摘要：本文首先阐述了常用方法及表面温度的监测方法，接着分析了碳纤维混凝土导电性能，最后对智能控制过程的实现进行了探讨。
关键词：导电混凝土；碳纤维；电阻率；融雪化冰
引言：
混凝土路面由于具有强度高，耐久性好，造价低等优点在我国广泛应用。我国北方大部分地区冬季温度低，常有降雪，混凝土路面上大量的冰冻积雪给车辆造成了一定的行驶障碍，因此，路面的快速除冰化雪具有重要意义。目前，有关路面融雪化冰技术已经开展了很多研究，并且取得了一定的研究成果，但实际应用效果并不是很理想，达不到预期结果，有些甚至只是理论上的成熟，不具备工程实用的条件。
1常用方法探讨
常用的路面融雪化冰技术有人工机械法，化学融化法，热力学融化法以及导电混凝土法等。人工或者机械的方法起初得到过不少使用，但随着交通运输任务的大量增加，由于效率低下不再适应；机械法，速度相对较快，但是却容易破坏路面，并且机械投资大，闲置损耗大。此外，如果环境温度太低，冰层较厚，由于道面和冰块间粘结力增大，机械和人工并不能彻底的清除冰块等。
化学融化法是在路面上铺撒一些化学物质，依此来降低水的冰点，使冰雪快速融化。此类方法目前比较常见的就是撒盐融化技术，采用该方法材料来源比较容易，并且比较廉价，融雪破冰效果良好，但是由于盐的化学属性容易腐蚀路面，一定程度上影响了道面的使用质量。尽管此方法目前在路面上比较常用，但是由于上述的一些缺点致使相关部门对此不是很满意，所以出现更好的方法代替化学溶化法势在必行。
热力学融化法是采用加热的方法使冰雪融化，目前出现的此类方法有地热管法、流体加热法、电热丝法、红外线管加热法等。这些方法都普遍存在这样或那样的问题，如地热管安装复杂，影响道面，流体加热法需要热水源，实施起来麻烦，电热丝容易被拔出，红外线管升温比较迟缓等。所以这些方法也都不能有效的解决混凝土道面融雪化冰地问题。导电混凝土法基本原理是在普通混凝土中添加某些导电材料使混凝土变成具有良好导电性能的导电体，当联通电源后，混凝土发生能量转换产生热量融化冰雪。目前常用的有钢纤维混凝土导电法和碳纤维混凝土导电法，但是随着使用发现钢纤维作为导电材料，它的电阻率增大非常快，使用一年增大近60倍，给长期使用带来了困难，所以就出现了用碳纤维混凝土代替钢纤维混凝土的趋势，但是用碳纤维混凝土代替后，其导电能力，强度等能否满足要求，本文从碳纤维的力学性能、导电能力的稳定性等方面来研究碳纤维混凝土能否适用路面融雪化冰。
2表面温度的监测方法
按照测试原理的不同，可将固体表面温度的测量方法分为热电偶、热电阻、热辐射、光纤等，由于光纤成本较高，因此用光纤做成的温度传感器一般用于用常规温度计难以测量的对象。无论是热电偶式还是热电阻式表面温度计，都要采用接触法来测量物体的表面温度。一般有两种方法：一是将温度传感器粘贴在物体表面；二是将温度传感器埋设在物体内无限接近于表面的位置。对于文中研究的问题而言，在路面上粘贴热电偶或热电阻是不现实的，在内部埋设热电偶或热电阻，则会增加施工的难度，同时也会破坏物体内部的温场.而一旦温度计发生损坏，维修基本上是不可能的.因此采用热电偶或热电阻来测量混凝土表面的温度是不合适的。
用辐射法非接触测量固体表面温度时，测量结果会受到被测物体表面发射率所制约，而表面发射率又与被测物体的材料、表面粗糙度、氧化程度、有无油污，表面水汽层等有关。但采用该方法要比用热电偶或热电阻温度计更容易实现，原因有以下两点：一是施工上非常方便，辐射式温度计可以设置在路面两侧，从而不会对路面的温场造成破坏；二是可以避免由于运动荷载对热电偶或热电阻温度计可能造成的损坏。至于表面发射率造成的不准确性，可以事先在实验室或野外对所用的碳纤维导电混凝土进行准确的测量分析，或者是在现场对实际温度进行一定的标定，这都是很容易实现的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过以上的对比分析发现，用碳纤维导电混凝土进行融雪化冰时，采用辐射法来进行其表面温度的测量和监控是最为合理的。
3碳纤维混凝土导电性能分析
3.1混凝土的导电性
导电混凝土作为一种导电材料，在两端加上电极之后，能够快速导电发热，满足融雪化冰需要。因此，导电性是衡量导电混凝土性能的一个重要参数，与其强度要求同等重要。对于导电性的要求是在一定的时间，允许荷载和环境条件下保持其导电的稳定性。用来衡量混凝土导电性的一般参数是电阻率，电阻率的大小与混凝土自身的特性、所添加导电材料以及所加的电极都有关系。一般情况下，混凝土的电阻率可以根据用途不同而不同。
3.2碳纤维的优势
碳纤维一种良好的导电材料，它加入混凝土中形成碳纤维导电混凝土，其优势在于：（1）碳纤维混凝土的电阻率比较稳定。电阻率的稳定性是指随着时间的延长、环境条件的反复变化，导电混凝土的电阻率应该保持相对的稳定；在使用过程中，随着通电次数的增加和电压高低的变化，其电阻率保持稳定。碳纤维导电混凝土与同类型导电材料相比，电阻率稳定性较强。（2）碳纤维由于自身特点，更容易形成导电网络。纤维越细，直径越小，其电阻越小，在相同的混凝土板块中穿插的碳纤维根数越多，这样就容易形成互相连通的导电纤维网络。因此，在导电混凝土中，要求碳纤维直径小，单丝长度要大，一般要求为直径0．05～7．50μm，长度2～40mm，这样掺入较少体积含量就会出现导电渗流现象，保证了良好的导电能力。
正是由于碳纤维的上述特点，决定了它在导电混凝土中的适用性，但是碳纤维导电混凝土也有自身的缺点：碳纤维本身具有疏水性，在水泥浆体中很难均匀分散，这就可能导致混凝土板块导电性能不均匀。目前解决的办法通常是加入纤维分散剂来提高碳纤维的分散性，使用的分散剂通常有甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素（CMC）、羟乙基纤维素（HEC）。这些基团能与碳纤维表面的极性羟基基团或羰基基团以及水分子之间形成氢键，增强了短碳纤维表面的亲水性和侵润性，从而提高了碳纤维的分散性。分散剂中极性基团越多，与短碳纤维之间形成的氢键就越多，分子间作用力就越强，分散效果就越好，从而提高碳纤维混凝土的导电率。
4 智能控制过程的实现
如在大风、大雪天气时，甚至可以根据需要满负荷运行。采用固定的数学控制模型进行控制，难以适应这些变化.综合考虑各个方面的因素，采用了具有自适应功能的模糊控制器来实现上述的控制过程。自适应模糊控制器是在简单模糊控制器的基础上，增加了3个功能块——性能测量，控制量校正，控制规则的修正而构成的一种模糊控制器，性能测量用于测量实际输出特性与希望特性的偏差，以便为控制规则的修正提供信息，即确定输出响应的校正量P.对本系统，建立任意环境温度下，在一定时间内把各混凝土区加热到接近给定温度，这样的函数作为希望控制曲线.至于其它天气条件如晴雨条件、风雪条件等则通过控制系统的自优化调整，使控制过程接近于希望控制曲线。
结束语
文中通过分析导电混凝土用于路面融雪化冰时的几个关键问题得到：采用辐射法来进行其表面温度的测量和监控是最为合理的；在升温过程中混凝土的电阻变化不是很大，功率的变化较复杂，功率的控制基本上可由控制电压来实现；得出的单个电源和整体的智能控制方案，为导电混凝土用于路面融雪化冰的工程实际提供了重要的理论基础。
参考文献：
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[3]李广军，郑秀梅，王彬.碳纤维混凝土导电性能试验研究[J].佳木斯大学学报（自然科学版）.2016（03）
论文作者:陈俊心
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/16
标签：混凝土论文; 碳纤维论文; 电阻率论文; 路面论文; 方法论文; 热电阻论文; 测量论文; 《基层建设》2019年第17期论文;