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公路除雪及安全技术的研究-报告简本

“公路除雪及安全技术的研究”研究报告简本

公路除雪及安全技术的研究 报 告 简 本

一、项目立项背景
位于地球纬度 39℃以上近四分之一的面积地处寒冷地区,世有上 有俄罗斯、中国、日本、美国等近 30 余个国家的人们冬季要与冰雪相 伴(图 1、2) 。

纬度 39 度

图 1 地球的北半球

图 2 与冰雪相伴的人们

在我国的东北及西北地区的气温寒冷干燥,昼夜温差较大,降的 雪湿度小,发干,在过往车辆的作用下而形成压实雪、坚硬的冰或者 冰雪混合状(图 3-5) 。积雪、积冰等不利路面条件直接影响着汽车 行驶的安全,引发交通事故等,给人们的生命财产造成危害和损失。 据悉,仅去年冬季全国道路交通事故共造成 49528 人死亡,42%的道 路交通事故和 70%的冬季道路交通事故是由于恶劣天气下不良路面条 件而引起的。

图 3 压实雪路面

图 4 冰雪混合状路面

图 5 薄冰路面

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目前国内用于清除路面冰雪的方法主要是撒盐融雪 。 撒盐已使路面 破坏、环境污染。 总之,为了整治冰雪, 政府和公路部门每年都要投入大量人力、 物力、 财力,据调查显示,按降雪量为中雪,仅长春市清扫一场雪就造成近 100 多万元的损失。因此,为保障冬季道路安全、畅通,保护路面、 环境,研究现代化的除雪手段,开展此项目的研究是十分迫切和必要 的。

二、除雪剂的研究
(一)JS-01 型除雪剂 1、主要成分
JS-01 型除雪剂主要有蛋白质、降凝剂及缓蚀剂等材料组成。它 是利用粮食深加工过程中的副产品经科学配制加工而成。

2.主要特点及技术指标
a.环保无公害 JS-01 型除雪剂含有有机活性物质,可比盐的腐蚀性

降低十倍,因此它对动、植物无毒副作用,对车辆、路面无腐蚀和损 害,对环境无可见污染。 b.融冰雪速度快、能力强 JS-01 型除雪剂具有较低的冰点,最低达

-55℃,尤其在低温条件下仍能达到防冰、融雪的目的。 c.除雪经济 JS-01 型除雪剂价格虽高于盐,但该产品可用于雪前预

撒新的科学除雪养护方法,其用量仅为 30-50g/m2,同时可减少因用盐 给车辆、桥梁、道路及附属设施等带来的经济损失近 90%,因此可大 大减少冬季的养护费用,其综合成本将明显低于用盐除雪。 d.使用方便 JS-01 型除雪剂为略带粘稠的液体,其流动性好,便于

喷洒。喷洒设备可采用现有洒水车改装,也可用洗车喷枪进行喷洒, — 2 —

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且可长期存放,不宜变质。JS-01 型除雪剂可广泛适用于严寒地区的机场、 高等级公路、桥面、城市道路防冰融雪。

JS-01 型除雪剂主要技术指标
项目 外观 PH 比重(g/cm ) 冰点(℃)
3

指标 棕色略粘稠液体 3.5±0.5 1.19 - 55

项目 粘度 / Pa·s 对钢铁的腐蚀速率 闪点(℃) 化学需氧量 COD

指标 4.3 0.0032mg/m ·d 无闪点 0.9×10 mg/L
5 2

3. JS-01 型除雪剂的使用方法
(1)本产品为液体, 喷洒可根据喷洒面积来选择人工喷洒或机械喷 洒,应保证液体成雾状喷出; (2)使用方法:①雪前喷洒:即天气预报有霜冻、雪时,可预先在 路面上喷洒本液体,防止路面积薄冰,这种方法可节省对本产品的使 用量,效果较好;温度在-5~15℃时,施用剂量 30-50g/m2;温度低于 -15℃时,其施用量可适当增加。②雪后喷洒:将本品直接喷洒于雪、 霜、薄冰上,除雪剂即留在路面上,不会被风力、车辆等外界条件带 走,并借助过往车辆的车轮压、带、磨,加速冰雪融化速度,防止车 辆在此打滑。其参考用量如下表: JS-01 除雪剂的参考用量
温度( ℃) 路面状况 积雪厚度(<10mm ) 积雪厚度(10~25mm) -5~ -15 -15 ~ -25 -25 ~ -35

单位:g/m2

30~60 60~90

60~90 90~120

90~120 120~150

薄冰厚度(<10mm)

90~120 — 3 —

100~130

150~180

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(二) JS-02 型除雪剂
1.主要成分
JS-02 型除雪剂主要有蛋白质、有机酸、降凝剂及缓蚀剂等材料 组成。

2.主要技术特点
是一种浅棕色的略粘稠液体, 冰点为-30℃, 对金属的腐蚀性很小, 为盐的 1/8,对路面无损坏作用,对环境无可见污染,主要适用于一般 寒冷地区高速公路、城市道路、机场跑道的除雪防滑。其适用范围、 使用方法与 JS-01 相同,并可长期存放,不易变质,但使用前只需进 行搅拌均匀。 除雪剂 JS-02 的技术指标
项目 外观 PH(16℃) 比重(g/cm ) 冰点(℃)
3

指标 浅棕色略粘稠液体 3.5±0.5 1.21 - 30±1

项目 粘度 / Pa·s 对钢铁的腐蚀速率 闪点(℃) 化学需氧量 COD

指标 4.8 0.0062mg/m ·d 无闪点 0.8×10 mg/L
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(三)JS-03 除雪剂
1.主要成分
它是由粮食副产品的深加工过程产生的蛋白质、维生素、矿物质 及镁、钙等元素的化合物和相关的化学添加剂经过粉碎、混合、制粒、 干燥等程序加工合成。

2.主要技术特点
除雪剂 JS-03 是一种黄棕色颗粒状混合物。 易融于水, 溶解度 80% (W/V) 。溶解时吸热,易潮解,长期暴露空气中易结块,储存时应密 — 4 —

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封。该除雪剂对金属的腐蚀性小,其腐蚀速率为盐的十分之一,对沥 青、混凝土路面无损害,对环境无可见污染,对植物损坏性小,融冰 雪效果好,饱和溶液最低冰点温度可达到-30 度。可适用于较寒冷地区 的路面、桥梁、机场跑道的除雪化冰。储存:密封储存,防止吸潮, 有效期一年。 JS-03 除雪剂主要技术指标
项目 外观 PH(16℃) 比重(g/cm ) 冰点(℃)
3

指标 黄色颗粒 5.5±0.2 0.91 - 30±1

项目 粒度(mm) 对钢铁的腐蚀速率 溶解度(W/V) 化学需氧量 COD

指标 1-4 0.0038mg/m ·d 80% 0.95×10 mg/L
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3.使用方法
(1)干撒除雪剂融冰雪 主要雪后进行撒布,即直接将除雪剂颗粒手工或机械撒于冰雪路 面上,除雪剂比水的冰点低,使周围的冰雪融化,并随着过往车辆的 碾压与雪混合,融化的面积继而扩展延伸,提高了融雪效率。 JS-03 型除雪剂的使用参考剂量
温度( ℃) 路面状况 积雪厚度(<20mm ) 积雪厚度(20~30mm) 薄冰厚度(<20mm) -5~ -10 -10 ~ -15 -15 ~ -20

单位:g/m2

15~25 25~40 30~45

30~50 50-80 60~100

50~70 80-130 90-150

(2)将固体除雪剂稀释后喷洒 将除雪剂溶解于水中,一般配制浓度为 50%(W/V)的水溶液,可 在雪前喷洒,也可在雪后喷洒于冰雪面上,其使用剂量可参考除雪剂 — 5 —

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JS-01 的使用。 (四)除雪剂使用效果

除雪剂 JS-01 样品

除雪剂 JS-02 样品

除雪剂 JS-03 样品

除雪剂雪前使用效果 除雪剂雪前撒布的时机可在一开始降雪或者地面积雪厚 1cm 左右 进行撒布即可。 试验路段吉林至珲春高速公路吉江段,九站松花江大桥,水泥混 凝土路面。雪前喷洒,平均喷洒 50g/m2 左右,环境温度-21 ℃,小雪, 雪后观察,喷洒的路段基本露出路面,行车不滑(如图 1、2) 。

图 1 小雪雪前路面状况

图 2 雪后路面效果

试验地点长平高速公路连接线处,降雪量为中雪,按 60g/m2 剂量 喷洒,降雪时室外温度-16℃,雪后观察路面为松散积雪(如图 3、4) 。

图 3 中雪雪前路面状况

图 4 雪后路面效果

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试 验 路 段 吉 林 至 珲 春 高 速 公 路 吉 江 段 ,九 站 松 花 江 大 桥 , 水 泥 混 凝 土 路 面 。 雪 前 喷 洒 , 天气情况中到大雪,地面温度-18- -20℃,平均喷洒剂量为 80g/m2,雪后观测,路面积雪基本不粘于路面, 可便于机械清除(如图 5、6) 。

图 5 大雪雪前路面状况

图 6 雪后路面状况

除雪剂雪后施用效果 试验地点:市区内道路行车道(约 55 辆/小时) 天气情况;中雪 路面状况:地面上已有一层压实雪,厚度为 3 厘米左右。 地面温度:-12℃~-15℃ 喷洒剂量:60g/m
2

观测结果: 撒后 20 分钟, 地面的雪在过往车辆的碾压下变得松散, 40 分钟后松散的面积延长、扩大,一小时后路面的积雪被融化露出路 面(如图 7-12) 。

图 7 压实雪路面

9 撒上除雪剂后的路面

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图 7 路面为 3cm 压实雪 状态

图 8 撒布除雪剂后路面

图 9 撒布后的路面

图 10 20 分钟后路面状况

图 11 40 分钟后路面 图 12 1 小时后的路面状况

三、除雪剂喷洒设备研制
Ⅰ型喷洒设备 ? 主要技术参数 喷洒宽度 喷洒速度 喷洒剂量 载液罐容积 3~6m 20-~40km/h 50~150g/m2 4.5m3
Ⅰ型设备样机

? Ⅱ型机械喷洒设备 主要技术指标为: 喷洒宽度:3-5 米 喷洒速度:20-40km/h 喷洒指标:30-150g/m2 喷嘴数量: 13 个
Ⅱ型喷洒样机

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四、除雪机械优化选型及其技术要求
除冰、雪机械是用于清除道路积雪和结冰的专用设备,是降雪地 区各等级公路、城市道路、机场等养护部门必备的冬季养护机械。现 有除雪机械按照其工作装置主要有:犁式除雪设备、转子式螺旋抛雪 设备、螺旋式除雪设备、清扫式除雪设备、吹风式除雪设备、除冰设 备、融雪剂撒布设备、组合式除雪设备等。 上述机械设备各具不同的除雪工况,可视降雪量的大小,积雪的形态 选择机械的数量及组合。 1.降雪量为小雪:积雪厚度一般在 3cm 以下。若地面雪层疏松, 可采用扫雪机直接清扫即可,并将扫集的雪撒向路边绿化带中,若地 面雪层与地面粘结很牢,并经人踩车压雪厚度 1~2cm 左右,就应先撒 布除雪剂,因为推铲在作业时铲与地面的安全间隔就是 1cm 多,因此 雪铲根本无法使用。 2.降雪量为中雪:积雪厚度一般可达 5~20cm,可先用推雪车铲 薄,并将积雪运走或堆放绿化带都可,地面余下的雪撒布除雪剂,使 雪前自然融化后蒸发。 3.降雪量为大雪:积雪厚度一般可达 20cm 以上,此时应采用抛 雪机与运雪卡车联合作业,将雪装车运走,地面余下的雪层,可撒除 雪剂,使其融化、蒸发。 4. 冰层, 由于 3cm 以下除雪作业薄冰层可采用撒除雪剂进行融化, 较大量的积雪长时间得不到及时清除,在温差交替作用下形成 3cm 以 上的冰层,此时只能采用专门破冰机,依靠除冰轮齿对冰层的破碎压 力有效地除去冰层。 除雪机械需要的数量:n=S/V.B.T.10000 其中 S——除雪作业面积(m2) — 9 —

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V——除雪机械作业速度(km/h) T——规定的完成除雪时间(h) B——除雪机械的宽度(m) 除雪机械是保证除雪作业快速、高效、经济、安全的前提条件。 为了使各种类型除雪机械的性能不仅要能满足各等级公路的除雪速 度、宽度、除净率、环境温度的要求,而且要求它的工作装置具有一 定的刚度、强度,来保证除雪作业过程的安全,因此,需要对除雪机 械的整机、专业装置、加工、可靠性等方面提出相应的要求。

五、雪害路段安全技术的研究
通过对影响冬季道路安全的气候、路况、道路环境、车辆、管理 等因素的分析,得出雪害路段冬季安全管理及技术措施。 冬季道路安全管理措施: a、加强冬季公路安全行车的宣传教育; b、采取限速、控制流量的交通管制措施; c、进行重点预防,把好车辆检验关; d、加强路面巡逻,消除事故隐患; e、采取积极有效的方法清除路面冰雪。

冬季道路安全技术措施:
A、在事故易发路段完善安全设施 B、加强事故路段的整治措施 1、改造事故多发点段的道路交通环境; 2、在主要站口及途中增置可变信息板; 3、对中央分隔带护栏进行改造,修补破损的中央分隔带护栏; 4、对护网经常毁坏处进行改造; 5、改造指路标志,去掉易引起歧义的指路标志。 — 10 —

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C、加强冰雪路面及恶劣天气下公路交通安全管理

六、除雪对策的研究
为了提高除雪效率、节约公路的养护费用,改变以往被动除雪方 式 ,在学习借鉴国外经验的基础上,利用我们自行研制的除雪剂融冰雪 效果,进行防冰除雪技术的研究。 预报为小雪 路面温度-5~-15 ℃, 则需要进行雪前撒布, 一般在一开始下雪时 即可。其施用量一般 30~40g/m2,降落的雪基本被融化,在过往车辆 碾、压、磨的作用下,路面几乎无雪。小雪,温度在-20 ℃以下,施 用剂量可适当增加到 50g/m2,可保证路面防滑无积雪现象。 预报为中雪 气温在-5 ℃以上时, 降落在路面的雪在车辆的碾压下基本都融化; 若气温降到-5 度以下,剂量在 30~40 g/m2;气温在-5~-20 ℃,剂量 40~50 g/m2;若温度在-20 ℃以下,剂量可增加到 60 g/m2。 若预报为大雪(降雪量大于 10cm) 各管理处、段组织大规模除雪作业,气温在-5 度以上时,随着雪 量的不断增加,降落到地面的雪在过往车辆的碾压磨使路面的积雪湿 化加之路面上的泥土、灰尘等拌和在一起形成雪水泥浆的路面,此种 情况不宜喷洒除雪剂,待雪停后,采用带有橡胶刮板的除雪犁,将泥 浆彻底清理到路肩上去。若气温在-5—-20 ℃,剂量在 50-70 g/m2;若 温度在-20 ℃以下,剂量增加到 80 g/m2。这样都可防止雪与地面粘结 或接触的雪结冰,并便于机械清除.

七、效益分析
该项目研制开发出的环保型除雪剂的路用性能试验,从而提出的 除雪对策、机械优化选型、雪害路段安全技术措施,通过在冬季道路 — 11 —

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养护中的实际应用,效果良好,达到预期目的,其效益体现在直接经 济效益和间接社会效益两方面。

1.直接经济效益
1.1 减少盐害 本项目研制的除雪剂主要成分为蛋白质、有机酸、降凝剂及缓蚀 剂等组成,它所含有的有机活性物质,可有效抑制无机盐对金属材料 及路面腐蚀,不对车辆、桥梁、路面产生任何有害影响。 1.2 节约除雪费用 通过采用预撒该除雪剂防冰除雪于雪后撒盐被动除雪费用对比, 得出被动除雪每公里费用为防冰除雪每公里费用的 1.6 倍,防冰除雪 可比被动除雪节约除雪养护费近 40%。 1.3 减少冬季交通肇事 以营白二级公路 K200~K205 段 2004 年冬季试验为例,通过冬季 对雪害路段的除雪防滑的及时养护,产生的效果与不进行养护的情况 做一下费用对比表明:采取道路安全设施的养护技术可使交通事故下 降 88%,节约交通事故造成的经济损失 88%,

2.间接社会效益
应用该项目研制的除雪剂而采取的除雪技术、安全措施、除雪机 械优化选型可大大减少撒盐造成的路面、车辆、桥梁的破坏、环境污 染、高速公路关闭、交通事故等各项损失近千万,对提高道路的运输 效率,保障人民的财产、生命安全,将产生不可估量的巨大社会效益。

八、主要研究结论
1.通过大量的室内、外试验,得出了环保型除雪剂的配方,同时开发 研制出其系列产品,已获得国家发明专利,专利号为:ZL02109118.8, 填补了国内该型产品的空白; — 12 —

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2.利用相图较深入地分析了该除雪剂融化冰雪的机理; 3.通过室内试验测定、分析及路用性能试验观测,证明该除雪剂的综 合性能指标达到并优于国外除雪剂的水平; 4.较深入地探讨了该除雪剂对金属的腐蚀性小,对水泥混凝土路面浸 湿性小及对环境影响小。从理论和实践两方面分析、验证了该除雪剂 对车辆、路面及附属设施、环境等不会产生腐蚀和污染; 5.道路除雪剂的主要成份为粮食深加工过程中的副产品,有丰富的原 料来源,且价格低廉,对环境无毒副作用,而且变废为宝,减少环境 污染; 6. 本项目以解决防冰除雪技术的对策作为主要研究方向, 提出”公路 除雪对策及除雪技术指南“即雪前防范的新的科学除雪养护方法,与 传统被动除雪相比可节约冬季的除雪养护费用近 40%,虽然除雪剂的 价格高于盐,但其综合成本将明显低于用盐除雪; 7.通过对寒冷地区冬季道路的交通事故成因分析,提出“雪害路段安 全行车指南”; 8.提出 “除雪机械选型手册及除雪机械技术要求”,为公路养护部门 经济有效利用除雪机械、保证除雪质量、提高除雪效率提供可以借鉴 和参考的依据。 9.研制出使用于该除雪剂的喷洒设备,其设备结构简单,造价低,效 果好,其技术水平达到了国内领先。

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