一种融雪剂精细化使用方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202010640672.4 | 申请日 | 2020-07-06 | 公开(公告)号 | CN111859639B | 公开(公告)日 | 2024-02-09 |
| 申请人 | 中南安全环境技术研究院股份有限公司; | 发明人 | 郑武西; 区桦; 陈忠华; 宗炜; 谷小阳; 潘小康; 金帆; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种融 雪 剂精细化使用方法，包括以下步骤：首先通过 冰 点试验，求反函数得融雪剂溶液浓度C关于 温度 t的函数，再根据路面融雪剂浓度C与撒布面积S、冰雪厚度h、冰雪 密度 ρ及融雪剂撒布 质量 m之间的关系，进一步推导出融雪剂撒布质量m与冰雪厚度h和外界温度t之间的关系，即冬天通过外界 环境温度 和天气情况，可较精确的计算出每公里融雪剂撒布量。本发明解决了道路管养部 门 不能根据环境温度和天气情况合理确定融雪剂撒布量的问题，很大程度上减少了冬季除雪使用融雪剂的用量，既节约了道路养护成本，提高了冬季道路除雪效率，又减少了对道路周围环境的污染，为道路管养部门提供了高效、节约、环保、可操作性强的技术 支撑 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种融雪剂精细化使用方法，其特征在于，包括如下步骤： |
||||||
| 说明书全文 | 一种融雪剂精细化使用方法技术领域背景技术[0002] 在我国大部分地区，冬季会出现道路结冰或者道路积雪现象，特别是公路和城市道路在受到冰雪天气的影响时，不仅会造成交通拥堵，而且容易发生交通事故，造成严重的经济损失和财产损失。因此，为保证道路畅通和行车安全，需要及时有效的清除路面上的积雪。目前，我国广泛采用的融雪除冰方法就是在道路上撒布融雪剂。与其他除雪方式对比，该方法技术操作简便，除雪材料来源较广、成本低、融雪除冰效果显著，因此广泛应用于城市道路、高速公路和机场道路。目前市面上融雪剂种类较多，按组成成分可分为氯盐类、非氯盐类和复合型融雪剂。由于氯盐类融雪剂相对于非氯盐类和复合型融雪剂价格低廉，融雪效果好，被广泛应用到城市道路和高速公路的除雪作业中。 [0003] 在融雪剂实际应用过程中，道路管养部门通常根据经验来确定融雪剂的撒布时机和撒布量，无法根据外界天气、环境温度和路面情况较为准确的确定融雪剂的使用量。如果融雪剂使用量偏低，就无法达到融雪除冰的效果，因此，在实际施工过程中，道路养护人员为保障行车安全，往往过度使用融雪剂。虽然大量使用融雪剂保障了道路畅通和行车安全，但目前大部分融雪剂对道路、桥梁、周边植物、水体和土壤都会产生较大的影响。过度使用融雪剂不仅会造成资源浪费，增加养护成本，而且会污染道路周边环境。 [0004] 专利CN201811288873.1公开了一种道路除冰盐用量预测方法，根据外界气温和风速数据预测融冰过程的道路盐溶液变化趋势，得到除冰盐融冰反应结束时的盐溶液温度，进而得到此时盐溶液的冰点温度，计算此时盐溶液浓度，最后根据冰层厚度和待融化的冰层上表面积以及盐溶液浓度计算出除冰盐用量预测方法。该专利虽然能够确定不同外界温度、不同风速、不同冰层厚度等条件下的结冰路面应采用的除冰融雪剂的用量，然而其限定了融冰过程中冰层与盐溶液层底面始终保持一致，主要是根据冰层厚度来确定所需要使用的除冰盐厚度，不能精确得到融雪剂用量和融雪剂撒布车行驶速度。专利CN201910242841.6公开了一种道路凝冰预警及自动化处置系统控制方法，首先根据预警信息预估结冰趋势，然后根据当前气象数据及路面状况调整融雪剂喷洒的用量、喷洒的间隔时长和喷洒的次数；一次喷洒的融雪剂的量是根据融雪剂的性能系数、融雪剂的浓度、管理路段的长度、路面宽度、水膜厚度对参数进行设置，然而其要采集的数据较多，参数调整过程较为复杂。 [0005] 因此，有必要提出一种融雪剂撒布的精细化使用方法，通过该方法可以根据天气情况、环境温度和融雪剂的种类精确计算出融雪剂用量和融雪剂撒布车行驶速度，在达到高效融雪除冰的同时，降低养护成本，减少环境污染。 发明内容[0006] 本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种融雪剂精细化使用方法：根据天气情况、环境温度和融雪剂种类精确控制融雪剂撒布量，较大程度上减少冬季除雪使用融雪剂的用量，既节约了道路养护成本，提高了冬季道路除雪效率，又减少了对道路周围环境的污染。 [0007] 本发明的上述目的是通过以下技术方案实现。 [0008] 一种融雪剂精细化使用方法，包括如下步骤： [0009] S1、通过冰点试验，建立不同浓度的融雪剂溶液的冰点函数，求反函数得融雪剂溶液浓度C关于温度t的关系式如下： [0010] [0011] S2、将一定质量的融雪剂撒布到一定面积的路面上，路面上的冰或雪融化后融雪剂浓度为： [0012] C＝m/(Sρh+m) 式三 [0013] S3、根据式二、式三，可得融雪剂撒布质量m与温度t之间的关系式为： [0014] [0015] 其中，t为环境温度，℃； [0016] C为融雪剂溶液浓度，％； [0017] a、b、d为常数； [0018] m为撒布在一定面积路面上融雪剂的质量，简称融雪剂撒布质量，kg； [0019] S为融雪剂撒布面积，平方米； [0020] ρ为冰或雪的密度，kg/m3； [0021] h为路面上冰或雪的厚度； [0022] k为修正系数。 [0023] 本发明首先通过冰点试验，建立不同浓度的融雪剂溶液的冰点函数，通过对浓度‑冰点散点图进行拟合，得到一组一元二次回归方程，并计算出其反函数，得融雪剂溶液浓度C关于温度t的关系式(式二)。再根据路面融雪剂浓度C与撒布面积S、冰雪厚度h、冰雪密度ρ及融雪剂撒布质量m之间的关系，进一步推导出融雪剂撒布质量m与冰雪厚度h和外界温度t之间的关系，即冬天通过外界环境温度和天气情况，可较精确的计算出每公里融雪剂撒布量。本发明解决了道路管养部门不能根据环境温度和天气情况合理确定融雪剂撒布量的问题，很大程度上减少了冬季除雪使用融雪剂的用量，既节约了道路养护成本，提高了冬季道路除雪效率，又减少了对道路周围环境的污染，为道路管养部门提供了高效、节约、环保、可操作性强的技术支撑。 [0024] 优选地，步骤S1中不同浓度的融雪剂溶液的冰点函数的建立：通过冰点试验，测出不同浓度的融雪剂溶液的冰点，以融雪剂溶液浓度为横坐标，冰点为纵坐标建立坐标系，可得融雪剂溶液浓度‑冰点散点图，对散点图进行拟合，可得一元二次方程： [0025] t＝aC2+bC+d 式一 [0026] 优选地，步骤S1中得到冰点函数后，经过室内试验研究，融雪剂溶液的冰点会随着溶液浓度的增加而降低，由式一，求反函数得C关于t的关系式式二；即融雪剂溶液浓度关于不同环境温度的关系式。 [0027] 优选地，还包括步骤S4： [0028] 当融雪剂撒布车出料档位一定时，根据出料口每分钟出料量m1，计算出一公里撒布m千克融雪剂时，融雪剂撒布车应行驶的速度，得融雪剂撒布车行驶速度v与出料口出料量m1、融雪剂撒布质量m之间的关系式： [0029] [0030] 式五中：v为融雪剂撒布车撒布融雪剂时的行驶速度，km/h； [0031] m1为融雪剂撒布车一定档位下出料口每分钟出料量，kg/min。 [0032] 优选地，还包括步骤S5： [0033] 根据式四、式五，可得融雪剂撒布车行驶速度v与温度t之间的关系式为： [0034] [0035] 本发明通过测定融雪剂撒布车在出料口大小一定的情况下每分钟融雪剂撒布量m1，建立融雪剂撒布车行驶速度v与融雪剂撒布量m1之间的关系。从而可以通过控制车辆行驶速度达到融雪剂精细化使用的目的。 [0036] 优选地，所述的融雪剂撒布面积S计算公式为： [0037] S＝L·w 式七 [0038] 式七中：L为路面撒布融雪剂的长度，m； [0039] w为撒布机撒布融雪剂宽度，m。 [0040] 优选地，步骤S1中所述的冰点试验中融雪剂浓度至少取10个梯度变化的浓度值进行冰点试验。更优选地，所述冰点试验融雪剂浓度取值至少包括5％、7％、9％、11％、13％、15％、17％、19％、21％、23％。 [0041] 优选地，步骤S4中所述出料口每分钟出料量m1的测量方法：将融雪剂撒布车停在原地，将出料口档位从最小慢慢调至最大，依次测试一分钟时间内不同出料口开口档位下融雪剂出料量m1；出料口档位一般按照撒布机设计档位调节，一般为10档；当出料口无档位标识时，应逐渐增大出料口开口并做好档位标记，方便下次使用；当档位调至较大档位，每分钟出料量大于600kg时，为方便计量，可将测试时间调整为30s。 [0042] 优选地，所述修正系数k取1。当外界温度为t时，撒布m质量的融雪剂，路面上的融雪剂溶液刚好达到结冰点，为冰水混合物，并不能全部将冰雪融化，故当对温度t取值时，应对t进行修正，取修正系数k为1，即在对温度t取值时，在当前温度基础上减1℃即可。 [0043] 优选地，当天气情况为晴朗、路面结冰或有结冰迹象时，ρ取900kg/m3；当为下雪天3 气时，ρ取100kg/m 。结冰迹象指当路面潮湿、环境温度接近0℃且温度会逐渐下降时，路面即有可能出现结冰迹象。 [0044] 优选地，所述路面上冰或雪的厚度h取值如下表所示 [0045] [0046] 优选地，所述融雪剂撒布车行驶速度v为撒布车辆满载时上路作业的行驶速度，一般情况下融雪剂撒布车有效行驶速度为25km/h～75km/h，当根据式六计算出的行驶速度v小于25km/h时，应调大出料口档位，调大后，需重新计算该档位下对应的车辆行驶速度，直至计算出的速度大于25km/h；当v大于75km/h时，应调小出料口档位，调小后，需重新计算该档位下对应的车辆行驶速度，直至计算出的速度小于75km/h。 [0047] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0048] 1、本发明提供了一种可以根据天气情况、环境温度和融雪剂种类精确控制融雪剂撒布量的精细化使用方法，解决了道路管养部门无法根据所购买融雪剂种类的变化和外界天气情况而确定融雪剂使用量多少的问题，使得管养部门在冬季融雪除冰工作中对融雪剂的使用有据可依。 [0049] 2、本发明提供的融雪剂精细化使用方法可以根据实际情况确定出融雪剂的合理用量，与施工人员常规施工方法相比，该技术能节约使用融雪剂20％～50％，不仅节约了资源，降低了道路养护成本，而且还能减小融雪剂对道路结构的破坏和对周围环境的污染。附图说明 [0050] 图1为同一融雪剂配制成不同浓度的融雪剂溶液对应的溶液冰点关系曲线图。 具体实施方式[0051] 下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 [0052] 具体实施方式的融雪剂精细化使用方法按照以下步骤进行： [0053] S1、融雪剂浓度‑冰点空间坐标系的建立：通过冰点试验，测出不同浓度的融雪剂溶液的冰点，以融雪剂溶液浓度为横坐标，冰点为纵坐标建立坐标系，可得融雪剂溶液浓度‑冰点散点图，对散点图进行拟合，可得一元二次方程： [0054] t＝aC2+bC+d 式一 [0055] 式一中：t为融雪剂溶液冰点，℃； [0056] C为融雪剂溶液浓度，％； [0057] a、b、d为常数。 [0058] 具体的，步骤S1中所述的冰点试验中融雪剂浓度取值为5％、7％、9％、11％…，以此类推至少取10个浓度值进行冰点试验。 [0059] 融雪剂溶液浓度与冰点t关系式的建立：经过室内试验研究，融雪剂溶液的冰点会随着溶液浓度的增加而降低，由式一，求反函数得C关于冰点t的关系式： [0060] [0061] 式二中：t也代表环境温度，℃。 [0062] S2、将一定质量的融雪剂撒布到一定面积的路面上，路面上的冰或雪融化后融雪剂浓度为： [0063] C＝m/(Sρh+m) 式三 [0064] 式三中：m为撒布在一定面积路面上融雪剂的质量，kg； [0065] S为融雪剂撒布面积，平方米； [0066] ρ为冰或雪的密度，kg/m3； [0067] h为路面上冰或雪的厚度。 [0068] S3、根据式二、式三，可得融雪剂撒布质量m与温度t之间的关系式为： [0069] [0070] 式四中：k为修正系数。 [0071] S4、当融雪剂撒布车出料档位一定时，可以根据出料口每分钟出料量，计算出一公里撒布m千克融雪剂时，融雪剂撒布车应行驶的速度，可得融雪剂撒布车行驶速度v与出料口出料量m1、融雪剂撒布量之间的关系式： [0072] [0073] 式五中：v为融雪剂撒布车撒布融雪剂时的行驶速度，km/h； [0074] m1为融雪剂撒布车一定档位下出料口每分钟出料量，kg/min。 [0075] S5、根据式四、式五，可得融雪剂撒布车行驶速度v与温度t之间的关系式为： [0076] [0077] 具体的，所述的融雪剂撒布面积S计算公式为： [0078] S＝L·w 式七 [0079] 式七中：L为路面撒布融雪剂的长度，m； [0080] w为撒布机撒布融雪剂宽度，m。 [0081] 具体的，所述的冰或雪的密度，一般情况下，当外界天气为晴朗天气、路面结冰或3 3 路面有结冰迹象时，ρ取900kg/m；当外界天气为下雪时，ρ取100kg/m。 [0082] 具体的，所述的路面上冰或雪的厚度h取值如下表所示： [0083] [0084] 具体的，所述的修正系数k为1。 [0085] 具体地，融雪剂撒布车一定档位下出料口每分钟出料量m1的测量方法：所述的融雪剂撒布车出料口出料量m1，测值时应将融雪剂撒布车停在原地，将出料口档位从最小慢慢调至最大，依次测试一分钟时间内不同出料口开口档位下融雪剂出料量m1；出料口档位一般按照撒布机设计档位调节，一般为10档，当出料口无档位标识时，应逐渐增大出料口开口并做好档位标记，方便下次使用；当档位调至较大档位，每分钟出料量大于600kg时，为方便计量，可将测试时间调整为30s。 [0086] 具体的，所述融雪剂撒布车行驶速度v为撒布车辆满载时上路作业的行驶速度，一般情况下融雪剂撒布车有效行驶速度为25km/h～75km/h，当根据式六计算出的行驶速度v小于25km/h时，应调大出料口档位，调大后，需重新计算该档位下对应的车辆行驶速度，直至计算出的速度大于25km/h；当v大于75km/h时，应调小出料口档位，调小后，需重新计算该档位下对应的车辆行驶速度，直至计算出的速度小于75km/h。 [0087] 实施例1 [0088] 按照本发明提供的一种融雪剂精细化使用方法，本实施例给出一种某高速公路养护站所用固体融雪剂在不同天气情况、不同温度下最佳用量的计算方法，具体步骤如下： [0089] S1、通过融雪剂冰点试验建立冰点‑浓度关系式，再通过求反函数建立浓度‑冰点关系式 [0090] 融雪剂冰点试验：取一种固体融雪剂，分别配置5％、7％、9％、11％、13％、15％、17％、19％、21％、23％、25％、27％共12个浓度的融雪剂溶液，按照规范《航空燃料冰点测定法》(GBT 2430‑2008)中的方法，利用冰点试验器，测得不同浓度的融雪剂溶液对应的冰点值，如表1所示。 [0091] 表1不同浓度的融雪剂溶液冰点试验结果 [0092] 浓度(％) 5 7 9 11 13 15冰点(℃) ‑3.40 ‑4.70 ‑5.39 ‑7.56 ‑8.44 ‑11.23 浓度(％) 17 19 21 23 25 27 冰点(℃) ‑12.06 ‑15.38 ‑16.83 ‑20.43 ‑22.32 ‑22.31 [0093] 建立冰点‑浓度关系式：根据冰点试验结果，以浓度为横坐标，冰点为纵坐标，绘制散点图，并进行二次曲线拟合，拟合后，可得如图1的关系曲线图，拟合后所得冰点t与浓度C的关系式为： [0094] [0095] 拟合曲线的相关系数R2＝0.9869 [0096] 建立浓度‑冰点关系式：由式一，求反函数得融雪剂溶液浓度C与冰点t之间的关系式 [0097] [0098] 式二中：t也代表环境温度，℃。 [0099] S2、将一定质量的融雪剂撒布到一定面积的路面上，路面上的冰或雪融化后融雪剂浓度为： [0100] C＝m/(Sρh+m) 式三 [0101] 式三中：m为撒布在一定面积路面上融雪剂的质量，kg； [0102] S为融雪剂撒布面积，平方米； [0103] ρ为冰或雪的密度，kg/m3； [0104] h为路面上冰或雪的厚度。 [0105] S3、根据式二、式三，可得融雪剂撒布质量m与温度t之间的关系式为： [0106] [0107] 当外界温度为t时，撒布m质量的融雪剂，路面上的融雪剂溶液刚好达到结冰点，为冰水混合物，并不能全部将冰雪融化，故当对温度t取值时，应对t进行修正，取修正系数k为1，即在对温度t取值时，在当前温度基础上减1℃即可。 [0108] 计算不同天气情况、不同温度下融雪剂撒布量：当天气情况为晴朗、路面结冰或有3 3 结冰迹象时，ρ取900kg/m；当为下雪天气时，ρ取100kg/m。 [0109] 路面冰或雪的厚度取值如表2所示。 [0110] 表2不同天气情况下路面上冰或雪的厚度h取值 [0111] [0112] 具体的，所述的融雪剂撒布面积S计算公式为： [0113] S＝L·w 式七 [0114] 式七中：L为路面撒布融雪剂的长度，m； [0115] w为撒布机撒布融雪剂宽度，m。 [0116] 根据外界天气，查表2可得h值，计算时，按照单车道每公里融雪剂撒布量计算，高速公路单车道宽度为3.75m，故撒布面积S＝3.75×1000＝3750㎡，然后根据式四即可计算出单车道每公里路面融雪剂的撒布质量，如表3所示。 [0117] 表3不同天气情况下每公里融雪剂撒布量对照表 [0118] [0119] [0120] 注：上表中数据为利用a、b、d常数的原始数据计算得到。 [0121] S4、融雪剂撒布车行驶速度v与温度关系式的建立 [0122] 测量融雪剂撒布车出料口出料量：将融雪剂撒布车停在原地，将出料口档位从最小慢慢调至最大，依次测试一分钟时间内不同出料口开口档位下融雪剂出料量m1，出料口档位一般按照撒布机设计档位调节，一般为10档，当出料口无档位标识时，应逐渐增大出料口开口并做好档位标记，方便下次使用。当档位逐渐调至较大档位时，融雪剂出料量较多时，为方便计量，可将测试时间调整为30s。 [0123] 计算不同天气情况、不同温度下融雪剂撒布车行驶速度：当融雪剂撒布车出料档位一定时，可以根据出料口每分钟出料量，计算出一公里撒布m千克融雪剂时，融雪剂撒布车应行驶的速度，可得融雪剂撒布车行驶速度v与出料口出料量m1和融雪剂撒布量之间的关系式： [0124] [0125] 本实施列中，测得该高速公路养护站所用融雪剂撒布车的最小档位出料量m1为280kg/min，查表3可得对应天气情况和温度下每公里融雪剂撒布量，代入式五即可计算出融雪剂撒布车为达到融雪除冰的目的应该行驶的速度。下表4给出当天气状况为晴朗、路面结冰时，融雪剂撒布车行驶速度对照表。 [0126] 表4路面结冰情况下融雪剂撒布车行驶速度对照表 [0127]路面温度(℃) 0 ‑1 ‑2 ‑3 ‑4 ‑5 融雪剂撒布量(kg/km) 127 242 354 463 571 677 行车速度(km/h) 132 69 47 36 29 25 [0128] 表4仅限于路面结冰情况下使用，其他天气状况下同样可以通过式五计算出相应的融雪剂撒布车行驶速度。 [0129] 一般情况下融雪剂撒布车有效行驶速度为25km/h～75km/h，当根据式六计算出的行驶速度v小于25km/h时，应调大出料口档位，当v大于75km/h时，应调小出料口档位，调整后重新计算行驶速度直至在有效范围内。 [0130] 为验证本发明的有益效果，将本发明所述的一种融雪剂精细化使用方法应用到上述某高速公路养护站实际冬季融雪除冰施工中，通过试验现场所得数据来验证通过本发明所得到的实际效益： [0131] 试验路段为某高速公路中的一座桥梁，试验长度为1.8km，该桥梁处于高海拔地区，冬季气温低时桥面经常出现结冰状况。试验当天，该桥所处区域天气为晴，根据天气预报显示，夜间最低气温为‑1℃，桥面有刹车水，当气温到达0℃时，桥面便会结冰，影响行车安全。 [0132] 试验施工前，测得m1融雪剂撒布车最小档位下每分钟出料量为280kg，查表4可知，融雪剂撒布车理论行驶速度为132km/h，融雪剂理论撒布量为127kg。由于融雪剂车辆荷载、道路路况等原因，融雪剂撒布车车速一般最大为75km/h，132km/h超过了最大有效行驶速度，因此，在试验过程中，尽量让车辆在保证人员安全的情况下以最大速度行驶。 [0133] 在具体应用上述方法时，先通过外界环境温度和天气情况计算理论值，得出参考的融雪剂撒布质量m和行车速度v，然后再根据实际的路况和行车情况调整融雪剂撒布质量和行车速度，使之在安全的情况下尽可能靠近理论值，能够显著节省融雪剂的用量。在上述试验路实际施工中，上行撒布融雪剂240kg，撒布车平均行驶速度为60km/h，下行撒布融雪剂385kg，撒布车平均行驶速度为45km/h，双向1.8公里共撒布固体融雪剂625kg。 [0134] 根据该路段养护站资料显示，在相同天气情况下，养护人员常规撒布方法对该大桥撒布的融雪剂撒布量为1.5吨，而通过“精细化”使用方法控制的融雪剂撒布量为625kg，融雪剂撒布量减少了约58％。 [0135] 通过上述实体工程应用得到验证，通过本发明提供的一种融雪剂“精细化”使用方法，可以大大减少融雪剂撒布量，不仅很大程度上节约了养护成本，而且也减少了对道路周围环境的影响。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈