一种沥青路面自融雪系统的制作方法

本实用新型涉及公路工程沥青路面领域，具体涉及一种沥青路面自融雪系统。

背景技术：

随着我国公路事业的快速发展，高速公路已经逐步延伸到高原山区甚至是西部高寒高海拔地区，道路桥隧比例大幅提高。由于高寒高海拔地区温差大，常出现降雪结冰天气，桥面铺装层常出现积雪凝冰，导致汽车轮胎与铺装层之间的摩擦系数及附着力急剧下降，制动距离延长，汽车易出现侧滑，甚至侧翻，引起刹车失灵、方向失控，造成惨重的交通事故。此外，高寒高海拔地区无线信号接收能力差，无法及时给过往司乘人员提供有效道路预警信息。

为了保障行车安全和道路畅通，在冰雪季节交管部门不得不采取一定的措施改善道路的行车环境，提高行车安全，如：限速、安装防滑链条、撒布融雪剂、关闭交通等等。目前，国内外路用除冰雪技术主要有：人工或机械除雪、撒布融雪剂、电热融雪除冰、太阳能融雪除冰。

针对高寒山区道路通行安全问题，尤其是冰雪季节桥面铺装层积雪凝冰隐患，道路工程界在不断探索，其中在铺装层设置融雪抑冰材料或结构引起高度关注，开发新型环保、低碳融雪材料具有重要的现实意义。

煤气化过程实质是将难以加工处理、难以脱除无用组分的固体煤，转化为易于净化、易于应用的气体过程。煤气化技术虽然大大提高了煤炭的利用效率，减少了污染物的排放量，但是气化后产生的废渣也对生态环境有着一定的负面影响。气化炉渣和燃煤蒸汽锅炉排放的锅炉炉渣、飞灰等固体废弃物需通过掩埋等方式进行处理，严重影响人们的居住环境与身心健康。煤气化废渣是一种自然资源，如何妥善地回收和处理煤气化废渣已成为提高资源利用率和治理环境污染的关键问题。

此外，随着我国低轨卫星技术持续迈进，移动互联网在海洋、山区将逐步普及，覆盖率将大为增长。因此本实用新型利用现代通讯技术，服务于交通安全，不仅拓展了煤气化细渣的应用范围，而且践行了绿色交通、智慧交通、平安交通新发展理念。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种沥青路面自融雪系统，该自融雪系统包含导电型沥青混合料铺设的沥青路面，利用光伏发电系统作为电源，基于移动互联网、传感器等信息技术，建立交通安全预警机制，在特殊气候环境下，实现沥青路面自动融雪抑冰功能，提高过往车辆在桥面上的行车安全，特别适用于高寒山区公路桥面铺装层。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。

一种沥青路面自融雪系统，包括：沥青路面，设置在所述沥青路面之下的第一电极板、第二电极板、开闭路执行器和温度传感器，以及设置在沥青路面外部的远程监测控制器和光电转换器；所述沥青路面包含导电型沥青混合料；所述温度传感器用于获取沥青路面的实时温度，并将所述实时温度发送至远程监测控制器的控制输入端；所述远程监测控制器用于根据所述实时温度控制所述开闭路执行器的断开与闭合；所述第一电极板、所述开闭路执行器、所述光电转换器、所述第二电极板以及所述沥青路面顺次组成一个融雪电回路。

具体的，所述开闭路执行器为远程控制开关或者微波感应开关。

具体的，当所述温度传感器发送的实时温度小于或者等于零摄氏度时，所述远程监测控制器用于控制所述开闭路执行器闭合，所述融雪电回路工作；当所述温度传感器发送的实时温度大于零摄氏度时，所述远程监测控制器用于控制所述开闭路执行器断开，所述融雪电回路不工作。

具体的，所述光电转换器包含并联的太阳能电池板和光伏储能器；所述太阳能电池板用于将太阳能转换为电能；当所述融雪电回路工作时，所述太阳能电池板用于采用产生的电能向所述第一电极板和所述第二电极板供电，使得所述第一电极板和第二电极板发热融雪；当所述融雪电回路不工作时，所述太阳能电池板用于将产生的电能存储于所述光伏储能器。

具体的，所述沥青路面自融雪系统还包括：低轨卫星和Internet控制终端，所述低轨卫星、所述Internet控制终端以及所述远程监测控制器组成移动通讯网络。

具体的，所述远程监测控制器用于将获取的实时温度通过所述低轨卫星发送至Internet控制终端，所述Internet控制终端用于将所述实时温度发送给通过所述沥青路面的司乘人员所携带的移动终端。

具体的，所述导电型沥青混合料，包括以下原料：煤气化细渣、石料和沥青；所述石料包含0～3mm石屑、3～5mm石屑、5～10mm石屑和10～15mm石屑；所述原料的用量为：煤气化细渣6％～24％、0～3mm石屑8％～32％、3～5mm石屑10～12％、5～10mm石屑34～36％、10～15mm石屑18～20％，所述沥青与所述石料的质量比为(4.8～6.6)：1。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1)绿色环保、安全型桥面铺装层

桥面铺装层的电源、基于无线网络的沥青路面自融雪系统的电源均来自太阳能，特别适合于电源稀少的偏远山区及高寒高海拔地区，充分利用煤气化细渣材料，使煤气化细渣资源化利用，将原本煤气化所产生的废渣作为沥青混合料的原材料，节约成本、绿色环保。在冰雪气候环境下，抑制特殊地区桥面中的沥青路面与冰雪的冻结，改善路面行车安全状况，造就了环保型安全桥面。

2)融合低轨卫星与移动互联网技术的交通安全预警机制

在车辆运行过程中，此沥青路面自融雪系统能够及时获取铺装层温度信息和智能化融雪抑冰。当桥面层存在冰雪冻结时(气温降至零度以下时)，远程监测控制器将获取的温度信息通过低轨卫星发送至Internet控制终端，Internet控制终端调控远程监测控制器使融雪电路闭合，实现桥面铺装层自融雪抑冰功能，提高过往车辆在桥面上的行车安全。Internet控制终端调也可将获取的实时温度信息通过移动互联网通讯平台发送至沥青路面上过往司乘人员携带的移动终端，如手机等，使司乘人员合理控制车速及通行方案，达到交通安全预警作用。

3)导电型沥青混合料胶结强度高

原煤中大多种类的官能团结构部分分解，而稳定的醚结构、含氧杂环结构和羟基结构仅有小部分分解，同时新生成了酚醛结构、碳酸盐矿物质以及杂环芳香族化合物、酸酐等较稳定的含氧基团，这些杂环极性芳香族化合物可与沥青组分吸附、相容，与沥青的胶结性能好，提升沥青混合料胶结强度，改善导电型沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性等路用性能。

4)导电型沥青混合料导电性能好

煤气化细渣中主要组成元素为C、O、Si、Al、Ca、Fe，是构成细渣中层状石墨、多孔疏松铝硅酸钙、球状二氧化硅等矿物相的基本元素，与原煤的矿物组成有关。细渣中存在大量的石墨基残碳和金属元素，两者含量接近细渣的50％，使导电型沥青混合料的电阻率大为下降，路面导电性能大幅提升。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

图1为本实用新型一种实施例的沥青路面自融雪系统的结构示意图一；

图2为本实用新型一种实施例的沥青路面自融雪系统的结构示意图二；

图3为本实用新型一种实施例的沥青路面自融雪系统的结构示意图三。

以上图中：1沥青路面；2第一电极板；3第二电极板；4开闭路执行器；5温度传感器；6远程监测控制器；7太阳能电池板；8光伏储能器；9湿度传感器；10低轨卫星；11Internet控制终端。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。

实施例1

一种导电型沥青混合料，包括以下用量的原料：煤气化细渣6％、0～3mm石屑26％、3～5mm石屑12％、5～10mm石屑36％、10～15mm石屑20％，沥青与石料的质量比为5.2：1。

上述导电型沥青混合料的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤1，将煤气化细渣和石料放入烘箱中加热至182.5℃并保持恒温，得预热后的煤气化细渣和石料，备用；

步骤2，将沥青放入烘箱中加热至165℃并保持恒温，得预热后的沥青，备用；

步骤3，将拌锅加热至182.5℃，加入预热后的煤气化细渣和石料，干拌120秒，加入预热后的沥青，干拌120秒，即得。

实施例2

一种导电型沥青混合料，包括以下用量的原料：煤气化细渣12％、0～3mm石屑20％、3～5mm石屑12％、5～10mm石屑36％、10～15mm石屑20％，沥青与石料的质量比为5.6：1。

上述导电型沥青混合料的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤1，将煤气化细渣和石料放入烘箱中加热至180℃并保持恒温，得预热后的煤气化细渣和石料，备用；

步骤2，将沥青放入烘箱中加热至170℃并保持恒温，得预热后的沥青，备用；

步骤3，将拌锅加热至180℃，加入预热后的煤气化细渣和石料，干拌120秒，加入预热后的沥青，干拌120秒，即得。

实施例3

一种导电型沥青混合料，包括以下用量的原料：煤气化细渣18％、0～3mm石屑14％、3～5mm石屑12％、5～10mm石屑36％、10～15mm石屑20％，沥青与石料的质量比为6.0：1。

上述导电型沥青混合料的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤1，将煤气化细渣和石料放入烘箱中加热至185℃并保持恒温，得预热后的煤气化细渣和石料，备用；

步骤2，将沥青放入烘箱中加热至160℃并保持恒温，得预热后的沥青，备用；

步骤3，将拌锅加热至185℃，加入预热后的煤气化细渣和石料，干拌120秒，加入预热后的沥青，干拌120秒，即得。

实施例4

一种导电型沥青混合料，包括以下用量的原料：煤气化细渣24％、0～3mm石屑8％、3～5mm石屑12％、5～10mm石屑36％、10～15mm石屑20％，沥青与石料的质量比为6.0：1。

上述导电型沥青混合料的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤1，将煤气化细渣和石料放入烘箱中加热至180℃并保持恒温，得预热后的煤气化细渣和石料，备用；

步骤2，将沥青放入烘箱中加热至160℃并保持恒温，得预热后的沥青，备用；

步骤3，将拌锅加热至185℃，加入预热后的煤气化细渣和石料，干拌120秒，加入预热后的沥青，干拌120秒，即得。

实施例5

一种导电型沥青混合料，包括以下用量的原料：煤气化细渣6％、0～3mm石屑26％、3～5mm石屑12％、5～10mm石屑36％、10～15mm石屑20％，沥青与石料的质量比为4.8：1。

上述导电型沥青混合料的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤1，将煤气化细渣和石料放入烘箱中加热至185℃并保持恒温，得预热后的煤气化细渣和石料，备用；

步骤2，将沥青放入烘箱中加热至165℃并保持恒温，得预热后的沥青，备用；

步骤3，将拌锅加热至185℃，加入预热后的煤气化细渣和石料，干拌120秒，加入预热后的沥青，干拌120秒，即得。

实施例6

一种导电型沥青混合料，包括以下用量的原料：煤气化细渣10％、0～3mm石屑26％、3～5mm石屑10％、5～10mm石屑36％、10～15mm石屑18％，沥青与石料的质量比为4.8：1。

上述导电型沥青混合料的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤1，将煤气化细渣和石料放入烘箱中加热至180℃并保持恒温，得预热后的煤气化细渣和石料，备用；

步骤2，将沥青放入烘箱中加热至160℃并保持恒温，得预热后的沥青，备用；

步骤3，将拌锅加热至185℃，加入预热后的煤气化细渣和石料，干拌120秒，加入预热后的沥青，干拌120秒，即得。

实施例7

一种导电型沥青混合料，包括以下用量的原料：煤气化细渣6％、0～3mm石屑28％、3～5mm石屑12％、5～10mm石屑34％、10～15mm石屑20％，沥青与石料的质量比为5.7：1。

上述导电型沥青混合料的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤1，将煤气化细渣和石料放入烘箱中加热至183℃并保持恒温，得预热后的煤气化细渣和石料，备用；

步骤2，将沥青放入烘箱中加热至165℃并保持恒温，得预热后的沥青，备用；

步骤3，将拌锅加热至183℃，加入预热后的煤气化细渣和石料，干拌120秒，加入预热后的沥青，干拌120秒，即得。

实施例8

一种导电型沥青混合料，包括以下用量的原料：煤气化细渣9％、0～3mm石屑26％、3～5mm石屑11％、5～10mm石屑35％、10～15mm石屑19％，沥青与石料的质量比为6.6：1。

上述导电型沥青混合料的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤1，将煤气化细渣和石料放入烘箱中加热至180℃并保持恒温，得预热后的煤气化细渣和石料，备用；

步骤2，将沥青放入烘箱中加热至160℃并保持恒温，得预热后的沥青，备用；

步骤3，将拌锅加热至185℃，加入预热后的煤气化细渣和石料，干拌120秒，加入预热后的沥青，干拌120秒，即得。

实施例9

一种导电型沥青混合料，包括以下用量的原料：煤气化细渣12％、0～3mm石屑23％、3～5mm石屑10％、5～10mm石屑35％、10～15mm石屑20％，沥青与石料的质量比为5.2：1。

上述导电型沥青混合料的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤1，将煤气化细渣和石料放入烘箱中加热至180℃并保持恒温，得预热后的煤气化细渣和石料，备用；

步骤2，将沥青放入烘箱中加热至160℃并保持恒温，得预热后的沥青，备用；

步骤3，将拌锅加热至185℃，加入预热后的煤气化细渣和石料，干拌120秒，加入预热后的沥青，干拌120秒，即得。

对比例1

一种沥青混合料，包括以下用量的原料：石料包含0～3mm石屑32％、3～5mm石屑12％、5～10mm石屑36％和10～15mm石屑20％，沥青与石料的质量比为4.8：1。

上述沥青混合料的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤1，将石料放入烘箱中加热至180℃并保持恒温，得预热后的石料，备用；

步骤2，将沥青放入烘箱中加热至160℃并保持恒温，得预热后的沥青，备用；

步骤3，将拌锅加热至185℃，加入预热后的石料，干拌120秒，加入预热后的沥青，干拌120秒，即得。

以上实施例1-9所得的导电型沥青混合料中，由于煤气化细渣的粒径接近于部分细集料和矿粉，因此可利用煤气化细渣替代部分细集料和矿粉。实施例1-9所得的导电型沥青混合料和对比例1所得的沥青混合料的制备方法参考JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的方法。

参考《JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程》对实施例1-4所得的导电型沥青混合料和对比例1所得的沥青混合料的马歇尔稳定度、动稳定度、低温弯拉应变、电阻率分别进行测试，其中，马歇尔稳定度参考T0709-2011，动稳定度参考T0719-2011，低温弯拉应变参考T0715-2011，电阻率由万能表测得，具体试验结果如表1所示。

表1沥青混合料性能比较

由表1可知，实施例1-4的马歇尔稳定度、动稳定度、低温弯拉应变均高于对比例1的马歇尔稳定度、动稳定度、低温弯拉应变，表明本实用新型的导电型沥青混合料中掺加的煤气化细渣能够有效提高导电型沥青混合料的高温稳定性、抗高温抗车辙能力和低温抗裂性能。实施例1-4的电阻率低于对比例1的电阻率，表明本实用新型的导电型沥青混合料中掺加的煤气化细渣可有效提高沥青混合料的导电率。实施例1-4的低温弯拉应变先增加后减少，表明导电型沥青混合料的低温弯拉应变在一定的范围内，适量的煤气化细渣有助于提高路面的低温抗裂性能。

煤炭经过气化后，残留大量的废渣，分为细渣与粗渣。煤气化细渣中主要组成元素为C、O、Si、Al、Ca、Fe，包括石墨基残碳、多孔疏松铝硅酸钙、球状二氧化硅、极性官能团高分子材料等矿物相。一方面，原煤中大多种类的官能团结构部分分解，而稳定的醚结构、含氧杂环结构和羟基结构仅有小部分分解，同时新生成了酚醛结构、碳酸盐矿物质以及杂环芳香族化合物、酸酐等较稳定的含氧基团，这些杂环极性芳香族化合物可与沥青组分吸附、相容，与沥青的胶结性能较好，提高沥青混合料胶结强度，改善沥青混合料高温稳定性和低温抗裂性等路用性能；另一方面，细渣中存在大量的石墨基残碳和金属元素，两者含量接近细渣的50％，掺入沥青混合料中可使其导电性能大幅提升，进而提高路面的导电性。

实施例8

本实用新型还提出了一种沥青路面自融雪系统，参考图1，为本实用新型的沥青路面自融雪系统的结构示意图。利用本实用新型的导电型沥青混合料铺设沥青路面1，在沥青路面1中植入的第一电极板2、第二电极板3、开闭路执行器4和温度传感器5，远程监测控制器6和光电转换器设置在沥青路面1外部。第一电极板2和第二电极板3均为铜网。温度传感器5用于获取沥青路面1的实时温度，并将实时温度发送至远程监测控制器6的控制输入端；远程监测控制器6用于根据实时温度控制开闭路执行器4的断开与闭合；第一电极板2、开闭路执行器4、光电转换器、第二电极板3以及沥青路面1顺次组成一个融雪电回路。

所述开闭路执行器4为远程控制开关或者微波感应开关。

在以上实施例中，当温度传感器5发送的实时温度小于或者等于零摄氏度时，远程监测控制器6用于控制开闭路执行器4闭合，融雪电回路工作，光电转换器将光能转换为电能，电流通过导线传送至第一电极板2和第二电极板3，由于沥青路面1中的组分中含有导电型沥青混合料，并且第一电极板2和第二电极板3均具有良好的导电性能，因此根据电能的发热原理，沥青路面1中的导电材料会散发热量，从而能够对沥青路面1上的冰雪进行加热，实现沥青路面1的自动融雪抑冰功能。当温度传感器5发送的实时温度大于零摄氏度时，远程监测控制器6用于控制开闭路执行器4断开，融雪电回路不工作。

光电转换器包含并联的太阳能电池板7和光伏储能器8；太阳能电池板7处在未遮挡的位置，用于接收太阳照射，并将太阳能转换为电能；当融雪电回路工作时，太阳能电池板7采用产生的电能向第一电极板2和第二电极板3供电，使得第一电极板2和第二电极板3发热融雪；当融雪电回路不工作时，太阳能电池板7用于将产生的电能存储于光伏储能器8。

如图2所示，本实用新型沥青路面自融雪系统还包括湿度传感器9，所述远程监测控制器6上还设置有第二控制输入端，所述湿度传感器9用于获取沥青路面1的实时湿度，并将所述实时湿度发送至所述远程监测控制器6，所述远程监测控制器6用于判断沥青路面1是否结冰，当沥青路面1的实时湿度变化范围较小时并结合温度传感器5获取的沥青路面1的实时温度信息为小于或等于零摄氏度时，即可判定沥青路面1为固态，即结冰状态；当沥青路面1的实时湿度变化范围较大时并结合温度传感器5获取的沥青路面1的实时温度信息大于零摄氏度时即可判定沥青路面1为液态，即非结冰状态；沥青路面1的实时湿度变化剧烈时，说明沥青路面1渗水较严重，不利于沥青路面1的耐久性。

如图3所示，本实用新型的沥青路面自融雪系统还包括：低轨卫星10和Internet控制终端11，所述低轨卫星10、所述Internet控制终端11以及所述远程监测控制器6组成移动通讯网络。所述远程监测控制器用于将获取的实时温度通过所述低轨卫星10发送至Internet控制终端11，所述Internet控制终端11用于将所述实时温度发送给通过所述沥青路面的司乘人员所携带的移动终端。

本实用新型的沥青路面自融雪系统主要用于高原、高寒地区桥面铺装层的沥青路面，利用煤气化细渣的导电性，提高桥面铺装层的可导电性能，设置合理的导电桥面铺装层结构，根据光—电—热转换原理改善桥面结构的温度梯度和路面服役温度，进而实现绿色环保的生态型桥面铺装层，延长桥面使用寿命，并在冰冻季节，实现融雪化冰的功能。此外，该材料中掺加的煤气化细渣化学性质较稳定，不溶于沥青或与沥青发生剧烈反应，具有较好的耐久性。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。