CN106498826A - 基于激光约束汽化发泡聚合物的路面除冰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于激光约束汽化发泡聚合物的路面除冰方法，包括：(1)在未结冰的路面预先刷涂一层发泡有机聚合物涂层；(2)当路面上有冰层覆盖且冰层未被机械碾压时，输出脉冲激光束，使激光束穿透冰层聚焦于路面的发泡有机聚合物涂层上，解除冰层与发泡有机聚合物涂层的固态附着力；(3)横向移动激光束的聚焦位置，扫描轨迹间隔一定距离；(4)之后控制激光束纵向前进一段距离，回到步骤(3)进行横向扫描；(5)重复执行步骤(4)，实现路面上经过激光扫描的区域冰层碎裂；(6)通过传统扫雪铲车将破碎的冰渣扫除。本发明利用普通水泥或石质路线与涂层材料的熔点差异，除冰过程激光对路面本身无影响，实现了无损除冰。
Description
技术领域
本发明属于激光应用领域，具体涉及一种基于激光约束汽化发泡聚合物的路面除冰方法。
背景技术
冬季我国北方桥梁、人行道、公园广场等公共场地，经常发生结冰现象，影响交通安全，极易造成行人摔倒等事故。
为了消除冰雪危害，保证道路交通安全，国内外研究和应用了一些有效的预防和清除路面冰雪的方法，大致分为人工清除、撒融雪剂清除、机械清除、热力融雪、智能防冰除冰系统和路面涂层除冰等几类。目前，传统的人工机械除冰方法已经很难满足当前交通建设和社会发展的需求，信息化、智能化交通安全保障体系建设将是我国交通运输安全与应急保障领域未来的发展趋势。而新型的智能防冰除冰系统虽然能够较好的达到主动防治冰雪的效果，但其成本、技术两方面的原因约束了大范围推广使用的可能性。路面涂层技术施工简单，成本低，对路面及环境的影响较小，但是其除冰效果不好。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，基于激光约束汽化发泡聚合物原理，提供了一种除冰效果好、施工简单的的路面除冰方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种基于激光约束汽化发泡聚合物的路面除冰方法，包括如下步骤：
(1)在未结冰的路面预先刷涂一层发泡有机聚合物涂层，要求该发泡有机聚合物涂层对后续步骤中采用的激光束吸收率大于70％；该发泡有机聚合物涂层在路面无冰时刷涂或喷涂，涂层厚度0.01mm～1mm；
(2)当路面上有冰层覆盖且冰层未被机械碾压时，输出脉冲激光束，使激光束穿透冰层聚焦于路面的发泡有机聚合物涂层上，发泡有机聚合物涂层吸收激光后发生极速升温，通过调节激光工艺参数控制激光功率密度使得发泡有机聚合物涂层产生剧烈烧蚀汽化现象，产生的蒸汽压形成瞬间爆破冲击波，撑裂激光聚焦辐照作用区及附近热影响区的冰层，同时由于发泡有机聚合物涂层的热传导作用，将使得激光聚焦辐照作用区及附近热影响区的冰层与发泡有机聚合物涂层接触的界面发生薄层融化，即解除冰层与发泡有机聚合物涂层的固态附着力；
(3)横向移动激光束的聚焦位置，即使得激光束沿路面横向作轨迹扫描运动，扫描轨迹间隔一定距离，间隔距离小于等于激光聚焦辐照作用区及附近的热影响区宽度；
(4)之后控制激光束纵向前进一段距离，回到步骤(3)进行横向扫描；
(5)重复执行步骤(4)，实现路面上经过激光扫描的区域冰层碎裂；
(6)通过传统扫雪铲车将破碎的冰渣扫除。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明所述的基于激光约束汽化发泡聚合物的路面除冰方法，通过发泡有机聚合物涂层的吸收激光、快速升温、烧蚀汽化效应，巧妙利用包裹冰层的约束作用产生爆破冲击波，而破碎冰层，利用发泡有机聚合物涂层导热效应解除冰层与有机聚合物涂层的固态附着力，实现了路面的有效除冰。
2、本发明的基于激光约束汽化发泡聚合物的路面除冰方法利用普通水泥或石质路线与涂层材料的熔点差异，除冰过程激光对路面本身无影响，实现了无损除冰。
3、本发明所述的基于激光约束汽化发泡聚合物的路面除冰方法，激光束穿过“透明”冰层而实现除冰，与覆冰层厚度无关，因此多厚的冰都可以除。
4、本发明利用了发泡有机聚合物涂层对激光束的高吸收率特性，使得除冰所需的激光能量大大小于传统冰层直接吸收的激光除冰方法，激光器设备参数要求低，成本低，并且不会对路面造成损伤。
5、本发明采用激光扫描方法进行除冰，可以与传统除冰扫雪工程车辆集成在一体，相比传统机械除冰、人工除冰方法，实现了无接触除冰，快速、操作方便，特别适合于我国北方桥梁、人行道、公园广场等公共场地的除冰，也可以用于冷库、特种作业场地的激光快速防冰除冰。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供了一种基于激光约束汽化发泡聚合物的路面除冰方法，具体包括如下步骤：
(1)在未结冰的路面预先刷涂一层发泡有机聚合物涂层，要求该发泡有机聚合物涂层对后续步骤中采用的激光束吸收率大于70％；该发泡有机聚合物涂层可以在路面无冰时刷涂或喷涂，涂层厚度0.01mm～1mm；所述发泡有机聚合物是指添加有发泡剂的有机聚合物，也可以是本身就具有发泡功能的有机聚合物；
(2)当路面上有冰层覆盖时(要求冰层未被机械碾压，即冰层对激光保持“透明”)，输出脉冲激光束，使激光束穿透冰层聚焦于路面的发泡有机聚合物涂层上，发泡有机聚合物涂层吸收激光后发生极速升温(升温速率可达106～107℃/s)，通过调节激光工艺参数控制激光功率密度使得发泡有机聚合物涂层产生剧烈烧蚀汽化现象，产生的蒸汽压形成瞬间爆破冲击波，撑裂激光聚焦辐照作用区及附近热影响区的冰层，同时由于发泡有机聚合物涂层的热传导作用，将使得激光聚焦辐照作用区及附近热影响区的冰层与发泡有机聚合物涂层接触的界面发生薄层融化，即解除冰层与发泡有机聚合物涂层的固态附着力；
所述激光束的波长要求冰层对其衰减率小于0.1/m，即对该波长激光束可视作“透明”；
(3)横向移动激光束的聚焦位置，即使得激光束沿路面横向作轨迹扫描运动，扫描轨迹间隔一定距离(间隔距离小于等于激光聚焦辐照作用区及附近的热影响区宽度)；
(4)之后控制激光束纵向前进一段距离，回到步骤(3)进行横向扫描；纵向前进的距离要求小于等于激光聚焦辐照作用区及附近的热影响区宽度；
(5)重复执行步骤(4)，实现路面上经过激光扫描的区域冰层碎裂；
(6)通过传统扫雪铲车将破碎的冰渣扫除。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。
Claims (1)
1.一种基于激光约束汽化发泡聚合物的路面除冰方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在未结冰的路面预先刷涂一层发泡有机聚合物涂层，要求该发泡有机聚合物涂层对后续步骤中采用的激光束吸收率大于70％；该发泡有机聚合物涂层在路面无冰时刷涂或喷涂，涂层厚度0.01mm～1mm；
(2)当路面上有冰层覆盖且冰层未被机械碾压时，输出脉冲激光束，使激光束穿透冰层聚焦于路面的发泡有机聚合物涂层上，发泡有机聚合物涂层吸收激光后发生极速升温，通过调节激光工艺参数控制激光功率密度使得发泡有机聚合物涂层产生剧烈烧蚀汽化现象，产生的蒸汽压形成瞬间爆破冲击波，撑裂激光聚焦辐照作用区及附近热影响区的冰层，同时由于发泡有机聚合物涂层的热传导作用，将使得激光聚焦辐照作用区及附近热影响区的冰层与发泡有机聚合物涂层接触的界面发生薄层融化，即解除冰层与发泡有机聚合物涂层的固态附着力；
(3)横向移动激光束的聚焦位置，即使得激光束沿路面横向作轨迹扫描运动，扫描轨迹间隔一定距离，间隔距离小于等于激光聚焦辐照作用区及附近的热影响区宽度；
(4)之后控制激光束纵向前进一段距离，回到步骤(3)进行横向扫描；
(5)重复执行步骤(4)，实现路面上经过激光扫描的区域冰层碎裂；
(6)通过传统扫雪铲车将破碎的冰渣扫除。
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