碳纖維發(fā)熱線電加熱橋面溫升效果試驗(yàn)

■翁盛華 胡昌斌 周月華

（1.南平公路事業(yè)發(fā)展中心，南平 353000；2.福州大學(xué)土木工程學(xué)院，福州 350108）

橋梁跨越江河或峽谷，與普通路面相比，橋面下部臨空臨水，無法從地下汲取熱能，因此在低溫氣候條件下，相比于橋面兩端所連接的路面，橋面上的溫度一般要低2～3℃[1]。 即當(dāng)環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，橋面發(fā)生結(jié)冰的時(shí)間較路面早；而在環(huán)境溫度出現(xiàn)回暖的情況下，與路面升溫相比，橋面升溫的時(shí)間晚，當(dāng)路面表面的冰已經(jīng)消融的情況下，可能仍然有冰覆蓋在橋面表面。 當(dāng)駕駛汽車從沒有冰的路面行駛到尚有冰覆蓋的橋面時(shí)， 由于汽車輪胎與橋面的附著系數(shù)瞬間大幅降低，此時(shí)車輛極易發(fā)生打滑、偏移，甚至側(cè)翻，從而引發(fā)交通事故。 所以，橋面已成為降雪結(jié)冰地區(qū)除冰防滑工作的重點(diǎn)部位之一。

傳統(tǒng)的除冰雪方法存在效率低、清除不徹底等缺點(diǎn)。 因此，尋求一種環(huán)境友好、高效便捷、經(jīng)濟(jì)性好的道路融雪除冰方法意義重大。 發(fā)熱線電加熱技術(shù)具有電熱轉(zhuǎn)化效率高、熱穩(wěn)定性好、清潔無污染、控制方便等諸多優(yōu)勢，本文通過制作碳纖維發(fā)熱線電加熱混凝土大板，進(jìn)行發(fā)熱線電加熱橋面室外升溫試驗(yàn)，探究發(fā)熱線電加熱橋面在實(shí)際狀況下的升溫效果，以期為發(fā)熱線電加熱路面的推廣應(yīng)用提供一定的技術(shù)支持和參考。

1 發(fā)熱線電加熱橋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)方案

本文通過室內(nèi)碳纖維發(fā)熱線通電升溫試驗(yàn)分析所選用的24k 硅膠外皮碳纖維發(fā)熱線的電熱性能，以及通過室外發(fā)熱線電加熱混凝土大板試驗(yàn)[2]，研究所設(shè)計(jì)的碳纖維發(fā)熱線電加熱橋面在實(shí)際情況下的升溫效果。 具體研究方案如下：（1）對碳纖維發(fā)熱線電加熱橋面結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)；（2）在室內(nèi)無風(fēng)、恒溫的環(huán)境條件下，對所選用的24k 硅膠外皮碳纖維發(fā)熱線進(jìn)行通電升溫試驗(yàn)，分析其在7 種不同輸入功率下的電熱性能，發(fā)熱線在實(shí)際應(yīng)用時(shí)選擇輸入功率可進(jìn)行參考；（3）在上述基礎(chǔ)上，制作碳纖維發(fā)熱線電加熱混凝土大板，在室外進(jìn)行發(fā)熱線電加熱橋面升溫試驗(yàn)（包括表面溫度分布均勻性試驗(yàn)、垂直方向上溫度分布試驗(yàn)以及風(fēng)速對表面溫升的影響試驗(yàn)）[3]，探究發(fā)熱線電加熱橋面[4]實(shí)際情況下的升溫效果。

1.2 方案設(shè)計(jì)

發(fā)熱線電加熱橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如下：（1）發(fā)熱線電加熱橋面鋪裝主體（不含整平層和防水層）總厚度為13 cm，包括：5 cm 鋼纖維混凝土導(dǎo)熱上面層、3 cm 陶粒混凝土阻熱夾層和5 cm 鋼筋混凝土下面層；（2）鋼筋混凝土下面層的混凝土，水灰比為0.40，砂率為32%，減水劑摻量為0.5%，其抗壓、抗折強(qiáng)度分別為50.2 MPa 和7.03 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)2.76 W/（m·℃），密度為2516 kg/m3；（3）鋼筋混凝土下面層配置CRB550 級冷軋帶肋鋼筋焊接網(wǎng)，其屈服強(qiáng)度σ0.2≥500 MPa，抗拉強(qiáng)度σb≥550 MPa，鋼筋公稱直徑為10 mm，縱橫向鋼筋間距均為11 cm，混凝土保護(hù)層厚度（焊接鋼筋網(wǎng)距鋼筋混凝土層底面距離）為2 cm；（4）陶?；炷磷锜釆A層采用陶?；炷粒z比為0.31，粉煤灰摻量為15%，體積砂率為36%，減水劑摻量為1%，其抗壓強(qiáng)度為54.8 MPa，抗折強(qiáng)度為6.71 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.59 W/（m·℃），密度為2014 kg/m3；（5）選用24k 的碳纖維發(fā)熱線埋置于陶?；炷磷锜釆A層與鋼纖維混凝土導(dǎo)熱上面層之間，發(fā)熱線布設(shè)間距為11 cm，鋪設(shè)方式采用蛇形鋪裝，為便于發(fā)熱線鋪設(shè)施工，用尼龍?jiān)鷰l(fā)熱線綁扎固定于鋼筋網(wǎng)片上，形成發(fā)熱線電加熱橋面加熱層。 發(fā)熱線電阻值為17 Ω/m，耐熱溫度為200℃，鋼筋網(wǎng)片的鋼筋直徑為3 mm，網(wǎng)格尺寸為11 cm×11 cm；（6）鋼纖維混凝土導(dǎo)熱上面層采用鋼纖維混凝土， 混凝土水灰比為0.46， 砂率為44%，鋼纖維體積率為1.5%，減水劑摻量為1%，其抗壓強(qiáng)度為62.1 MPa，抗折強(qiáng)度為8.97 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為3.55 W/（m·℃），密度為2558 kg/m3；（7）為進(jìn)一步提高鋼纖維混凝土上面層的導(dǎo)熱能力，選擇在鋼纖維混凝土上面層內(nèi)部設(shè)置高導(dǎo)熱棒（在此選用鋼棒）形成導(dǎo)熱通道，鋼棒選用普通HRB335 級熱軋帶肋鋼筋，鋼棒公稱直徑為16 mm，設(shè)置間距為22 cm×22 cm，高度為4 cm（鋼棒頂部距鋼纖維混凝土層頂面1 cm），用扎絲將鋼棒綁扎固定于鋼筋網(wǎng)片角隅處，其導(dǎo)熱系數(shù)為50.5 W/（m·℃），密度為7840 kg/m3。

碳纖維發(fā)熱線電加熱橋面鋪裝結(jié)構(gòu)從上至下分別為：5 cm 內(nèi)置高導(dǎo)熱棒的鋼纖維混凝土導(dǎo)熱上面層、 碳纖維發(fā)熱線加熱層、3 cm 陶?；炷磷锜釆A層、5 cm 鋼筋混凝土下面層、1～2 cm 防水層、2～3 cm 整平層，如圖1 所示。

圖1 發(fā)熱線電加熱橋面鋪裝結(jié)構(gòu)示意圖

2 碳纖維發(fā)熱線電熱性能分析

2.1 碳纖維發(fā)熱線技術(shù)性質(zhì)

碳纖維是一種碳含量超過95%，具有電熱轉(zhuǎn)化效率高、發(fā)熱迅速、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、使用壽命長、清潔無污染、安全可靠等眾多優(yōu)良性能的新型發(fā)熱材料。 碳纖維抗拉強(qiáng)度高，一般為3000 MPa 以上，是金屬絲的6～8 倍， 抗拉彈性模量也高于金屬絲，一般大于200 GPa，因而埋入路面內(nèi)一般不易被拉斷。在沒有氧氣的情況下， 將碳纖維升溫達(dá)3000℃，其強(qiáng)度基本不發(fā)生變化，避免了金屬絲等傳統(tǒng)發(fā)熱材料高溫易燒斷的缺陷。 碳纖維為黑體材料，發(fā)熱迅速，電熱轉(zhuǎn)化效率接近100%，發(fā)熱線溫度可通過調(diào)節(jié)線長和電壓來控制。 目前市面上使用最多的是聚丙烯腈PAN 基碳纖維。

碳纖維發(fā)熱線絕緣性能優(yōu)良，其絕緣保護(hù)層一般選用硅橡膠，在絕緣性能測試中，其絕緣電阻高達(dá)8500 MΩ（標(biāo)準(zhǔn)為不小于500 MΩ），用電安全可靠。硅橡膠耐熱性能良好，可在200℃的高溫下正常使用。 碳纖維發(fā)熱線型號按碳纖維絲的數(shù)量進(jìn)行劃分，發(fā)熱線型號越大，每米電阻越小，在同等線長和加載電壓條件下，功率越大，發(fā)熱線溫度也越高。 碳纖維發(fā)熱線采用江蘇泰州歐力電氣設(shè)備有限公司生產(chǎn)的24k 硅膠外皮碳纖維發(fā)熱線，技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 24k 的碳纖維發(fā)熱線性能指標(biāo)

2.2 碳纖維發(fā)熱線結(jié)構(gòu)組成

橋面由于受到車輛荷載作用，用于路面融雪除冰時(shí)，需要選用加強(qiáng)型的碳纖維發(fā)熱線。 加強(qiáng)型的發(fā)熱線的組成結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 加強(qiáng)型碳纖維發(fā)熱線結(jié)構(gòu)示意圖

雖然碳纖維絲束自身的抗拉強(qiáng)度和耐熱性能比較優(yōu)異，但在路面施工和使用的過程中，難免受到外界不利因素的影響，因此制作外皮保護(hù)碳纖維絲束是有必要的。 制作碳纖維絲束外皮的材料市面上通常采用PVC、硅橡膠、鐵氟龍等絕緣材料，表2為3 種絕緣材料對比。綜合考慮材料的絕緣性、耐熱性、價(jià)格等因素，選用外皮是硅橡膠的發(fā)熱線。

表2 碳纖維發(fā)熱線常用的3 種絕緣外皮比較

2.3 碳纖維發(fā)熱線電熱性能

本試驗(yàn)發(fā)熱線兩端加載電壓為AC220 V，不同長度碳纖維發(fā)熱線所對應(yīng)的功率不同，分別選取長度為22 m、16 m、12 m、10 m、9 m、8 m、7 m 的碳纖維發(fā)熱線進(jìn)行通電升溫試驗(yàn)，其對應(yīng)的電流及功率見表3。 試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，室溫為16.6℃，試驗(yàn)中發(fā)熱線懸空放置，以減少接觸熱傳導(dǎo)，將熱電偶探頭固定于發(fā)熱線上測試加熱過程中發(fā)熱線表面溫度，熱電偶線另一端連接數(shù)顯測溫儀以顯示溫度值，如圖3 所示。

表3 AC220 V 電壓下不同長度發(fā)熱線電流及功率值

圖3 發(fā)熱線升溫試驗(yàn)電路連接示意圖

試驗(yàn)中自通電開始每隔10 s 記錄1 次溫度值，通電時(shí)長均為10 min，最后得到7 種不同輸入功率下發(fā)熱線表面溫度隨時(shí)間的變化曲線，如圖4 所示?？梢钥闯觯海?）碳纖維發(fā)熱線溫度上升的過程為①溫升迅速段，發(fā)熱線表面溫度上升迅速；②溫升平緩段，升溫速率逐漸放緩；③溫升穩(wěn)定段，發(fā)熱線表面溫度趨于穩(wěn)定;（2）碳纖維發(fā)熱線通電后表面溫度能很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且輸入功率越大，發(fā)熱線升溫速率越快，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需時(shí)間越短，升溫穩(wěn)定時(shí)間最大不超過6 min;（3）輸入功率越大，發(fā)熱線表面所能達(dá)到的最高溫度也越大， 即升溫幅度越大。 不同輸入功率下發(fā)熱線表面所能達(dá)到的最高溫度、升溫幅度以及試驗(yàn)中的現(xiàn)象見表4。

圖4 不同輸入功率下發(fā)熱線表面溫度變化曲線

表4 不同輸入功率下發(fā)熱線表面最高溫度及試驗(yàn)現(xiàn)象

由表可知，本文所選用的24k 的硅膠外皮的發(fā)熱線，其安全工作電流不大于1.8 A，從發(fā)熱線的長期使用性能考慮，不宜使用大于1.4 A 的電流。碳纖維發(fā)熱線表面升溫幅度與輸入功率具有很好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.989，兩者關(guān)系式為：

式中：T—發(fā)熱線表面升溫幅度，℃；P—發(fā)熱線輸入功率，W/m。

將本文選用24k 硅膠外皮碳纖維發(fā)熱線應(yīng)用于實(shí)際工程時(shí)，發(fā)熱線輸入功率選擇可參考公式（1）。

3 發(fā)熱線電加熱橋面室外升溫效果

3.1 發(fā)熱線電加熱混凝土大板制作

發(fā)熱線電加熱橋面室外混凝土大板試驗(yàn)在3.5 m×3.5 m×0.3 m 的混凝土超大板平臺上進(jìn)行，該混凝土平臺用來模擬實(shí)際工程中的混凝土橋面板。發(fā)熱線電加熱橋面混凝土大板制作過程如下：

（1）制作1 m×2 m×0.15 m 的木試模，在試模內(nèi)側(cè)四周粘貼1 層氣凝膠氈（導(dǎo)熱系數(shù)僅有0.02 W/（m·℃）），用來模擬實(shí)際工程中發(fā)熱線電加熱橋面鋪裝的絕熱面；（2）在混凝土平臺上放置好試模后，在試模內(nèi)配置鋼筋混凝土下面層的焊接鋼筋網(wǎng)，鋼筋為CRB550級冷軋帶肋鋼筋，公稱直徑為10 mm，縱向鋼筋在下，橫向鋼筋在上，縱向和橫向鋼筋間距均為11 cm，整個(gè)鋼筋焊接網(wǎng)尺寸為1 m×2 m，用混凝土墊塊將焊接鋼筋網(wǎng)支起， 使縱向鋼筋底面距混凝土平臺2 cm；（3）在試模中澆注鋼筋混凝土下面層混凝土，將攪拌好混凝土倒入試模中， 控制鋼筋混凝土下面層厚度為5 cm，振搗、抹平；（4）鋼筋混凝土下面層室外灑水養(yǎng)護(hù)硬化后，在其表面中心位置用少量砂漿埋置熱電偶， 砂漿主要起到固定位置和保護(hù)熱電偶的作用；（5）該位置熱電偶埋置好后，往試模中澆注陶?；炷磷鳛榘l(fā)熱線電加熱橋面阻熱夾層，將攪拌好的陶?；炷恋谷朐嚹Ｖ?，控制陶?；炷磷锜釆A層厚度為3 cm，振搗、抹平；（6）陶?；炷磷锜釆A層室外灑水養(yǎng)護(hù)硬化后，在其表面放置鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片尺寸為1 m×2 m，鋼筋直徑為3 mm，網(wǎng)格尺寸為11 cm×11 cm；（7）用尼龍?jiān)鷰l(fā)熱線按照11 cm 的布設(shè)間距，以蛇形的鋪設(shè)方式綁扎固定于鋼筋網(wǎng)片上，發(fā)熱線為24k 的碳纖維發(fā)熱線，電阻值為17 Ω/m，單根長度為10 m，共布置了2 根發(fā)熱線；（8）在陶粒混凝土阻熱夾層表面中心位置、2 根發(fā)熱線中間位置用少量砂漿分別埋置熱電偶；在發(fā)熱線位置和發(fā)熱線上用尼龍?jiān)鷰Х謩e布置熱電偶；（9）用扎絲將鋼棒按照22 cm×22 cm 的設(shè)置間距綁扎固定于鋼筋網(wǎng)片角隅處，鋼棒為HRB335 級熱軋帶肋鋼筋，公稱直徑為16 mm，高度為4 cm；（10）往試模中澆注鋼纖維混凝土作為發(fā)熱線電加熱橋面導(dǎo)熱上面層， 將攪拌好的鋼纖維混凝土倒入試模中，控制鋼纖維混凝土導(dǎo)熱上面層厚度為5 cm，振搗、抹平，室外定期灑水養(yǎng)護(hù)28 d。

3.2 混凝土大板表面溫度分布均勻性

對于發(fā)熱線電加熱橋面鋪裝來講，橋表面溫度分布的均勻性很重要，當(dāng)橋表面能穩(wěn)定而均勻地產(chǎn)生熱量，橋面上的冰雪才會均勻、快速地融化，從而達(dá)到良好的融雪除冰效果，因此有必要對發(fā)熱線電加熱橋面表面溫度分布均勻性進(jìn)行試驗(yàn)研究。

發(fā)熱線電加熱橋面表面溫度分布的均勻性與發(fā)熱線的間距有很大的關(guān)系。 布設(shè)間距大，可以降低發(fā)熱線的用量，材料費(fèi)用減少，但橋表面溫差大，表面溫度分布均勻性差，會出現(xiàn)“條帶間隔”的情況，不利于行車安全；布設(shè)間距小，則橋面的鋪裝功率相應(yīng)地變大，可以縮短提前加熱的時(shí)長，提升融雪除冰的效果，然而材料費(fèi)用、加熱系統(tǒng)運(yùn)營成本將會提高，除此之外，還將加大發(fā)熱線鋪設(shè)的施工難度，增加施工費(fèi)用。 理論上，發(fā)熱線電加熱橋面表面最高溫度應(yīng)出現(xiàn)在發(fā)熱線上方的混凝土表面，而表面最低溫度出現(xiàn)在2 根發(fā)熱線中間上方的混凝土表面。 如圖5 所示，M1、M2、M3 為測試板表面最高溫度設(shè)置的3 個(gè)測點(diǎn)，N1、N2、N3 為測試板表面最低溫度的3 個(gè)測點(diǎn)，試驗(yàn)中取M1、M2、M3 的平均值和N1、N2、N3 的平均值分別作為某一時(shí)刻板表面最高和最低溫度。 試驗(yàn)在室外進(jìn)行，初始大氣溫度為17.1℃，風(fēng)力等級為3 級，板表面初始溫度為17.9℃，通電電壓為AC220 V， 輸入功率為280 W/m2， 通電后，使用熱電偶和數(shù)顯測溫儀測試板表面各測點(diǎn)溫度，試驗(yàn)中記錄每次各測點(diǎn)的溫度和大氣溫度的時(shí)間間隔為5 min，測試時(shí)長為5 h。

圖5 混凝土大板表面溫度測點(diǎn)布置

通過圖6 可以看出，混凝土大板表面溫升曲線大致呈上凸趨勢，前期升溫速率相對較快，隨著加熱的進(jìn)行，板結(jié)構(gòu)層內(nèi)存在著蓄熱，升溫速率放緩，板表面溫度場往平穩(wěn)狀態(tài)逐漸發(fā)展；當(dāng)升溫5 h 時(shí)，板表面溫升11.1℃；升溫過程中板表面最高溫差只有0.8℃，板表面溫度分布均勻性很好，可以很好地滿足發(fā)熱線電加熱橋面融雪除冰對橋表面溫度分布均勻性的要求。

圖6 混凝土大板表面溫度分布均勻性

由圖7 可以看出，混凝土大板表面的溫度分布曲線近似于正弦曲線，即溫度最高的點(diǎn)出現(xiàn)在發(fā)熱線之上的板表面，而溫度最低的點(diǎn)出現(xiàn)在相鄰發(fā)熱線正中間位置之上的板表面，也就是板表面上的點(diǎn)與發(fā)熱線在水平方向上的距離不同，則該點(diǎn)的溫度也不相同，溫度最高的點(diǎn)與發(fā)熱線在水平方向上的距離為0，溫度最低的點(diǎn)則是距離最遠(yuǎn)的點(diǎn)；板表面各點(diǎn)在通電早期（0～3 h）溫差相對較大，隨著升溫的進(jìn)行，到了后期（3～5 h）板表面各點(diǎn)的溫度差別不大。

圖7 混凝土大板表面測點(diǎn)不同時(shí)長的溫度變化

3.3 混凝土大板垂直方向溫度分布

如圖8 所示，A1、B1 為測試混凝土板表面最高溫度和最低溫度的2 個(gè)測點(diǎn)，A2、B2 為測試混凝土板內(nèi)部發(fā)熱線加熱層最高溫度和最低溫度的2 個(gè)測點(diǎn)，C2 為測試混凝土內(nèi)部發(fā)熱線表面溫度設(shè)置的測點(diǎn)，A3、B3 為測試陶?；炷磷锜釆A層與鋼筋混凝土下面層層間最高溫度和最低溫度的2 個(gè)測點(diǎn)， 試驗(yàn)中取A1、B1 的平均值、A2、B2 的平均值和A3、B3 的平均值分別作為某一時(shí)刻混凝土板表面、發(fā)熱線加熱層和阻熱夾層下表面的平均溫度。

圖8 混凝土大板垂直方向溫度測點(diǎn)布置

試驗(yàn)在室外進(jìn)行， 初始大氣溫度為15.3℃，風(fēng)力等級為3 級，板表面初始溫度為16.6℃，發(fā)熱線加熱層初始溫度為16.9℃，阻熱夾層與下面層層間初始溫度為17.2℃，加載電壓為AC220 V，輸入功率為280 W/m2，通電后，使用熱電偶和數(shù)顯測溫儀每隔5 min 測試1 次板表面及內(nèi)部各測點(diǎn)的溫度，以及大氣溫度，測試時(shí)長為5 h。

由圖9 可以看出，發(fā)熱線加熱層、板表面以及阻熱夾層下表面的溫升曲線均近似為凸曲線，加熱前期升溫速率較快，后期升溫速率變慢，混凝土板的溫度場逐漸趨于平穩(wěn)狀態(tài)；在加熱過程中，板表面的升溫速率與加熱層大致相等，而阻熱夾層下表面升溫速率明顯小于加熱層和板表面升溫速率，板表面的溫升曲線逐漸逼近加熱層溫升曲線，而阻熱夾層下表面溫升曲線相隔較遠(yuǎn)。

圖9 混凝土大板垂直方向升溫曲線

從圖10 可看出，相同時(shí)間下，板表面的溫度與加熱層溫度差別不大，而距加熱層垂直距離更近的阻熱夾層下表面的溫度遠(yuǎn)低于板表面溫度，反映出發(fā)熱線產(chǎn)生的熱量絕大部分是向上進(jìn)行傳導(dǎo)，傳向板表面，只有極少部分往下傳導(dǎo)，由此說明，鋼纖維混凝土上面層具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，而陶?；炷辆哂辛己玫淖锜崮芰?。

圖10 混凝土大板三層位不同時(shí)長溫度變化

3.4 風(fēng)速對混凝土大板表面溫升的影響

發(fā)熱線電加熱橋面加熱升溫過程中表面溫度會受到風(fēng)速的影響，無風(fēng)時(shí)橋表面與空氣是自然對流換熱，而有風(fēng)時(shí)則為強(qiáng)迫對流換熱，故有必要研究風(fēng)速對發(fā)熱線電加熱橋面表面溫升的影響。 試驗(yàn)采用可調(diào)節(jié)風(fēng)速的工業(yè)落地扇模擬橋表面不同風(fēng)力大小情況，使用手持式風(fēng)速測量儀測試風(fēng)速。 試驗(yàn)在室外進(jìn)行，調(diào)節(jié)電扇風(fēng)速大小，板加載電壓為AC220 V，輸入功率為280 W/m2，接通電源后，使用熱電偶和數(shù)顯測溫儀每隔5 min 測試板表面各測點(diǎn)溫度和大氣溫度，測試時(shí)長為5 h，試驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。

圖11 不同風(fēng)速下混凝土板表面升溫曲線

圖11（a）為風(fēng)力等級2 級條件下板表面溫升曲線，升溫5 h 時(shí)，板表面溫升14.0℃，升溫過程中，板表面最高溫差為0.9℃；圖11（b）、（c）則分別為3 級風(fēng)和4 級風(fēng)的條件下板表面溫度變化情況，升溫5 h時(shí)，板表面溫升幅值分別為12.2℃和10.3℃，升溫過程中板表面最大溫差分別為0.7℃和0.6℃。 由以上可知，混凝土板表面溫度分布均勻性很好，板表面最高溫差均不超過1℃， 風(fēng)速對板表面溫度分布均勻性影響不是很大；風(fēng)速對板表面的溫升幅度有一定的影響，相同輸入功率下，風(fēng)力等級提高一級，板表面溫升幅值約降低1.85℃。

4 結(jié)論

基于以上發(fā)熱線電加熱橋面室外升溫試驗(yàn)，具體結(jié)論如下：（1）碳纖維發(fā)熱線表面溫升幅值與輸入功率大致呈線性增長的關(guān)系。 對同一規(guī)格的碳纖維發(fā)熱線，發(fā)熱線表面最高溫度與電壓成正比、與長度成反比。 碳纖維發(fā)熱線的升溫過程大致可分為升溫迅速階段、緩慢升溫階段和升溫穩(wěn)定階段；通電后表面溫度能很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且輸入功率越大，表面升溫速率越快，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需時(shí)間越短，升溫穩(wěn)定時(shí)間在4～6 min；（2）發(fā)熱線電加熱混凝土板表面的溫升曲線大致呈上凸趨勢，前期升溫速率較快，隨著加熱的進(jìn)行，升溫速率放緩，表面溫度場趨于平穩(wěn)狀態(tài)； 板表面的溫度分布近似于正弦曲線，即發(fā)熱線正上方板表面的溫度最高，相鄰兩發(fā)熱線中間正上方板表面溫度最低； 板表面的溫差在通電早期相對較大，隨著加熱的進(jìn)行，后期板表面溫差不大；（3）發(fā)熱線電加熱混凝土板表面的升溫速率與發(fā)熱線加熱層相近，而阻熱夾層下表面的升溫速率要遠(yuǎn)小于板表面，表明發(fā)熱線產(chǎn)生的熱量絕大部分傳向了板表面，僅有極少部分向下傳導(dǎo)，由此顯示鋼纖維混凝土面層和陶?；炷翃A層分別具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和阻熱能力；（4）風(fēng)力等級越大，發(fā)熱線電加熱混凝土板表面的最大溫差減小，即表面的溫度分布均勻性更好，但風(fēng)速對表面的溫度分布均勻性影響很??；風(fēng)速對表面的溫升幅值影響較大，風(fēng)力等級每提高一級，表面的溫升幅值降低1～3℃。