近年,极端天气频发,冬季突降大雪会对城市道路交通造成重大影响,众多学者已对城市快速融冰(雪)技术进行诸多研究。目前常用的融雪化冰的方式主要有清除和融化等方法。但融雪化冰技术本身存在的不足使得它们在实际工程应用中受到了一定的限制,因此寻找安全、理想以及工程适用的热源或发热体成为加热融雪法的关键。本文采用了一种新型的融雪化冰材料-基于电磁热效应的发热混凝土技术,该技术具有升温快、无需养护,经久耐用、发热均匀、环保无污染的特点,且该技术目前在国内还没有详细报道,对于实际工程设计也没有相关的标准,所以开展这项技术的研究有着重要的现实意义和广阔的应用价值。本论文首先对常见电磁感应材料如铁块、钢球、铝箔纸等进行材料发热性能试验,在优选发热材料基础上将发热材料浇筑入混凝土形成电磁发热混凝土;对混凝土试件进行多组正交发热性能试验,最后在室内大型环境模型箱进行融冰效能试验。通过上述试验的进行,获得了基于电磁效应发热混凝土发热机制的基本理论资料,取得以下主要结论:(1)铁粉、钢渣颗粒间存在较大的空隙,不能形成有效的连续体而产生电磁热效应;铁球和空心铁球与电磁发热板充分接触部分较少,有效发热的面积距电磁发热器较远,不能产生电磁热效应;铝箔纸在表面存在趋肤效应,能够快速发热。(2)在其他条件相同的情况下,铁片的电磁发热速率存在最优厚度,约为3mm;1mm厚度铁片有效电磁感应材料较少,发热速率较慢;6mm厚度铁片,多余厚度吸收了一定热量,使铁片的发热速率减慢;在其他条件相同的情况下,随着铁片面积的增加,发热速率逐渐增加,但是增加量较小,即面积对发热速率影响较小;发热速率与电磁功率呈正相关;发热速率受材料形状影响不明显;铝箔纸发热的最小面积约为64cm~2,且其长宽比须达到3。(3)铁片混凝土与铝箔纸混凝土的发热速率及发热温度效果都较好,同等条件下,铝箔纸混凝土的发热效果略好于铁片混凝土;铝箔纸混凝土在制备时难度较高,试验时多次出现铝箔纸混凝土中的铝箔纸破裂,不能有效发热。(4)铁片混凝土的温度变化过程主要分为四个阶段:储能阶段、升温阶段、热量平衡阶段及降温阶段;铁片混凝土的升温阶段呈现二次函数,此阶段由于铁片电磁效应快速发热,混凝土升温速率较快;在热量平衡阶段,混凝土放出的热量与混凝土吸收铁片的热量基本相等,此阶段混凝土温度变化较小且持续时间短;之后,铁片和混凝土的温度逐渐相同,混凝土吸收铁片的热量减少,此时,混凝土吸收的热量小于放出的热量,直到混凝土只放热不再吸热,也即为混凝土的降温阶段;降温主要呈现一次函数的变化规律;预埋于混凝土的铁片的厚度和面积是影响混凝土发热效率的主要因素。(5)1mm×120mm×120mm的铁片混凝土升温最快且升温差值最大;加热时间达到30s时,各种规格的铁片混凝土均能达到融冰要求;预埋厚度较小铁片混凝土升温差值相对较大,融冰效果较好,但融冰范围亦较小;预埋相对厚度较大铁片的混凝土融冰范围较大,融冰时间长。外部环境对厚度较大的铁片混凝土的影响较小,厚度及面积越小铁片混凝土受外界的影响较大,且升温及融冰效果不稳定。(6)环境温度即接触温度越低,铁片混凝土的升温差越大,接触面能够产生更高的温度,但是融冰效果越差;增大加热时间能够有效提高铁片混凝土升温差值,融冰效果提高;加热时间与其升温差值及融冰效果呈现正相关,且为指数型增长。