[发明专利]碳纳米纤维纸导热混凝土自升温融雪化冰路面

说明书

所属领域

本发明涉及一种基于高效电热特性材料开发的道路融雪化冰技术，即由碳纳米纤维纸高效热源、氮化铝/环氧基绝缘封装层、碳纳米纤维/水泥基高导热层、智能传感控制系统以及直流给能系统集成的高效路面自升温融雪化冰系统。

背景技术

冬季寒冷地区大面积频繁的降雪结冰，不仅严重阻碍了民用交通设施通畅，给人民生命财产安全带来了严重威胁；甚至严重影响机场跑道等国防重要基础设施的正常运营，是非常时期国防安全建设潜在的隐患。官方统计资料显示每年道路冰雪将导致10％～15％的交通事故，造成巨额的经济损失。传统的路面融雪除冰技术：

(1)机械法滞后、效率低，地缘限制严重，覆盖面小。

(2)化学物除冰方法不仅导致环境污染、土壤盐碱化；同时盐类中含有的氯离子等成分渗入路面结晶膨胀，造成路面混凝土的微观裂纹的发展、钢筋大量锈蚀、路面混凝土的剥离和扬沙起尘等恶性循环。

目前的融雪化冰技术：

(1)基于天然热水井供能的热水加热融雪装置由于功能地缘限制、自动控制系统失灵和PVC管渗漏等原因无法安全正常投入实用。

(2)采用地热、喷洒醋酸钾溶液以及钢纤维混凝土导电发热的方式融雪化冰，由于地热供能热源设备复杂、设备与路面基体间的结合难、喷涂化学物 需大量人工和经济费用、导电混凝土钢纤维锈蚀导致电阻累积性增加、现场110V电压供能实用危险电等诸多不利因素，这种一系列技术方案未能广泛投入实际的融雪化冰应用。

(3)基于碳纤维混凝土导电发热机理的融雪化冰技术，虽然通过碳纤维改性的混凝土导电性有很大的改善，但在要求材料强度和导电性平衡的前提下，制备的导电混凝土无法成为高效的电热导体，这样在实际的应用中要产生预期的热量，必然以耗费电能或者通电时间为代价。在能源十分紧缺的中国，以实用、经济为前提，这种方案虽然在实验和理论上给予了深刻的研究，但终究无法大面积长久的应用。

鉴于诸多传统方法的不足和现有技术的缺陷，为了保障国民基础设施通畅、国防基础设施正常运营以及人民生命财产安全，研究安全、经济、高效、实用的道路融冰技术具有非常重要的意义。

发明内容

基于碳纳米材料优良高效的电热特性，本专利提供了一种路面融雪化冰系统。该系统由碳纳米纤维纸导热混凝土路面结构层、直流给能系统以及智能控制系统组成。从能源角度有效利用了便捷的电网给能；从构造的角度整个体系各单元独立封装、统一集成。不仅安全可靠、控制方便、操作简捷，而且不受地域时间限制，真正实现了集安全、经济、高效、实用为一体的道路融雪化冰系统。

本发明专利的技术方案如下：

一种碳纳米纤维纸导热混凝土路面自升温融雪化冰路面，依据功能分为碳纳米纤维纸导热混凝土路面结构、直流给能系统以及智能控制系统三部分。其中路面结构层作为系统的核心部分构造次序从下到上依次为环氧树脂绝热基 层、碳纳米纤维纸热源、氮化铝/环氧基导热绝缘封装层、碳纳米纤维/水泥基高热层四部分构造集成，其特征是：

所述的环氧树脂绝热层是为了保证热源产生的热流以最高的效率应用于路面冰雪融化，同时满足热源向下绝缘的要求，在碳纳米纤维纸热源与道路基层之间需要设定环氧树脂绝缘层，保证热流最大限度的向上传递。

所述的氮化铝/环氧基绝缘封装材料是采用具有优良的导热性能和良好的机械性能氮化铝/环氧树脂基复合材料，实现热源材料绝缘封装和横向拉应力保护需要。

所述的碳纳米纤维纸高效热源具有高效的电导和电热特性，以面热源形式为融雪化冰系统提供高效稳定的热流输入，由氮化铝/环氧基绝缘封装后制备成卷材状，直接在环氧树脂绝缘基层上铺设使用。

所述的碳纳米纤维/水泥基导热层是由碳纳米纤维改性的具有高导热特性的水泥基复合材料制备，他不仅具有传统路面材料所要求的机械强度要求，同时在改性的基础上大大提高了热传导性能。作为路面结构一部分嵌入工作，即满足路面构造要求，同时能够提高热的传到效率，保障热源安全、稳定、高效的工作。

所述的直流技能系统是用直流稳压设备将电网220V电压转化为可调幅输出的直流电流，通过控制系统控制输入相应的功率供给实现路面融雪化冰。

所述的智能控制系统是由外设传感设备(风速仪、热电偶、压力计等)、中心控制设备集成的系统融雪化冰控制系统，通过对传感设备采集的环境参数计算分析控制直流给能系统最优的输出功率，在实际的融雪过程中传感系统不断的反馈环境参数，控制中心不断地优化输出，以最经济和高效的方式实现路面融雪化冰。