隧道除冰涂層的研究

李娜

摘要：本文針對(duì)于冬季鐵路隧道拱頂因滲水所結(jié)冰柱過(guò)長(zhǎng)而威脅接觸網(wǎng)設(shè)備安全問(wèn)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(dāng)冰柱過(guò)長(zhǎng)時(shí)，冰柱的重力大于冰柱基底的附著力而跌落，從而達(dá)到除冰目的。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道;不沾冰涂料;除冰

1概述

我國(guó)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(xiàn)象是鐵路隧道普遍存在的一個(gè)問(wèn)題，約占全路隧道的13。當(dāng)冬季氣溫較低時(shí)，鐵路隧道內(nèi)拱頂、側(cè)壁因滲水凝結(jié)成冰柱，當(dāng)拱頂冰柱長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)侵入到鐵路隧道中架設(shè)的高壓接觸網(wǎng)放電區(qū)域時(shí)，就會(huì)發(fā)生放電，造成牽引變電所跳閘斷電，中斷列車(chē)運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒斷承力索和接觸網(wǎng)設(shè)備，給鐵路供電安全和運(yùn)輸安全帶來(lái)了極大的隱患和威脅。

2現(xiàn)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(guò)電熱帶將電能轉(zhuǎn)化為熱能，加上溫控裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加熱溫控，通過(guò)升高溫度達(dá)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(shù)目多、結(jié)冰點(diǎn)密度大，所需熱能的耗電量巨大而不經(jīng)濟(jì)，因此目前的投入使用率并不高。人工打冰是現(xiàn)在絕大多數(shù)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(yè)數(shù)次，每次持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，隧道拱頂高度高，隧道風(fēng)力大，導(dǎo)致此方法工作難度大、環(huán)境惡劣、并伴有很大危險(xiǎn)。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(yīng)用前景和實(shí)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(jié)力的原理，可有效的解決隧道拱頂結(jié)冰問(wèn)題。

3不沾冰涂料

3.1不沾冰涂料原理

水在固體物質(zhì)表面結(jié)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(zhì)捕獲或者物質(zhì)表面的有水停留，只要空氣溫度條件達(dá)到冰點(diǎn)，水結(jié)冰的現(xiàn)象便一定會(huì)發(fā)生。防止水結(jié)冰的方法一是升高水的溫度，二是在水中加入化學(xué)物質(zhì)使混合物的冰點(diǎn)升高，三是減少水與固體物質(zhì)表面的接觸面積和接觸時(shí)間。而前兩種方法在天然地下水達(dá)到冰點(diǎn)后都不能解決結(jié)冰的問(wèn)題，故防結(jié)冰的有效方法是在水變成冰的結(jié)晶時(shí)間內(nèi)，使水快速離開(kāi)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(jié)冰和易于除冰。不易結(jié)冰是水分子在涂料表面呈圓球狀分布，減小水與固體物質(zhì)的接觸面積，接觸面積的減少一方面使得水與固體物質(zhì)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(zhì)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(jī)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(guó)PlasticMaritimeCorporation生產(chǎn)的防冰涂料WearlonSuperF-1。2004年5月12日，在德國(guó)法蘭克福舉辦的12國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)“未來(lái)的除冰技術(shù)”專(zhuān)業(yè)委員會(huì)的報(bào)告中，WearlonSuperF-1被認(rèn)為是減少結(jié)冰的最佳非消耗資源型涂料。經(jīng)研究表明，WearlonSuperF-1有極強(qiáng)的防冰性能，同時(shí)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(huán)保有優(yōu)秀的表面防護(hù)能力，WearlonSuperF-1是環(huán)氧有機(jī)硅涂料，具有獨(dú)特的粘附性能，可廣泛應(yīng)用于木材，混凝土，玻璃纖維，金屬制品，絕大多數(shù)塑料制品，包括環(huán)氧基材料制品，聚氨酯材料制品，醇酸樹(shù)脂材料制品等。WearlonSuperF-1在室溫即可干固，如果為達(dá)最好效果，在溫暖太陽(yáng)下使用可以更快干固并得更堅(jiān)硬表面。

3.3WearlonSuperF-1涂料的實(shí)驗(yàn)測(cè)定

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬低溫隧道涂抹WearlonSuperF-1涂料除冰的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，該涂料不僅能夠有效的去除隧道拱頂過(guò)長(zhǎng)冰柱，并且能多數(shù)基底的使用壽命，使用常規(guī)設(shè)備就可以涂抹施工，單位面積用量少?？焖俑晒毯罂删哂蟹浪⒎郎惩?、防化學(xué)溶劑、防鹽、抗低溫和高溫的優(yōu)良性能，有效解決了冬季鐵路隧道拱頂因滲水所結(jié)冰柱過(guò)長(zhǎng)而威脅接觸網(wǎng)設(shè)備安全問(wèn)題。

4結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前鐵路隧道拱頂冰柱去除的現(xiàn)有方法存在高能耗，難度大，除冰效果不佳等現(xiàn)實(shí)問(wèn)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(shí)間以及冰與基底的粘附力，通過(guò)冰柱的重力大于冰柱基底的附著力使冰柱自行墜落而達(dá)到除冰目的，相對(duì)于傳統(tǒng)的電熱融冰和人工打冰方式，大大的節(jié)約了電能損耗和人力。在資源有限的今天，如何節(jié)約能源、降低能耗、安全作業(yè)是鐵路隧道除冰發(fā)展的方向，而本文中使用防冰涂層將實(shí)現(xiàn)鐵路隧道除冰技術(shù)巨大轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂官存.高寒地區(qū)隧道結(jié)冰的原因和對(duì)策[J].西鐵科技，1996，（1）：8-10.

[2]畢茂強(qiáng)，蔣興良.巢亞峰，等.自然覆冰與襯墊的粘附特性及影響因素[J].高壓電技術(shù)，2011，37（4）：1050-1056.

[3]郝明東，杜禮明，李泉，等.帶疏散通道的高速鐵路隧道內(nèi)列車(chē)風(fēng)分布特征[J].大連交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35（1）：34-38.

[4]龍小樂(lè)，鮑務(wù)均.輸電導(dǎo)線(xiàn)覆冰研究[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，29（5）：102-107.

[5]蔣興良，楊大友.RTV涂料表面冰層與涂料檢粘結(jié)力及影響因素分析[J].高壓技術(shù)，2010，36（6）：1359-1364.

[6]易輝，查宜萍，何慧雯.防覆冰涂覆材料的應(yīng)用分析與研究[J].電力設(shè)備，2008，9（6）：16-19.