[发明专利]一种一体化路面自发电装置及其制备方法

说明书

本发明属于道路工程绿色能源收集利用领域，具体涉及一体化路面自发电装置及其制备方法。制备方法为：1)使用压电材料、基体材料、水和外加剂制备压电骨料；2)将工程建设用废弃渣土、水泥、压电骨料、水和外加剂制备得到压电流态水泥土填料；3)铺设下绝缘层，埋置电线，浇筑压电流态水泥土填料并养护至设计龄期，再铺设上绝缘层和防水层，然后将电线接入压电能源回收储存装置，即得一体化路面自发电装置。本发明的技术方案成本低廉、绿色环保，可应用于偏远地区的建筑工程项目的工程检测、临时照明、安全监控等设备供电，对促进公路交通建设领域能源收集再利用，建筑行业的碳高峰和碳中和具有重要意义。

技术领域

本发明属于道路工程绿色能源收集利用领域，具体涉及一体化路面自发电装置及其制备方法。

背景技术

随着社会经济水平的高速发展，世界各国对能源的消费和需求与日俱增，而传统化石能源却日渐枯竭，加之全球变暖、环境污染等因素的影响，因此世界上许多国家早已把发展清洁能源、可再生能源和节约能源列入能源战略中，即尽量使用清洁能源、可再生能源(如水能、太阳能、风能、生物能和潮汐能等)和可回收能源(如地热、余热、废气、机械振动能等)。统计数据显示，中国的综合能源利用效率仅达到33％，与发达国家相比显然是非常低的。中国能源的增长速度和消耗速度存在着严重的不平衡，存在非常大的节能潜力。发展相关领域的科学技术以新能源替代传统能源已经成为人们的必然选择，加大各种能量的回收利用的力度，提高能源利用的效率，是解决中国能源问题有效的途径。

路面在车辆作用下会产生应力、应变、位移和振动，这些响应会产生应变能，可以通过压电效应转化成电能回收利用。而现有的压电路面主要是混凝土面板浇筑完成后二次开挖埋置压电元器件构成，存在压电器件与基体混凝土协调工作性差较差，能源收集效率较低等问题。因此迫切的需要一种制作简单、各组分协调性强、能量转化效率高的路面自发电装置。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种一体化自发电路面发电装置及其制备方法，以解决现有的压电路面需进行二次开挖，还存在压电器件与基体混凝土协调工作性差较差，能源收集效率较低等问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种一体化路面自发电装置的制备方法，包括以下步骤：

1)将压电材料和基体材料混合，超声分散得到混合干粉，加入水和外加剂，得到均匀复合体，将均匀复合体进行真空养护后破碎成颗粒，再进行极化即得压电骨料；

2)将工程建设用废弃渣土、水泥和压电骨料混合并进行干拌，再加入水和外加剂，混合得到压电流态水泥土填料(101)；

3)铺设下绝缘层(102)后埋置电线(106)，浇筑压电流态水泥土填料(101)并养护至设计龄期，再铺设上绝缘层(103)和防水层(104)，然后将电线(106)接入压电能源回收储存装置(105)，即得一体化路面自发电装置。

优选的，步骤1)中各原料以重量份计为：压电材料50～65份、基体材料10～20份、水15～30份、外加剂7～11份；所述压电骨料为0-3型压电复合材料，粒径5～25mm。

优选的，步骤1)中，超声分散的超声频率为19～30kHz；真空养护的真空度为20～75kPa，养护的时间为3～28d；极化方法为热极化法，条件为：极化温度为70～120℃，极化电压为2～5kV/mm，极化时间为20～50min。

优选的，所述压电材料为粉末状，包含锆钛酸铅压电陶瓷、锆钛酸钡压电陶瓷或经碳纳米管改性的锆钛酸铅压电陶瓷；所述基体材料包含水泥、粉煤灰或高炉矿粉。

优选的，步骤2)中，各原料以重量份计为：工程建设用的废弃渣土30～50份、水泥5～20份、水15～30份、压电骨料20～30份、外加剂1～5份。