[發(fā)明專利]一種壓電瀝青混凝土及其發(fā)電路面結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310660929.2
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103669151A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王朝輝;李彥偉;劉志勝;鄭晨;石鑫;趙永楨;高志偉;韓鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學(xué)
• 主分類號: E01C7/18
• 分類號: E01C7/18;E01C9/00;C04B26/26
• 代理公司: 西安恒泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 李婷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于瀝青混凝土領(lǐng)域，具體涉及一種壓電瀝青混凝土及其發(fā)電路面結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，我國道路工程建設(shè)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(jié)，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(yīng)力的作用下產(chǎn)生一定的應(yīng)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常可觀的動能與應(yīng)變能，若將此產(chǎn)生的動能與應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為電能，將帶來巨大的經(jīng)濟與社會效益。

國內(nèi)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(tǒng)，其主要是在普通的瀝青混凝土路面中埋設(shè)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(zhuǎn)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(chǎn)生有用功的發(fā)電方法和裝置，他通過在道路力埋設(shè)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(zhuǎn)化電能，將其收集利用。近年來，國內(nèi)一些科研工作者在道路旁邊設(shè)置電磁線圈，在道路中開挖并預(yù)埋設(shè)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(zhuǎn)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(shè)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(fù)利用。上述路面發(fā)電是發(fā)電元件在發(fā)電，而不是瀝青路面本身在發(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(shè)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(lǐng)域急需解決的技術(shù)問題是提供一種不影響路面性能、發(fā)電性能較好的發(fā)電瀝青混凝土，開發(fā)一條屬于中國的資源節(jié)約型道路。

中國發(fā)明專利“一種壓電陶瓷-瀝青復(fù)合壓電材料”（公布號：CN103011695A）中公開了一種復(fù)合壓電材料，這種復(fù)合材料突破了現(xiàn)有有機體物質(zhì)的類型限制，實現(xiàn)利用壓電陶瓷瀝青復(fù)合材料將路面廢棄的能量轉(zhuǎn)化為電能。這種復(fù)合材料中瀝青只占其很小的比例，瀝青作為壓電材料的粘結(jié)材料使用，在道路工程應(yīng)用中到遇到如下困難：

（A）現(xiàn)有道路工程瀝青路面施工的溫度在150～180℃，壓電陶瓷-瀝青復(fù)合壓電材料在該溫度下，由于瀝青的軟化而變形，其壓電效應(yīng)等性能均會發(fā)生不可預(yù)測的變化。

（B）壓電陶瓷-瀝青復(fù)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(yīng)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(yīng)難以發(fā)揮，其對路面能量的收集效率低。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種壓電瀝青混凝土，從壓電效應(yīng)產(chǎn)生的機理出發(fā)，研發(fā)具有壓電效應(yīng)的瀝青混凝土，并開發(fā)基于壓電混凝土的發(fā)電路面結(jié)構(gòu)，將其用于道路能量收集系統(tǒng)，為我國環(huán)保節(jié)能道路的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

本發(fā)明的另一個目的是解決發(fā)電瀝青混凝土電能收集問題，提供兩種發(fā)電路面結(jié)構(gòu)，針對發(fā)電瀝青混凝土不同的電能產(chǎn)生機理，壓電體必須采用不同的電能收集方式，通過壓電瀝青混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，滿足發(fā)電路面內(nèi)部能量收集問題。

為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種壓電瀝青混凝土，以重量份數(shù)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(dǎo)電材料1～2份，瀝青3～5份，原料份數(shù)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(dǎo)電材料采用石墨；

所述的瀝青采用SBS改性瀝青、道路石油瀝青、PE改性瀝青、SBR改性瀝青或膠粉改性瀝青。

一種基于壓電瀝青混凝土的發(fā)電路面結(jié)構(gòu)，包括基礎(chǔ)瀝青混凝土層和基礎(chǔ)瀝青混凝土層上面的表面瀝青混凝土層，在基礎(chǔ)瀝青混凝土層和表面瀝青混凝土層之間設(shè)置有壓電瀝青混凝土層，在壓電瀝青混凝土層內(nèi)的兩條輪跡分布帶上各自嵌入有電流采集端；

所述的電流采集端包括兩條平行導(dǎo)線，兩條平行導(dǎo)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(dǎo)線中的一條導(dǎo)線相連，相鄰棒狀電極交替連接在兩條平行導(dǎo)線上；

電流采集端的兩條平行導(dǎo)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；

所述的壓電瀝青混凝土層以重量份數(shù)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(dǎo)電材料1～2份，瀝青3～5份，原料份數(shù)總和為100份；