隧道除冰涂層的研究

李娜

摘要：本文針對于冬季鐵路隧道拱頂因滲水所結冰柱過長而威脅接觸網設備安全問題，研究采用不沾冰涂料涂抹于拱頂，減少冰與基底附著力。當冰柱過長時，冰柱的重力大于冰柱基底的附著力而跌落，從而達到除冰目的。

關鍵詞：鐵路隧道;不沾冰涂料;除冰

1概述

我國已有約50000座鐵路隧道，由于隧道頂壁拱與拱之間存在縫隙，不同程度的漏水、滴水、滲水等現象是鐵路隧道普遍存在的一個問題，約占全路隧道的13。當冬季氣溫較低時，鐵路隧道內拱頂、側壁因滲水凝結成冰柱，當拱頂冰柱長度過長侵入到鐵路隧道中架設的高壓接觸網放電區域時，就會發生放電，造成牽引變電所跳閘斷電，中斷列車運行，嚴重時會燒斷承力索和接觸網設備，給鐵路供電安全和運輸安全帶來了極大的隱患和威脅。

2現有除冰方法的弊端

迄今為止，鐵路隧道除冰的主要方法是熱力融冰和人工打冰。熱力融冰方法是通過電熱帶將電能轉化為熱能，加上溫控裝置實現自動加熱溫控，通過升高溫度達到融冰效果。這種方法雖然能有效的消除冰柱，但由于隧道數目多、結冰點密度大，所需熱能的耗電量巨大而不經濟，因此目前的投入使用率并不高。人工打冰是現在絕大多數鐵路隧道除冰所采用的方法，除冰工人要用鐵鎬逐一打掉隧道頂部的冰柱。這種方法冬季每天作業數次，每次持續時間長，隧道拱頂高度高，隧道風力大，導致此方法工作難度大、環境惡劣、并伴有很大危險。因此，研制安全有效的除冰方式代替人工除冰具有較好的應用前景和實用意義。本文采用超疏水性不沾冰涂料降低襯墊表面與冰的粘結力的原理，可有效的解決隧道拱頂結冰問題。

3不沾冰涂料

3.1不沾冰涂料原理

水在固體物質表面結冰的原因是在較低溫度條件下，大氣中的水蒸汽被固體物質捕獲或者物質表面的有水停留，只要空氣溫度條件達到冰點，水結冰的現象便一定會發生。防止水結冰的方法一是升高水的溫度，二是在水中加入化學物質使混合物的冰點升高，三是減少水與固體物質表面的接觸面積和接觸時間。而前兩種方法在天然地下水達到冰點后都不能解決結冰的問題，故防結冰的有效方法是在水變成冰的結晶時間內，使水快速離開材料表面。

不沾冰涂料的原理并不是完全不覆冰，而是不易結冰和易于除冰。不易結冰是水分子在涂料表面呈圓球狀分布，減小水與固體物質的接觸面積，接觸面積的減少一方面使得水與固體物質之間的熱交換減少，二是使得水在固體表面不易附著更容易滑落。易于除冰是指與冰和基地固體物質之間的粘附力相比，冰與不沾冰涂料表面的粘附力大大降低，可使冰在自然力或者較小的機械外力作用下極易脫落。

3.2不沾冰涂料WearlonSuperF-1

本次研究所選取的超疏水性憎水不沾冰涂料為美國PlasticMaritimeCorporation生產的防冰涂料WearlonSuperF-1。2004年5月12日，在德國法蘭克福舉辦的12國汽車工程學會“未來的除冰技術”專業委員會的報告中，WearlonSuperF-1被認為是減少結冰的最佳非消耗資源型涂料。經研究表明，WearlonSuperF-1有極強的防冰性能，同時與水有著很高的接觸角，能夠有效阻止垂冰的積累變大，能充分減少冰、雪在其表面的粘附力便于使用和清理環保有優秀的表面防護能力，WearlonSuperF-1是環氧有機硅涂料，具有獨特的粘附性能，可廣泛應用于木材，混凝土，玻璃纖維，金屬制品，絕大多數塑料制品，包括環氧基材料制品，聚氨酯材料制品，醇酸樹脂材料制品等。WearlonSuperF-1在室溫即可干固，如果為達最好效果，在溫暖太陽下使用可以更快干固并得更堅硬表面。

3.3WearlonSuperF-1涂料的實驗測定

通過實驗室模擬低溫隧道涂抹WearlonSuperF-1涂料除冰的實驗測定，該涂料不僅能夠有效的去除隧道拱頂過長冰柱，并且能多數基底的使用壽命，使用常規設備就可以涂抹施工，單位面積用量少。快速干固后可具有防水、防沙土、防化學溶劑、防鹽、抗低溫和高溫的優良性能，有效解決了冬季鐵路隧道拱頂因滲水所結冰柱過長而威脅接觸網設備安全問題。

4結語

當前鐵路隧道拱頂冰柱去除的現有方法存在高能耗，難度大，除冰效果不佳等現實問題。而本文中選取的WearlonSuperF-1不沾冰涂料能有效減小水與基底的接觸時間以及冰與基底的粘附力，通過冰柱的重力大于冰柱基底的附著力使冰柱自行墜落而達到除冰目的，相對于傳統的電熱融冰和人工打冰方式，大大的節約了電能損耗和人力。在資源有限的今天，如何節約能源、降低能耗、安全作業是鐵路隧道除冰發展的方向，而本文中使用防冰涂層將實現鐵路隧道除冰技術巨大轉變。

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