目前,我国城市除冰雪仍以化学除雪融冰和人工刨冰除雪为主。其中常用的除雪剂成分为氯化钠、氯化钙、氯化镁等氯盐类融雪剂。在主要公路上的除雪一般以化学除雪融冰和机械除雪为主,在使用融雪剂进行除雪的效果上也是事半功倍,与国外“预防除雪、即时除雪”的除雪理念和“反结冰”做法相比将多用掉几倍甚至十几倍的融雪剂,造成了严重环境污染和结构损坏。
在除雪机械方面,由于资金和认识不足等原因,我国目前各公路管理单位除雪机械储备相对不足,机械操作手严重短缺,已有机械老化、陈旧,功率低,且功能不够全而,灵活性相对较差,2008年的雪灾就暴露这一现实问题。
在物理除雪方而的研究起步相对较晚,口前的研究还处于起步状态,只局限于高校和科研院所的理论研究或者小规模型室内试验研究。如沈阳建筑大学、东北大学等高校对物理除雪技术进行了一定的基础研究,如对碳纤维混凝土、钢纤维混凝土和橡胶混凝土等导电路而材料的导电性能进行了初步研究。北京工业大学的李炎峰和哈尔滨工业大学均对电热路而桥梁除雪技术进行了一定的前期研究工作天津大学朱强、赵均和天津市政发展有限公司联合对太阳能土壤蓄热技术在公路除雪融冰中的应用进行了较为详细的理论研究。通过查阅大量国内文献资料可知:口前我国路而除雪融冰技术仍以人工除雪、化学除雪和机械除雪为主,而在除雪观念上还相对落后,对环境保护的意识还不够深入。在环保的物理除雪领域的研究刚刚起步,还只是处于以高校为主的理论研究和室内试验阶段。
其中微波除冰机械是物理除雪方式中非常有效的一种。通过分析,提出把冰层和路面结合处温度到达0℃所需的时间作为微波除冰效率的判定指标。运用仿真,得出5. 8 GHz磁控管能够提高微波除冰效率4~6倍,使用铁磁性材料加铺层能够提高除冰效率3~ 5倍,并通过试验验证了仿真结论的合理性。微波除冰未来的研究仍然应该集中在微波除冰效率的提高上,使用5. 8 GH z微波和能够满足路用性能的强吸收微波材料,能提高微波除冰效率,最终实现微波除冰的应用和推广。
单纯的机械法除冰速度多在0.82.15 km/h,无法兼顾提高除净率和防止损伤路面这两方面的要求,而单纯的热力法又无法解决成本、环境污染和噪音的问题。热力、机械复合除雪除冰方法结合这两种方法的优点,从计算结果中可看出,它能量消耗量显然会比单纯的热力法除冰少得多,并且除冰速度快,无需利用复杂的机构就能避免路面损伤,噪声小、成本低,在未来几年的发展中适合在高速公路和城市道路上使用。
本方法利用微波加热装置在除冰前适当提高冰层的温度,以求降低冰雪层的强度,减少机械铲刮的阻力,从而提高除净率和作业速度。同时在加热的过程中控制冰层的温度,使平均温度不超过0C0,冰层不至于融化,避免因为冰的融解而消耗较大的融解热量,从而减少能耗、降低成本。图2为热力机械复合除雪除冰设计简图,它由一个牵引车和由其拖动的半挂除冰车组成。除冰雪仍用机械方法,拖车前头带有根据先进型面设计的雪铲,它快速铲除并侧排积雪;半挂车装有除冰用的加热装置、强力钢丝滚刷和刮铲。雪铲铲除积雪.使冰雪层减薄后.再利用微波装置对冰雪层进行加热,降低冰雪层的抗切和抗压强度,进而利用钢丝刷和刮铲清除路面上遗留的较薄的冰雪层,借助强力钢丝刷和刮铲与前进方向成一定角度的设计,将刮下来的冰雪推向路边。
先进的雪铲分为四段,有白动避让装置及较强仿形能力,可最大限度地贴近地面。由公路除雪标准可知,在不损伤路面的前提下,雪铲可将高速公路和高等级公路的冰雪层厚度减至10一6 mm。冰雪层厚度减薄后,再利用微波加热装置来提高冰雪的平均温度,降低机械切削强度,有利于提高除净率,也可减少对除雪除冰刀具的损伤。如图3、4、5、6为几种微波除冰车简图。微波可以穿透冰层加热路面,使得贴近路面的冰融化,路面和冰层出现分离,消除了它们之间的结合力.这样,清冰就变得相对纯机械方式容易得多了。