隧道除冰原理

由于隧道顶壁拱与拱之间存在缝隙，不同程度的漏水、滴水、渗水等现象是铁路隧道普遍存在的一个问题，当冬季气温较低时，铁路隧道内拱顶、侧壁因渗水凝结成冰柱，当拱顶冰柱长度过长侵入到铁路隧道中架设的高压接触网放电区域时，就会发生放电，造成牵引变电所跳闸断电，中断列车运行，严重时会烧断承力索和接触网设备，给铁路供电安全和运输安全带来了极大的隐患和威胁。

迄今为止，铁路隧道除冰的主要方法是热力融冰和人工打冰。热力融冰方法是通过电热带将电能转化为热能，加上温控装置实现自动加热温控，通过升高温度达到融冰效果。这种方法虽然能有效的消除冰柱，但由于隧道数目多、结冰点密度大，所需热能的耗电量巨大而不经济，因此目前的投入使用率并不高。人工打冰是现在绝大多数铁路隧道除冰所采用的方法，除冰工人要用铁镐逐一打掉隧道顶部的冰柱。这种方法冬季每天作业数次，每次持续时间长，隧道拱顶高度高，隧道风力大，导致此方法工作难度大、环境恶劣、并伴有很大危险。因此，研制安全有效的除冰方式代替人工除冰具有较好的应用前景和实用意义。本文采用超疏水性不沾冰涂料降低衬垫表面与冰的粘结力的原理，可有效的解决隧道拱顶结冰问题。

不沾冰涂料原理，水在固体物质表面结冰的原因是在较低温度条件下，大气中的水蒸汽被固体物质捕获或者物质表面的有水停留，只要空气温度条件达到冰点，水结冰的现象便一定会发生。防止水结冰的方法一是升高水的温度，

二是在水中加入化学物质使混合物的冰点升高，

三是减少水与固体物质表面的接触面积和接触时间。而前两种方法在天然地下水达到冰点后都不能解決结冰的问题，故防结冰的有效方法是在水变成冰的结晶时间内，使水快速离开材料表面。

不沾冰涂料的原理并不是完全不覆冰，而是不易结冰和易于除冰。不易结冰是水分子在涂料表面呈圆球状分布，减小水与固体物质的接触面积，接触面积的减少一方面使得水与固体物质之间的热交换减少，

二是使得水在固体表面不易附着更容易滑落。易于除冰是指与冰和基地固体物质之间的粘附力相比，冰与不沾冰涂料表面的粘附力大大降低，可使冰在自然力或者较小的机械外力作用下极易脱落。

2004年5月12日，在德国法兰克福举办的12国汽车工程学会“未来的除冰技术”专业委员会的报告中，WearlonSuperF-1被认为是减少结冰的最佳非消耗资源型涂料。经研究表明，WearlonSuperF-1有极强的防冰性能，同时与水有着很高的接触角，能够有效阻止垂冰的积累变大，能充分减少冰、雪在其表面的粘附力便于使用和清理环保有优秀的表面防护能力，WearlonSuperF-1是环氧有机硅涂料，具有独特的粘附性能，可广泛应用于木材，混凝土，玻璃纤维，金属制品，绝大多数塑料制品，包括环氧基材料制品，聚氨酯材料制品，醇酸树脂材料制品等。WearlonSuperF-1在室温即可干固，如果为达最好效果，在温暖太阳下使用可以更快干固并得更坚硬表面。

WearlonSuperF-1涂料的实验测定，通过实验室模拟低温隧道涂抹WearlonSuperF-1涂料除冰的实验测定，该涂料不仅能够有效的去除隧道拱顶过长冰柱，并且能多数基底的使用寿命，使用常规设备就可以涂抹施工，单位面积用量少。快速干固后可具有防水、防沙土、防化学溶剂、防盐、抗低温和高温的优良性能，有效解决了冬季铁路隧道拱顶因渗水所结冰柱过长而威胁接触网设备安全问题。

当前铁路隧道拱顶冰柱去除的现有方法存在高能耗，难度大，除冰效果不佳等现实问题。而本文中选取的WearlonSuperF-1不沾冰涂料能有效减小水与基底的接触时间以及冰与基底的粘附力，通过冰柱的重力大于冰柱基底的附着力使冰柱自行坠落而达到除冰目的，相对于传统的电热融冰和人工打冰方式，大大的节约了电能损耗和人力。在资源有限的今天，如何节约能源、降低能耗、安全作业是铁路隧道除冰发展的方向，而本文中使用防冰涂层将实现铁路隧道除冰技术巨大转变。