的排除。
以上介绍的是常用的被动融雪技术。
主动融雪技术则主要是通过路面的特殊功能达到融冰除雪的目的。主要有以下几种：
——自应力弹性路面铺装技术
此类技术主要是通过在路面铺装材料内添加一定量的弹性颗粒材料，改变路面与轮胎的接触状态和路面的变形特性，利用弹性材料局部变形能力较强的特性，通过路面在外荷载作用下产生的自应力，使路面冰雪破碎融化，从而有效抑制路面积雪和结冰。此类技术中常用的弹性材料多为由废旧轮胎加工而成的橡胶颗粒。这不但可以有效提高路面的除冰雪能力，提高道路安全性能和运输效率，而且为废旧弹性材料的回收利用提供科学、合理的新途径，利于环境保护，节省资源。
该项技术在欧美和日本等发达国家已有应用。在我国，依托交通部西部交通科技建设项目，哈尔滨工业大学亦开展了橡胶颗粒沥青路面除冰雪技术的研究，并进行了实体工程的铺筑，使用效果良好。
——导电铺面融冰雪技术
该项技术是在路面铺装材料中掺入聚合物类、碳类或金属类导电掺合料，使高绝缘性的路面铺装材料具备热和电的感知和转换能力，将电能转变为热能，热能通过铺面材料与冰雪的接触面向上传导，冰雪吸收热量后温度逐渐升高，实现融雪化冰的目的，该方法耗能较大。
——能量转化型融冰雪技术
能量转化型融冰雪技术是通过能量转化设备，将其他形式的能量转化为热能，达到融雪化冰的目的。
可以利用的能量主要有工业电能、太阳能和地热等多种能量。该项技术可以提高能源利用率，而且清洁环保，适合于机场、桥面和高速公路的长大纵坡等局部路段的融冰雪的需要。由于受能量来源的限制，利用土壤源热泵技术的融冰雪技术正逐步成为研究热点。
土壤源热泵融冰雪技术是在路（桥）面内埋置热管，利用土壤源热泵，经地下换热器从地下提取热土壤中的低位热能，经热泵提升后，通过水泵把温度较高的流体输送到路（桥）面内的排管里面。高温热流体在排管内流动时，把热量通过对流换热方式，传入路（桥）面。当路（桥）面的温度达到0℃以上时，其表面上的冰雪就会融化，从而达到融雪化冰的目的。
该项技术在瑞士、芬兰等欧美发达国家开展较早，但由于受管线铺设技术等限制，目前还处在试验研究阶段。2007年，通过国家“十一五”科技支撑项目“环保型道路建设与维护技术”，哈尔滨工业大学开展了土壤源热泵融冰雪技术的研究工作，并已取得阶段性成果。
总的来说，目前国际上在除雪剂（特别是盐类除雪剂）使用、反结冰技术、机械除雪配套技术等方面，已经基本形成了一整套成熟做法。由于盐类除雪剂对环境、土壤、结构构造物等存在危害，因此，合理选用环保型除雪剂、开发主动除雪融冰技术等方面成为研究的热门课题。我国在主动除雪技术方面的研究尚未起步，在被动除冰雪技术方面还缺乏具有指导意义的规范性成果，如化学除雪剂的用量和撒布时机并不明确，反结冰技术的研究尚属空白，机械除雪组织受除雪机械配备不到位的影响还不规范，在防滑技术方面也缺乏系统的研究。此次雪灾也为我们加强相关研究敲响了警钟。
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