壓電發(fā)電瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)

      在進(jìn)行壓電發(fā)電瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮高溫性能、低溫性能、水穩(wěn)定性、耐疲勞性能等各方面影響因素，本文參照相關(guān)經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，采用AC－13級(jí)配類型作為研究基體。

      按照上述級(jí)配，依據(jù)我國(guó)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40—2004)規(guī)定，通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)確定其最佳瀝青用量為4.9%，但依此最佳瀝青用量拌和加入石墨后，集料表面瀝青量明顯不足。分析原因?yàn)?石墨密度較小且體積易膨脹，吸油性極強(qiáng)導(dǎo)致混凝土有效瀝青量不足。所以采用馬歇爾試驗(yàn)法重新確定壓電發(fā)電瀝青混凝土的最佳瀝青用量為5.9%，壓電材料用量為礦粉質(zhì)量比例的20%，而由于石墨材料密度小于礦粉且體積易膨脹，等質(zhì)量摻入時(shí)易改變混合料體積分?jǐn)?shù)，因此確定石墨摻入體積分?jǐn)?shù)為礦粉體積比例的30%。

壓電發(fā)電瀝青混凝土制備

       壓電發(fā)電瀝青混凝土的制備采用瀝青混凝土濕拌工藝，將基礎(chǔ)瀝青加熱到155～160℃后導(dǎo)入瀝青改性設(shè)備中并加入壓電材料粉，以4000～5000r/min剪切速度剪切20～30min，制備得到基礎(chǔ)瀝青和壓電材料的混合物;將加熱后的集料稱重干拌30s，噴入基礎(chǔ)瀝青和壓電材料混合物濕拌90s;按照體積比例稱取定量的導(dǎo)電材料代替礦粉，同礦粉拌和均勻后與基礎(chǔ)瀝青和壓電材料混合物同時(shí)加入到集料中濕拌90s，制備得到壓電發(fā)電瀝青混凝土。

壓電發(fā)電瀝青混凝土路用性能檢測(cè)

       壓電發(fā)電瀝青混凝土具備壓電功效的同時(shí)路用性能須滿足規(guī)范要求，因此按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20—2011)的要求，檢驗(yàn)壓電發(fā)電瀝青混凝土的各項(xiàng)路用性能，以分析壓電材料、導(dǎo)電材料等對(duì)瀝青混凝土路用性能的影響。

      可以看出，3種壓電發(fā)電瀝青混凝土的路用性能與SBS瀝青混凝土相比，高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)性能均有小幅度降低，而抗疲勞性能略有提高，但整體相比，各相關(guān)性能相差不大。

壓電發(fā)電瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作

      依據(jù)壓電材料電荷產(chǎn)生特性，壓電發(fā)電路面的電能產(chǎn)生主要由兩種形式。顯示為d31型發(fā)電路面能量產(chǎn)生示意圖，當(dāng)壓電模型受到力作用時(shí)，電荷在垂直于受力方向產(chǎn)生并收集;顯示為d33型發(fā)電路面能量產(chǎn)生示意圖，當(dāng)壓電模型受到力作用時(shí)，電荷在平行于受力方向產(chǎn)生并收集。

       在行車(chē)荷載作用下，有效的收集電能必須根據(jù)電荷的移動(dòng)方向、位置布設(shè)導(dǎo)電電極，基于上述電能產(chǎn)生原理，結(jié)合石墨電極和金屬電極的工作特點(diǎn)，提出兩種發(fā)電路面電極布置方式及能量輸出電路。當(dāng)采用石墨電極時(shí)，電極橫向間隔連接，發(fā)電路面即為d31型壓電體構(gòu)件，在行車(chē)荷載作用下壓電材料內(nèi)部的電荷向石墨電極方向移動(dòng)，并通過(guò)導(dǎo)線將其集結(jié)到電能收集器中予以轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)。當(dāng)電極采用金屬網(wǎng)時(shí)，電極網(wǎng)上下分層布設(shè)，發(fā)電路面即為d33型壓電構(gòu)件，在行車(chē)荷載作用下壓電材料內(nèi)部的電荷向金屬網(wǎng)方向移動(dòng)，通過(guò)導(dǎo)線將其集結(jié)到電能收集器中。

       依據(jù)上述壓電瀝青混凝土發(fā)電路面結(jié)構(gòu)布設(shè)方案，通過(guò)改進(jìn)普通瀝青混合料車(chē)轍板試件成型方法，制備得到試驗(yàn)測(cè)試用小型發(fā)電路面試件，試件制備步驟如下:根據(jù)電極埋設(shè)深度，加工制作一定厚度尺寸為300mm×300mm的剛性墊板，放置于試模內(nèi)，澆注下層普通瀝青混凝土，成型并取出剛性墊板，將下層普通瀝青混凝土放置于試模內(nèi)，參照規(guī)范要求進(jìn)行層間處置，沿輪跡分布帶布設(shè)電極，其中石墨材料電極尺寸為10mm×50mm，金屬網(wǎng)為由磷銅絲加工定制編織而成的120目電極網(wǎng)，繼而鋪筑壓電混凝土，制備得到尺寸為300mm×300mm×50mm的小型發(fā)電路面測(cè)試試件，制作過(guò)程中應(yīng)注意電極不被人為因素破壞或大幅度挪移位置。