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相對融雪化冰能力檢測

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-16 07:11:15 更新時(shí)間：2025-07-15 07:11:16

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

相對融雪化冰能力檢測

在寒冷地區(qū)，道路、橋梁、機(jī)場跑道等基礎(chǔ)設(shè)施表面極易形成積雪或結(jié)冰，嚴(yán)重影響交通安全與運(yùn)營效率。因此，開發(fā)和應(yīng)用具有高效融雪化冰功能的材料或系統(tǒng)（如導(dǎo)電混凝土、埋設(shè)加熱元件、相變材料、化學(xué)融雪涂層等）顯得尤為重要?！跋鄬θ谘┗芰Α闭窃u(píng)價(jià)這些材料或系統(tǒng)在模擬或?qū)嶋H寒冷環(huán)境下，相較于標(biāo)準(zhǔn)參照物（通常是普通混凝土或未處理表面），其融化積雪或破除冰層效率的關(guān)鍵性能指標(biāo)。該檢測的核心目的在于量化比較不同技術(shù)方案的效能差異，為工程選型、材料優(yōu)化及效果評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)，最終目標(biāo)是提升冬季道路的通行安全性和維護(hù)經(jīng)濟(jì)性。

相對融雪化冰能力檢測需要在嚴(yán)格控制的環(huán)境條件下進(jìn)行，重點(diǎn)關(guān)注材料或系統(tǒng)在單位時(shí)間、單位面積內(nèi)融化冰雪的質(zhì)量或體積，以及實(shí)現(xiàn)這一效果所消耗的能量（如電能、熱能）。檢測結(jié)果通常以相對于參照物的“能力提升百分比”或“單位能耗融化量比率”等形式呈現(xiàn)。

檢測項(xiàng)目

相對融雪化冰能力檢測的核心項(xiàng)目包括：

1. 融化速率：在設(shè)定環(huán)境條件（溫度、濕度、風(fēng)速、輻射強(qiáng)度、冰雪層初始厚度/密度）下，測量單位時(shí)間內(nèi)被測材料/系統(tǒng)表面單位面積上冰雪融化成水的質(zhì)量或體積。這是最直接的效能指標(biāo)。

2. 單位面積融雪/化冰量：在特定時(shí)間段（如1小時(shí)、2小時(shí)）或達(dá)到特定目標(biāo)（如完全清除規(guī)定厚度的冰層）后，累計(jì)融化的冰雪總量，折算到單位面積上。

3. 能耗效率：對于主動(dòng)融冰系統(tǒng)（如電加熱、流體循環(huán)加熱），測量其融化單位質(zhì)量（或體積）冰雪所消耗的電能或熱能（單位：如 kWh/kg, MJ/m3）。這是評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵指標(biāo)。

4. 起效時(shí)間/響應(yīng)時(shí)間：系統(tǒng)啟動(dòng)或環(huán)境條件達(dá)到觸發(fā)點(diǎn)后，到觀察到冰雪開始明顯融化所需的時(shí)間。

5. 表面溫度分布均勻性：對于加熱類系統(tǒng)，使用紅外熱像儀等設(shè)備檢測融冰過程中被測表面的溫度場分布，評(píng)估其均勻性，這對避免局部過熱或融冰不徹底至關(guān)重要。

6. 冰層剝離/殘留情況：觀察并量化融冰后冰層是被完全融化成水還是部分剝離，以及表面殘留水膜或薄冰的情況。

檢測儀器

進(jìn)行相對融雪化冰能力檢測通常需要以下關(guān)鍵儀器設(shè)備：

1. 環(huán)境模擬艙/冷室：核心設(shè)備，用于精確模擬和控制檢測所需的低溫（可低至-30℃或更低）、濕度、風(fēng)速、光照（模擬太陽輻射或陰影）等環(huán)境參數(shù)。

2. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：包括溫度傳感器（熱電偶、鉑電阻PT100）、濕度傳感器、風(fēng)速計(jì)、輻射計(jì)等，實(shí)時(shí)監(jiān)測并記錄環(huán)境及試樣表面關(guān)鍵參數(shù)。

3. 稱重系統(tǒng)：高精度電子天平或地磅，用于測量試驗(yàn)前后冰雪（或模擬冰雪材料）及試樣的質(zhì)量變化，從而計(jì)算融化量。

4. 熱流計(jì)：用于測量加熱系統(tǒng)輸入到被測材料或表面的熱能流量。

5. 功率分析儀/電參數(shù)測量儀：用于精確測量電加熱系統(tǒng)的輸入電壓、電流、功率、能耗等。

6. 紅外熱像儀：用于非接觸式測量并可視化試樣表面的溫度場分布，評(píng)估均勻性。

7. 高速攝像機(jī)/普通攝像機(jī)：用于記錄融雪化冰過程的動(dòng)態(tài)變化（起效時(shí)間、融化過程、冰層剝離等）。

8. 冰雪制備設(shè)備：制冰機(jī)、造雪機(jī)或標(biāo)準(zhǔn)化的模擬冰/雪制備模具，確保冰雪層的初始狀態(tài)（厚度、密度、溫度）一致可控。

檢測方法

相對融雪化冰能力的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法通常遵循以下步驟：

1. 試樣制備：制備相同尺寸的被測材料/系統(tǒng)試樣和參照物試樣（標(biāo)準(zhǔn)混凝土板、未處理基材等）。

2. 環(huán)境設(shè)定：將環(huán)境模擬艙調(diào)整到規(guī)定的檢測環(huán)境條件（如氣溫-10℃，相對濕度85%，風(fēng)速2m/s，無輻射）。待環(huán)境穩(wěn)定。

3. 鋪設(shè)冰雪：在試樣表面均勻鋪設(shè)規(guī)定厚度和密度的冰層或雪層。記錄初始質(zhì)量。

4. 啟動(dòng)測試：對于主動(dòng)系統(tǒng)，啟動(dòng)加熱；對于被動(dòng)材料，依靠環(huán)境條件或模擬光源（如需）。同時(shí)開始計(jì)時(shí)和數(shù)據(jù)記錄（溫度、功率、圖像等）。

5. 過程監(jiān)測：持續(xù)監(jiān)測環(huán)境參數(shù)、試樣表面溫度、融水產(chǎn)生情況、冰層狀態(tài)變化等。

6. 結(jié)束判定：根據(jù)預(yù)設(shè)目標(biāo)結(jié)束測試。常見結(jié)束點(diǎn)包括：達(dá)到規(guī)定測試時(shí)長（如2小時(shí)）、冰雪完全融化、融水量達(dá)到設(shè)定值、或冰層被完全破除脫離表面。

7. 結(jié)果測量：最終測量并記錄：剩余冰雪質(zhì)量、產(chǎn)生的總?cè)谒浚赡苄枋占?、系統(tǒng)總能耗（若適用）、時(shí)間。

8. 數(shù)據(jù)處理與計(jì)算：

計(jì)算各試樣的融化速率、單位面積融化量、能耗（如適用）。
計(jì)算被測材料/系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)相對于參照物的提升百分比（相對能力）。
例如：相對融化速率 = (被測融速 - 參照融速) / 參照融速 * 100%
計(jì)算能耗效率：融化單位質(zhì)量冰雪的能耗（僅對主動(dòng)系統(tǒng)）。

9. 重復(fù)性與再現(xiàn)性：通常需要進(jìn)行多次重復(fù)試驗(yàn)（n≥3）以評(píng)估結(jié)果的可靠性。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

相對融雪化冰能力的檢測目前尚無完全統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，但國內(nèi)外已有一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范或指導(dǎo)性文件可供參考，部分行業(yè)或研究機(jī)構(gòu)也制定了內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。常見的參考依據(jù)包括：

1. 中國行業(yè)/地方標(biāo)準(zhǔn)：

JTG/T 3350-03-2020 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》 (部分涉及除冰)： 雖然主要針對施工，但其中對融雪劑或除冰技術(shù)的效果評(píng)價(jià)有一定指導(dǎo)。
JTG E20-2011 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》 (可能相關(guān))： 若被測材料涉及瀝青基的融雪化冰添加劑或混合料，其相關(guān)物理性能測試可參考此規(guī)程的部分方法。
DB22/T 2967-2019 《路面融雪化冰性能測試方法》 (吉林省地方標(biāo)準(zhǔn))： 這是一個(gè)更直接相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了在室內(nèi)模擬環(huán)境下，利用紅外輻射加熱方式測試路面材料融雪化冰性能的方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)（如融化率）。雖然方法有特定性（紅外加熱），但核心思路（模擬環(huán)境、對比融化量）可借鑒。其關(guān)注的指標(biāo)包括“單位時(shí)間融化量”、“融化率”等。

2. 國際參考/類似標(biāo)準(zhǔn)：

ASTM 標(biāo)準(zhǔn)： 美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）有多個(gè)與路面材料、熱性能、除冰相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，雖無專門針對“相對融雪化冰能力”的標(biāo)準(zhǔn)，但如ASTM D6706（評(píng)價(jià)除冰化學(xué)品對瀝青混合料影響的試驗(yàn)方法）、ASTM C518（使用熱流計(jì)法測定穩(wěn)態(tài)熱傳輸性能）等在方法原理或設(shè)備使用上具有參考價(jià)值。
歐洲/ISO 標(biāo)準(zhǔn)： 歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（CEN）或國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）關(guān)于路面材料、建筑產(chǎn)品熱工性能、相變材料（PCM）等方面的標(biāo)準(zhǔn)也可能涉及相關(guān)測試方法。

關(guān)鍵點(diǎn)： 在實(shí)際檢測中，即使沒有完全對應(yīng)的國標(biāo)或行標(biāo)，實(shí)驗(yàn)室通常會(huì)依據(jù)研究目的，參考上述相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)/文獻(xiàn)，結(jié)合自身設(shè)備條件，制定詳細(xì)、嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室檢測規(guī)程。該規(guī)程必須明確規(guī)定：