Электропроводящая бетонная (ECON) система подогрева дорожного покрытия

В холодных регионах лед и снег классифицируются как основные проблемы на поверхности дорожных и аэродромных покрытий. Традиционные методы борьбы с обледенением, которые включают распределение химикатов на поверхность покрытия и использование специальной дорожной снегоуборочной техники, имеют некоторые недостатки; например, они могут привести к ухудшению состояния инфраструктуры, повреждению бетонного покрытия и неблагоприятному воздействию на окружающую среду Они могут быть неэффективны при низких температурах, могут загрязнять близлежащие водоемы и могут требовать дополнительного рабочего времени, что приводит к увеличению затрат. Эти методы также сложно реализовать на перегруженных и небольших участках, таких как тротуары, перроны аэропортов и рулежные дорожки, где наземные бригады аэропортов и самолеты могут подвергаться опасности.

Бетонные покрытия с электрическим подогревом, в которых электрическая энергия нагрева передается на дорожное покрытие через встроенные изолированные проводники или проводящие материалы для поддержания температуры поверхности выше точки замерзания, привлекли внимание как многообещающая технология уменьшения накопления снега и льда. Цель исследования состояла в том, чтобы определить требования к системе покрытия с подогревом из электропроводящего бетона ECON (Electrically conductive concrete) для достижения экономической эффективности.

Самонагревающаяся система дорожных покрытий ECON использует электрическое сопротивление присущее бетону для поддержания поверхности дорожного покрытия при температурах ниже точки замерзания и , таким образом предотвращает накопление снега и льда на поверхности. Такая устойчивая система бетонного покрытия повышает устойчивость инфраструктуры, позволяет ей быть безопасной, открытой и доступной даже во время суровых зимних снегопадов.

Укладка и отделка бетонной смеси в конструкции дорожной одежды

Монтаж электродов к поверхности нижнего слоя Ц/Б покрытия и установка труб ПВХ

Очистка поверхности и соединение электродов и электрических проводов в одну цепь

Укладка и уплотнение бетонной смеси при помощи секционной виброрейки и последующее распределение пленкообразующего материала.

К основным компонентам ECON бетона относятся токопроводящие материалы (нагревательные элементы) для , электроды, изоляционные слои, блок питания и датчики температуры. ТЭН на основе ECON работает за счет подачи электрического тока через электроды, встроенные в токопроводящий слой бетона. Поскольку удельное электрическое сопротивление ниже, чем у обычного бетона, ECON ведет себя как проводник электричества. Способность ECON растапливать снег и лед зависит от удельного электрического
сопротивления (т. е. обратной величины электропроводности) проводящих материалов; значение, необходимое для противообледенительных применений, должно быть менее 1000 Ом-см. В целях повышения теплопроводности в бетонную смесь добавляют проводящие материалы в качестве нагревательных элементов, такие как: стальные волокна, графитовый порошок и частицы углерода, и их вводят в бетон в пропорциях от 1% до 20% по объему

Испытания дефлектометром с падающим весом показало, что средние прогибы нагретой дорожной одежды были примерно на 10% ниже, чем у обычных бетонных покрытий, что указывает на то, что нагретые плиты более жёсткие и обладают более высоким модулем упругости.

Наилучшей практикой работы с подогревом бетонных поверхностей является включение системы до начала снегопада. Следовательно, скопление снега не произойдет, а время работы, и соответственно , стоимость эксплуатации снизятся.

Учитывая начальную стоимость электродов, было установлено, что плоские стержни и электроды меньшего диаметра более рентабельны, чем электроды большего размера, из-за более низкой стоимости электродов меньшего размера по сравнению со скоростью повышения температуры, связанной с ними.

Прототип нагревательной плиты ECON состоит из тонкого верхнего слоя ECON на обычном нижнем слое бетона. Этот экономичный двухуровневый подход может быть реализован для крупномасштабного ECON покрытия с использованием технологии сборного железобетона, бетонного покрытия и двухслойного
мощения . Конструктивные параметры, которые должны быть определены для крупномасштабной ECON системы, включают размеры плиты, расстояние между электродами, электрическое сопротивление и электрическое напряжение. Последовательность проектирования, разработанная в этом исследовании, может быть использована для определения этих параметров для заданных критериев проектирования. Основными конструкционными материалами, необходимыми для хорошо работающих ECON покрытий, являются материалы ECON с низким удельным сопротивлением (т. е. с высокой проводимостью), электроды, которые хорошо сцепляются с ECON, и экономичная теплоизоляция. ECON должен нагреваться переменным током, что позволяет электронам идти разными путями в проводящие материалы для равномерного распределения тепла в пластине.

Ожидается, что система ECON обеспечит экономически эффективный результат по уборке снега, сведя к минимуму транспортные заторы, а также предотвратив проблемы безопасности дорожного движения, повреждения дорожного покрытия, ремонт транспортных средств и загрязнения окружающей среды( в результате от использования большого количества противообледенительных солей) в будущем.

Универсальность технологии , продемонстрированная в этом исследовании, такова, что в конечном итоге ее можно разработать и оптимизировать для каждого конкретного элемента транспортной инфраструктуры в зависимости от потребностей и интересов. Эта универсальность обусловлена тем фактом, что технология может быть реализована либо в виде проводящей бетонной поверхности для нового строительного проекта, либо в виде проводящего бетонного покрытия поверх существующей конструкции для проекта реконструкции.