一种融冰融雪系统及其应用方法与流程

本发明涉及路面，尤其涉及一种融冰融雪系统及其应用方法。

背景技术：

1、随着全球气候变暖的影响，极端天气事件愈发频繁，特别是在冬季，许多地区都面临着严重的冰雪灾害问题。冰雪不仅给人们的日常出行带来极大的不便，还对交通设施如道路、桥梁等构成了严重的威胁。传统的除冰融雪方法，如撒盐、除雪车等，虽然在一定程度上能够缓解冰雪对交通的影响，但存在效率低、成本高、对环境影响大等缺点。

2、为此，研究人员一直在寻求更为高效、环保的除冰融雪方案。中国专利公开号cn110468653b公开了一种石墨烯超薄导电磨耗层施工方法，其技术方案要点是施工准备，通电线缆架设，传感器埋设与安装，控制系统安装，在控制箱内安装控制系统，调平层铺设，铺筑隔热层，敷设石墨烯发热层，铺筑表面磨耗层，养护，施工完成之后进行养护，系统调试与检验，在系统全部安装完成后，进行系统调试，质量检验与验收，在有效强度形成并稳定后再开放交通，一般为铺筑后30小时。这种石墨烯超薄导电磨耗层施工方法，具有快速除雪、降低腐蚀作用的优点。但该发明加热温度过高时存在损害通电线缆的问题，且能耗高，不具备智能节能的特点。

3、随着科技的不断进步和人们对环保意识的不断提高，电热智能路面除冰融雪系统将在未来的交通建设中发挥越来越重要的作用。中国专利公开号cn114657838b公开了一种柔性电子发热电缆的智能节能融雪路面及制作方法，解决了现有的技术方法中电缆会存在韧性不足并且电量损耗较大的技术问题，采用特殊的改性多壁碳纳米管制成柔性电缆，使电缆拥有较好的弯曲性、伸缩性、疏水性；配合图像融合、卡尔曼滤波、视觉检测等算法分析所得数据对电缆进行实时加热与功率调整，最低的加热耗能下清除道路积雪，该发明一方面采用特殊材料制成柔性电缆致使发热电缆的承受载荷能力以及耐车轮等疲劳荷载能力更强，保证了沥青内嵌电缆的耐久性，另一方面能够实现几近零干涉下通过视觉检测智能检测技术结合车轮碾压以及光照等实时工程背景致使道路零积雪。但该发明在融雪时不具备自限温保护电缆的功能，且图像融合、卡尔曼滤波、视觉检测等算法的应用需要配合服务器，成本较高。

技术实现思路

1、因此，针对上述的问题，本发明提供一种融冰融雪系统，解决现有的路面除雪融冰系统不具备自限温保护电缆的功能，且需要配合传感器和服务器，成本较高的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、一种融冰融雪系统，包括铺设在路基上的路面导热槽装置，所述路面导热槽装置包括导热槽主体，所述导热槽主体包括一对镜像对称设置型钢和盖缝板，一对所述型钢包括左型钢和右型钢，所述盖缝板连接所述左型钢和所述右型钢，一对所述型钢上端还设置有降噪板，一对所述型钢、所述盖缝板和所述降噪板围成容纳槽，所述容纳槽内部设有至少一个隔板，所述容纳槽内安装有发热带，所述发热带底部外侧设有第一弹性填充层，所述发热带顶部外侧设有第二弹性填充层，所述第二弹性填充层上设置有导热层，所述左型钢下端设有第一固锚装置，所述第一固锚装置包括第一垫块和至少一个第一锚固螺丝，所述右型钢的下端设有第二固锚装置，所述第二固锚装置包括第二垫块和至少一个第二锚固螺丝，所述第一锚固螺丝贯穿第一垫块和所述左型钢下端，所述第二锚固螺丝贯穿第二垫块和所述右型钢下端；所述发热带包括由内至外依次设置的金属导体线芯、自限温石墨烯导电层、金属丝网屏蔽层、隔离层、护套层，所述自限温石墨烯导电层和金属丝网屏蔽层之间设有绝缘填充材料；所述自限温石墨烯导电层包括导电银浆层和自限温石墨烯层，所述导电银浆层靠近金属导体线芯设置，所述护套层的外壁上设置有纳米防水涂层，所述自限温石墨烯导电层外层包覆有阻燃层；所述自限温石墨烯导电层包括以下重量份的原料：5-10重量份导电粒子、70-90重量份高分子基ptc自限温材料、10-20重量份阳离子型纳米纤维素以及20-30重量份溶剂；所述第一弹性填充层由漂珠和聚氨酯弹性混凝土混合而成；所述第二弹性填充层由高导热材料和聚氨酯弹性混凝土混合而成。

4、进一步的，所述高分子基ptc自限温材料包括骨架支撑材料和控温材料；所述骨架支撑材料和所述控温材料所的重量比为1:2.5-1:4；所述骨架支撑材料为乙烯-醋酸乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯以及线型低密度聚乙烯中的一种或以等比例混合的几种；所述控温材料为丙烯酸树脂、聚环氧乙烷、正二十四烷、月桂酸、聚对苯二甲酸己二醇酯以及聚偏二乙烯中的任意一种。

5、进一步的，所述导电粒子为乙炔炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管以及碳纤维中的任意一种；所述溶剂为石油醚或丙酮；所述漂珠和聚氨酯弹性混凝土的重量比为1:10-1:12；所述高导热材料和聚氨酯弹性混凝土的重量比为1:4-1:7。

6、进一步的，所述聚氨酯弹性混凝土包括以下重量份的原料：5-8重量份的聚氨酯弹性材料、10-15重量份的水泥、70-80重量份的混合骨料以及10-25重量份的除水剂；所述聚氨酯弹性材料的结构通式如式（1）：

7、 （1）

8、式中：r1为端基至少含2个羟基的醚链低聚物，r2为异氰酸酯基数为3-6的低聚异氰酸酯。

9、进一步的，所述高导热材料为石墨、炭黑以及碳纤维中的任意一种或两种以上任意比例混合的混合物。

10、进一步的，所述金属导体线芯为若干根铜丝组成；所述金属丝网屏蔽层的原料为铜丝，由经纬平纹编织形成；所述隔离层的原料为紫外光交联聚乙烯；所述护套层的原料为聚氨酯。

11、进一步的，所述水泥为p.o 42.5普通硅酸盐水泥；所述混合骨料包括：5-30重量份的ac-5砂粒式混凝土、5-35重量份的ac-10以及5-25重量份的ac-13细粒式混凝土；所述混合骨料的粒径为0.1mm-15mm；所述除水剂为5a分子筛活化粉末；所述除水剂的粒径为2mm-4mm。

12、一种融冰融雪系统的应用方法，包括以下步骤：

13、s1、通过绞线装置将若干根铜丝绞制成为金属导体线芯，在金属导体线芯外包覆制备好的自限温石墨烯导电层，用耐火云母将两条外层包覆自限温石墨烯导电层的金属导体线芯缠绕形成阻燃层，填入绝缘填充材料，包覆金属丝网屏蔽层、隔离层、护套层，获得发热带；

14、s2、在路基上铺设路面导热槽，将漂珠和聚氨酯弹性混凝土混合均匀，获得第一混合物，将所述第一混合物填充至路面导热槽底部，获得第一弹性填充层，并立即将上述发热带安装至路面导热槽内，将高导热材料和聚氨酯弹性混凝土混合均匀，获得第二混合物，将所述第二混合物填充至上述发热带顶部外侧，获得第二弹性填充层，安装导热层和降噪板。

15、进一步的，所述自限温石墨烯导电层的制备过程为：

16、a、导电粒子分散液的制备：按重量份称取导电粒子和溶剂，搅拌混合均匀后静置24h-36h，过滤，用去离子水洗涤3次-5次，进行减压蒸馏后烘干，再加入2-5重量份的聚乙烯吡咯酮和2-5重量份的1-甲基-2吡咯酮，搅拌混合均匀，进行水浴超声，获得导电粒子分散液；

17、b、将上述导电粒子分散液与阳离子型纳米纤维素进行搅拌混合均匀，水浴超声处理后倒入聚四氟乙烯滤膜的布氏漏斗中，进行抽滤，烘干，获得固体混合物；

18、c、高分子基ptc自限温材料的制备：按重量份称取骨架支撑材料和控温材料，加入20-30重量份的二甲苯溶液，加热至60℃-80℃搅拌混合均匀，进行均质分散处理，获得混合溶液；

19、d、将经步骤b处理的固体混合物加入经步骤c获得的混合溶液中，继续在60℃-80℃下搅拌均匀，再进行水浴超声处理，获得试样初成品；

20、e、将上述试样初成品放入模具中，压制后成膜后进行两次热处理，获得所述自限温石墨烯导电层。

21、进一步的，所述聚氨酯弹性混凝土的制备过程为：

22、1）将水泥、混合骨料进行一次除水处理，密封保存，冷却至室温后备用；

23、2）将上述进行一次除水处理后的水泥、混合骨料及除水剂搅拌混合均匀，进行二次除水处理，获得混合物，密封保存，备用；

24、3）在140℃-160℃下，将聚氨酯弹性材料与上述经步骤2）获得的混合物进行充分搅拌，并进行高速均质处理，获得所述聚氨酯弹性混凝土。

25、通过采用前述技术方案，本发明的有益效果为：

26、以使用结晶度低的乙烯-醋酸乙烯共聚物作为骨架材料，熔点低且结构与乙烯-醋酸乙烯共聚物相似的有机酸晶体月桂酸作为居里温度点的控温材料，制备获得的自限温石墨烯导电层的居里温度约为60℃，在开始受到加热后具有较低的电阻，从而产生热量并将热量传递到路面上，由于路面的温度高于环境温度，实现路面的融冰除雪；当温度升高超过居里温度，自限温石墨烯导电层的加热功率因其电阻急剧增加而快速下降，从而将被控温度稳定在其居里温度附近，从而实现自限温功能，这种控温方式不需要安装防过热装置或额外的控制系统、服务器、传感器等，能够降低控温系统的复杂性和能耗，具有低成本、简单易行的优势；

27、发热带为扁型结构，能够增大与路面的接触面积，有利于热量的传递，提升融冰效率；护套层能够防止发热带遭受外部刺穿、汽车碾压等物理损伤，防止融冰时进水或腐蚀性液体等破坏；

28、路面导热槽的左型钢和右型钢之间留有缝隙，所述盖缝板连接左型钢和右型钢，使左型钢和右型钢之间沿宽度方向做水平伸缩，从而构成伸缩缝结构，避免导热槽主体受温度影响发生膨胀或收缩时产生应力和变形，从而避免导热槽结构的破坏；且由钢制成的导热槽结构能直接承受车轮荷载，具有一定的竖向刚度，具备跨度净空容量大和行驶平稳的优点；所述型钢上端设置有降噪板，所述降噪板能够有效的吸收车辆通行时产生的噪音，从而降低了噪音，避免了对周围居民造成影响；同时还具有隔离左右，避免石子、砂砾、灰尘等物质进入容纳槽内；

29、在发热带底部外侧设有第一弹性填充层，发热带顶部外侧设有第二弹性填充层，所述第一弹性填充层和第二弹性填充层为聚氨酯与混凝土的混合物，所述第一弹性填充层、所述第二弹性填充层与所述容纳槽内壁紧密连接，形成缓冲结构，能够减小车辆经过时产生的振动，避免与容纳槽内壁相互摩擦而造成发热带的破损，从而有效保护发热带；同时提高混凝土的强度、抗裂性能及抗压能力；第二弹性填充层上设置有导热层，所述导热层为高导热金属材质，能够将发热带产生的热量快速向上传递至路面，实现融冰除雪，使导热层与路面之间的热传递效率进一步提高，同时还可以增加导热层与路面之间的牢固性，使其能够承受较大的压力。