一種壓電瀝青混凝土及其發(fā)電路面結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種壓電瀝青混凝土，以重量份數計，由以下原料組成：集料83～90份，礦粉4～6份，壓電材料2～4份，導電材料1～2份，瀝青3～5份，原料份數總和為100份；本發(fā)明還提供了兩種基于壓電瀝青混凝土的發(fā)電路面結構，該路面結構采用壓電瀝青混凝土與棒狀電極或者金屬網電極配合實現電能的收集。本發(fā)明的壓電瀝青混凝土層經濟性良好，適合大規(guī)模推廣應用。
【專利說明】一種壓電瀝青混凝土及其發(fā)電路面結構
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于浙青混凝土領域，具體涉及一種壓電浙青混凝土及其發(fā)電路面結構。【背景技術】
[0002]隨著經濟快速發(fā)展，我國道路工程建設逐步完善，到2012年底我國公路總里程已達423萬公里。從開放交通到壽命總結，路面將承受幾十萬次甚至幾百萬次的車輛荷載，路面將在應力的作用下產生一定的應變、位移、一定頻率的振動，路面將將從車輛荷載、自身重力的做功中獲得非?？捎^的動能與應變能，若將此產生的動能與應變能轉化為電能，將帶來巨大的經濟與社會效益。
[0003]國內已有部分發(fā)電路面，其研究成果主要分為以下三類:2008年，以色列某公司研制出了一套基于壓電換能器的路面能量收集系統，其主要是在普通的浙青混凝土路面中埋設了大量的壓電晶體，并將這些壓電晶體以某種形式鏈接起來，當汽車通過時，行車荷載帶來的機械能就會轉化為電能，將這些電能收集利用。2009年，Le Van公開了一種利用交通工具的重量來產生有用功的發(fā)電方法和裝置，他通過在道路力埋設一些裝滿液體的可變形體，汽車通過時可引起液體的位置變化所帶來的勢能轉化電能，將其收集利用。近年來，國內一些科研工作者在道路旁邊設置電磁線圈，在道路中開挖并預埋設發(fā)電電棒，汽車通過時，通過振動或摩擦使發(fā)電電棒運動切割電磁線圈的磁感線，從而將部分行車荷載轉化為電能，將其進行收集利用。將壓電晶體、液體可變形體埋設到路面中，很難保證壓電晶體在路面施工時不被破壞，并且不容易被重復利用。上述路面發(fā)電是發(fā)電元件在發(fā)電，而不是浙青路面本身在發(fā)電。上述利用切割磁感線的發(fā)電路面，在發(fā)電電棒布設時，會對路面造成一定程度的破壞，極易引起路面水損害等。因此，在路面發(fā)電領域急需解決的技術問題是提供一種不影響路面性能、發(fā)電性能較好的發(fā)電浙青混凝土，開發(fā)一條屬于中國的資源節(jié)約型道路。
[0004]中國發(fā)明專利“一種壓電陶瓷-浙青復合壓電材料”(公布號:CN103011695A)中公開了一種復合壓電材料，這種復合材料突破了現有有機體物質的類型限制，實現利用壓電陶瓷浙青復合材料將路面廢棄的能量轉化為電能。這種復合材料中浙青只占其很小的比例，浙青作為壓電材料的粘結材料使用，在道路工程應用中到遇到如下困難:
[0005](A)現有道路工程浙青路面施工的溫度在150?180°C，壓電陶瓷-浙青復合壓電材料在該溫度下，由于浙青的軟化而變形，其壓電效應等性能均會發(fā)生不可預測的變化。
[0006](B)壓電陶瓷-浙青復合壓電材料用于制作壓電陶瓷片，壓電陶瓷片在道路工程中應用過程中，受行車荷載使路面形變形成的彎沉盆的影響，壓電片在行車荷載作用下的形變很小，壓電效應難以發(fā)揮，其對路面能量的收集效率低。
【發(fā)明內容】
[0007]針對現有技術中存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種壓電浙青混凝土，從壓電效應產生的機理出發(fā)，研發(fā)具有壓電效應的浙青混凝土，并開發(fā)基于壓電混凝土的發(fā)電路面結構，將其用于道路能量收集系統，為我國環(huán)保節(jié)能道路的發(fā)展奠定基礎。
[0008]本發(fā)明的另一個目的是解決發(fā)電浙青混凝土電能收集問題，提供兩種發(fā)電路面結構，針對發(fā)電浙青混凝土不同的電能產生機理，壓電體必須采用不同的電能收集方式，通過壓電浙青混凝土結構優(yōu)化設計，滿足發(fā)電路面內部能量收集問題。
[0009]為了實現上述任務，本發(fā)明采用如下技術方案予以實現:
[0010]一種壓電浙青混凝土，以重量份數計，由以下原料組成:集料83?90份，礦粉4?6份，壓電材料2?4份，導電材料1?2份，浙青3?5份，原料份數總和為100份；
[0011]所述的集料采用花崗巖、玄武巖、輝綠巖或石灰?guī)r；
[0012]所述的礦粉采用花崗巖粉、玄武巖粉、輝綠巖粉或石灰?guī)r粉；
[0013]所述的壓電材料采用電氣石；
[0014]所述的導電材料采用石墨；
[0015]所述的浙青采用SBS改性浙青、道路石油浙青、PE改性浙青、SBR改性浙青或膠粉改性浙青。
[0016]一種基于壓電浙青混凝土的發(fā)電路面結構，包括基礎浙青混凝土層和基礎浙青混凝土層上面的表面浙青混凝土層，在基礎浙青混凝土層和表面浙青混凝土層之間設置有壓電浙青混凝土層，在壓電浙青混凝土層內的兩條輪跡分布帶上各自嵌入有電流采集端；
[0017]所述的電流采集端包括兩條平行導線，兩條平行導線之間分布有多個棒狀電極，每個棒狀電極只與兩條平行導線中的一條導線相連，相鄰棒狀電極交替連接在兩條平行導線上；
[0018]電流采集端的兩條平行導線與整流電路相連，整流電路通過直流換能器與蓄電池相連；
[0019]所述的壓電浙青混凝土層以重量份數計，由以下原料組成:集料83?90份，礦粉4?6份，壓電材料2?4份，導電材料1?2份，浙青3?5份，原料份數總和為100份；
[0020]所述的集料采用花崗巖、玄武巖、輝綠巖或石灰?guī)r；
[0021]所述的礦粉采用花崗巖粉、玄武巖粉、輝綠巖粉或石灰?guī)r粉；
[0022]所述的壓電材料采用電氣石；
[0023]所述的導電材料采用石墨；
[0024]所述的浙青采用SBS改性浙青、道路石油浙青、PE改性浙青、SBR改性浙青或膠粉改性浙青。
[0025]所述的相鄰棒狀電極之間的距離為10cm。
[0026]一種基于壓電浙青混凝土的發(fā)電路面結構，包括基礎浙青混凝土層和基礎浙青混凝土層上面的表面浙青混凝土層，在基礎浙青混凝土層和表面浙青混凝土層之間設置有壓電浙青混凝土層，壓電浙青混凝土層的上表面的兩條輪跡分布帶上和壓電浙青混凝土層的下表面的兩條輪跡分布帶上各自鋪設有金屬網電極，金屬網電極通過導線與整流電路相連，整流電路通過直流換能器與蓄電池相連；
[0027]所述的壓電浙青混凝土層以重量份數計，由以下原料組成:集料83?90份，礦粉4?6份，壓電材料2?4份，導電材料1?2份，浙青3?5份，原料份數總和為100份；
[0028]所述的集料采用花崗巖、玄武巖、輝綠巖或石灰?guī)r；
[0029]所述的礦粉采用花崗巖粉、玄武巖粉、輝綠巖粉或石灰?guī)r粉；[0030]所述的壓電材料采用電氣石；
[0031]所述的導電材料采用石墨；
[0032]所述的浙青采用SBS改性浙青、道路石油浙青、PE改性浙青、SBR改性浙青或膠粉改性浙青。
[0033]所述的金屬網電極的網格大小為(3?5) mmX (3?5) mm的矩形網格。
[0034]所述的基礎浙青混凝土層、壓電浙青混凝土層和表面浙青混凝土層之間的厚度比例為 6:2.5:4。
[0035]本發(fā)明與現有技術相比，有益的技術效果是:
[0036](I)經濟性良好?，F有壓電材料多為復合材料，價格昂貴且加工工藝復雜。本發(fā)明中電氣石、集料、石墨等材料在我國儲存量大，市場價格低廉，本發(fā)電路面適合在大范圍內推廣應用。
[0037]( II )發(fā)電量大。本發(fā)明設計在道路行車道輪跡分布帶下，可沿道路軸線縱向延伸，與現有發(fā)電技術局部挖坑填補式相比，采集的行車荷載更多，收集到的電能更多。
[0038](III)結構合理。發(fā)電路面采用上、中、下三層結構形式，與我國現有浙青路面較為相似，繼承了現有浙青路面的路用性能良好，安全舒適等特點。
[0039](IV)施工方便。本發(fā)明按照結構進行分層施工，能夠充分的保證施工質量與進度。
[0040]以下結合實施例對本發(fā)明的具體內容作進一步詳細地說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]圖1是第一種基于壓電浙青混凝土的發(fā)電路面結構的整體結構示意圖。
[0042]圖2是第二種基于壓電浙青混凝土的發(fā)電路面結構的整體結構示意圖。
[0043]圖中各個標號的含義為:1-基礎浙青混凝土層，2-表面浙青混凝土層，3-壓電浙青混凝土層，4-電流采集端，5-導線，6-棒狀電極，7-整流電路，8-直流換能器，9-蓄電池，10-金屬網電極。
【具體實施方式】
[0044]當浙青混凝土路面在行車荷載作用下，會產生一定的彎沉，浙青混凝土內部產生不同的變形而引起內部應力的變化，在浙青混凝土的表面產生符號相反的電荷，借助常規(guī)壓電環(huán)能器的電能收集措施就將這些電能收集。然而，浙青混凝土自身不具備壓電效應，并且浙青混凝土是絕緣體，這不利于其內部電荷的定向移動。
[0045]遵從上述技術方案，下述實施例給出一種壓電浙青混凝土，以重量份數計，由以下原料組成:集料83?90份，礦粉4?6份，壓電材料2?4份，導電材料1?2份，浙青3?5份，原料份數總和為100份；
[0046]所述的集料采用花崗巖、玄武巖、輝綠巖或石灰?guī)r；
[0047]所述的礦粉采用花崗巖粉、玄武巖粉、輝綠巖粉或石灰?guī)r粉；
[0048]所述的壓電材料采用電氣石；
[0049]所述的導電材料采用石墨；
[0050]所述的浙青采用SBS改性浙青、道路石油浙青、PE改性浙青、SBR改性浙青或膠粉改性浙青。[0051]材料規(guī)格:
[0052]集料的粒徑在0.075~19mm范圍內；
[0053]電氣石的細度在200~325目范圍內；
[0054]礦粉為粒徑小于0.075的粉末。
[0055]以下給出本發(fā)明的具體實施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實施例，凡在本申請技術方案基礎上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護范圍。
[0056]實施例1:
[0057]本實施例給出一種壓電浙青混凝土，以重量份數計，由以下原料組成:石灰?guī)r83kg，石灰?guī)r粉6kg，電氣石4kg，石墨2kg，SBS改性浙青5kg。
[0058]實施例2:
[0059]本實施例給出一種壓電浙青混凝土，以重量份數計，由以下原料組成:石灰?guī)r85kg，石灰?guī)r粉5kg，電氣石4kg，石墨2kg，道路石油浙青4kg。
[0060]實施例3:
[0061]本實施例給出一種壓電浙青混凝土，以重量份數計，由以下原料組成:花崗巖89kg，花崗巖粉4kg，電氣石2kg，石墨1kg，PE改性浙青4kg。
[0062]實施例4:
[0063]本實施例給出一種壓電浙青混凝土，以重量份數計，由以下原料組成:玄武巖87kg,玄武巖粉6kg,電氣石3kg,石墨1kg, SBR改性浙青3kg。
[0064]實施例5:
[0065]本實施例給出一種壓電浙青混凝土，以重量份數計，由以下原料組成:輝綠巖90kg,輝綠巖粉4kg,電氣石2kg,石墨1kg,膠粉改性浙青3kg。
[0066]上述實施例的壓電浙青混凝土的制備方法:將集料、礦粉和浙青在拌和機中進行拌至均勻，再加入壓電材料和導電材料攪拌至均勻即可。應用時將拌和完畢的壓電浙青混凝土運輸到施工現場，利用攤鋪機進行攤鋪、碾壓。
[0067]性能測試:
[0068]為了驗證上述實施例的性能，將上述實施例中的壓電浙青混凝土制備成AC-13浙青混凝土，按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)進行發(fā)電路面的相關性能試驗。本發(fā)明不限于AC-13，還適用于制備成GAC、0GFC、SMA類型。試驗所采用的AC-13型混凝土級配如表1，壓電材料電氣石的基本性能參數見表2。
[0069]表1AC-13型浙青混凝土礦料合成級配
[0070]
【權利要求】
1.一種壓電浙青混凝土，其特征在于，以重量份數計，由以下原料組成:集料83~90份，礦粉4~6份，壓電材料2~4份，導電材料1~2份，浙青3~5份，原料份數總和為100 份；所述的集料采用花崗巖、玄武巖、輝綠巖或石灰?guī)r；所述的礦粉采用花崗巖粉、玄武巖粉、輝綠巖粉或石灰?guī)r粉；所述的壓電材料采用電氣石；所述的導電材料采用石墨；所述的浙青采用SBS改性浙青、道路石油浙青、PE改性浙青、SBR改性浙青或膠粉改性浙青。
2.一種基于壓電浙青混凝土的發(fā)電路面結構，包括基礎浙青混凝土層(1)和基礎浙青混凝土層(1)上面的表面浙青混凝土層(2)，其特征在于，在基礎浙青混凝土層(1)和表面浙青混凝土層(2)之間設置有壓電浙青混凝土層(3)，在壓電浙青混凝土層(3)內的兩條輪跡分布帶上各自嵌入有電流采集端(4)；所述的電流采集端(4)包括兩條平行導線(5)，兩條平行導線(5)之間分布有多個棒狀電極(6)，每個棒狀電極(6)只與兩條平行導線(5)中的一條導線(5)相連，相鄰棒狀電極 (6)交替連接在兩條平行導線(5)上；電流采集端(4)的兩條平行導線(5)與整流電路(7)相連，整流電路(7)通過直流換能器(8)與蓄電池(9)相連；所述的壓電浙青混凝土層(3)以重量份數計，由以下原料組成:集料83~90份，礦粉4~6份，壓電材料2~4份，導電材料1~2份，浙青3~5份，原料份數總和為100份；所述的集料采用花崗巖、玄武巖、輝綠巖或石灰?guī)r；所述的礦粉采用花崗巖粉、玄武巖粉、輝綠巖粉或石灰?guī)r粉；所述的壓電材料采用電氣石；所述的導電材料采用石墨；所述的浙青采用SBS改性浙青、道路石油浙青、PE改性浙青、SBR改性浙青或膠粉改性浙青。
3.如權利要求2所述的基于壓電浙青混凝土的發(fā)電路面結構，其特征在于，所述的相鄰棒狀電極(6)之間的距離為10cm。
4.一種基于壓電浙青混凝土的發(fā)電路面結構，包括基礎浙青混凝土層(1)和基礎浙青混凝土層(1)上面的表面浙青混凝土層(2)，其特征在于，在基礎浙青混凝土層(1)和表面浙青混凝土層(2)之間設置有壓電浙青混凝土層(3)，壓電浙青混凝土層(3)的上表面的兩條輪跡分布帶上和壓電浙青混凝土層(3 )的下表面的兩條輪跡分布帶上各自鋪設有金屬網電極(10 )，金屬網電極(10 )通過導線(5 )與整流電路(7 )相連，整流電路(7 )通過直流換能器(8)與蓄電池(9)相連；所述的壓電浙青混凝土層(3)以重量份數計，由以下原料組成:集料83~90份，礦粉4~6份，壓電材料2~4份，導電材料1~2份，浙青3~5份，原料份數總和為100份；所述的集料采用花崗巖、玄武巖、輝綠巖或石灰?guī)r；所述的礦粉采用花崗巖粉、玄武巖粉、輝綠巖粉或石灰?guī)r粉；所述的壓電材料采用電氣石；所述的導電材料采用石墨；所述的浙青采用SBS改性浙青、道路石油浙青、PE改性浙青、SBR改性浙青或膠粉改性浙青。
5.如權利要求4所述的基于壓電浙青混凝土的發(fā)電路面結構，其特征在于，所述的金屬網電極(10)的網格大小為(3~5)mmX (3~5)mm的矩形網格。
6.如權利要求2至權利要求5任意一項權利要求所述的基于壓電浙青混凝土的發(fā)電路面結構，其特征在于，所述的基礎浙青混凝土層(1 )、壓電浙青混凝土層(3)和表面浙青混凝土層(2)之間的厚度比例為6:2.5:4。
【文檔編號】E01C9/00GK103669151SQ201310660929
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權日:2013年12月9日
【發(fā)明者】王朝輝, 李彥偉, 劉志勝, 鄭晨, 石鑫, 趙永楨, 高志偉, 韓鋒 申請人:長安大學