[发明专利]一种压电沥青混凝土及其发电路面结构

说明书

技术领域

本发明属于沥青混凝土领域，具体涉及一种压电沥青混凝土及其发电路面结构。

背景技术

随着经济快速发展，我国道路工程建设逐步完善，到2012年底我国公路总里程已达423万公里。从开放交通到寿命总结，路面将承受几十万次甚至几百万次的车辆荷载，路面将在应力的作用下产生一定的应变、位移、一定频率的振动，路面将将从车辆荷载、自身重力的做功中获得非常可观的动能与应变能，若将此产生的动能与应变能转化为电能，将带来巨大的经济与社会效益。

国内已有部分发电路面，其研究成果主要分为以下三类:2008年，以色列某公司研制出了一套基于压电换能器的路面能量收集系统，其主要是在普通的沥青混凝土路面中埋设了大量的压电晶体，并将这些压电晶体以某种形式链接起来，当汽车通过时，行车荷载带来的机械能就会转化为电能，将这些电能收集利用。2009年，Le Van公开了一种利用交通工具的重量来产生有用功的发电方法和装置，他通过在道路力埋设一些装满液体的可变形体，汽车通过时可引起液体的位置变化所带来的势能转化电能，将其收集利用。近年来，国内一些科研工作者在道路旁边设置电磁线圈，在道路中开挖并预埋设发电电棒，汽车通过时，通过振动或摩擦使发电电棒运动切割电磁线圈的磁感线，从而将部分行车荷载转化为电能，将其进行收集利用。将压电晶体、液体可变形体埋设到路面中，很难保证压电晶体在路面施工时不被破坏，并且不容易被重复利用。上述路面发电是发电元件在发电，而不是沥青路面本身在发电。上述利用切割磁感线的发电路面，在发电电棒布设时，会对路面造成一定程度的破坏，极易引起路面水损害等。因此，在路面发电领域急需解决的技术问题是提供一种不影响路面性能、发电性能较好的发电沥青混凝土，开发一条属于中国的资源节约型道路。

中国发明专利“一种压电陶瓷-沥青复合压电材料”（公布号：CN103011695A）中公开了一种复合压电材料，这种复合材料突破了现有有机体物质的类型限制，实现利用压电陶瓷沥青复合材料将路面废弃的能量转化为电能。这种复合材料中沥青只占其很小的比例，沥青作为压电材料的粘结材料使用，在道路工程应用中到遇到如下困难：

（A）现有道路工程沥青路面施工的温度在150～180℃，压电陶瓷-沥青复合压电材料在该温度下，由于沥青的软化而变形，其压电效应等性能均会发生不可预测的变化。

（B）压电陶瓷-沥青复合压电材料用于制作压电陶瓷片，压电陶瓷片在道路工程中应用过程中，受行车荷载使路面形变形成的弯沉盆的影响，压电片在行车荷载作用下的形变很小，压电效应难以发挥，其对路面能量的收集效率低。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种压电沥青混凝土，从压电效应产生的机理出发，研发具有压电效应的沥青混凝土，并开发基于压电混凝土的发电路面结构，将其用于道路能量收集系统，为我国环保节能道路的发展奠定基础。

本发明的另一个目的是解决发电沥青混凝土电能收集问题，提供两种发电路面结构，针对发电沥青混凝土不同的电能产生机理，压电体必须采用不同的电能收集方式，通过压电沥青混凝土结构优化设计，满足发电路面内部能量收集问题。

为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种压电沥青混凝土，以重量份数计，由以下原料组成：集料83～90份，矿粉4～6份，压电材料2～4份，导电材料1～2份，沥青3～5份，原料份数总和为100份；

所述的集料采用花岗岩、玄武岩、辉绿岩或石灰岩；

所述的矿粉采用花岗岩粉、玄武岩粉、辉绿岩粉或石灰岩粉；

所述的压电材料采用电气石；

所述的导电材料采用石墨；

所述的沥青采用SBS改性沥青、道路石油沥青、PE改性沥青、SBR改性沥青或胶粉改性沥青。

一种基于压电沥青混凝土的发电路面结构，包括基础沥青混凝土层和基础沥青混凝土层上面的表面沥青混凝土层，在基础沥青混凝土层和表面沥青混凝土层之间设置有压电沥青混凝土层，在压电沥青混凝土层内的两条轮迹分布带上各自嵌入有电流采集端；

所述的电流采集端包括两条平行导线，两条平行导线之间分布有多个棒状电极，每个棒状电极只与两条平行导线中的一条导线相连，相邻棒状电极交替连接在两条平行导线上；

电流采集端的两条平行导线与整流电路相连，整流电路通过直流换能器与蓄电池相连；

所述的压电沥青混凝土层以重量份数计，由以下原料组成：集料83～90份，矿粉4～6份，压电材料2～4份，导电材料1～2份，沥青3～5份，原料份数总和为100份；