壓電發(fā)電瀝青混凝土原材料及制備

試驗(yàn)原材料及技術(shù)指標(biāo)

       壓電材料。常用壓電材料主要有無(wú)機(jī)壓電材料、有機(jī)壓電材料和復(fù)合壓電材料，其中無(wú)機(jī)壓電材料具有較高的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)和穩(wěn)定性，然而壓電性能相對(duì)微弱;薄膜狀有機(jī)壓電材料具有低疲勞、大應(yīng)變等優(yōu)點(diǎn)，但壓電系數(shù)小、耐溫變性能差且在路面石料棱角作用下易發(fā)生形狀破壞;復(fù)合壓電材料種類少與價(jià)格昂貴的特點(diǎn)不適用于道路工程領(lǐng)域。因此選擇具有自發(fā)極化作用的無(wú)機(jī)壓電晶體材料Tourmaline粉、Tourmaline負(fù)離子粉及壓電電荷常數(shù)較高的無(wú)機(jī)壓電陶瓷鋯鈦酸鉛粉用于壓電瀝青混凝土一體化研究，為方便書寫下文分別以A，B和C代指上述3種材料，其中壓電材料A，B是兩種原生礦物，具有壓電、熱電效應(yīng)以及自發(fā)極化效應(yīng)，在應(yīng)力作用下晶體內(nèi)部正負(fù)極性中心不重合從而產(chǎn)生電荷，是較為理想的發(fā)電路面壓電材料。而壓電材料被應(yīng)用于瀝青混凝土?xí)r，將被瀝青包裹以瀝青膠漿的形式存在于混合物中，壓電性能將會(huì)產(chǎn)生一定的變化。

       為評(píng)價(jià)壓電材料壓電性能及應(yīng)用于瀝青混凝土?xí)r的電性能發(fā)揮情況，本文參照電子陶瓷相關(guān)規(guī)范制作壓電礦物粉體性能檢測(cè)試件，同時(shí)按照以下步驟制備得到壓電礦物/瀝青復(fù)合材料性能檢測(cè)試件:按照壓電材料和瀝青質(zhì)量比1∶4稱取相應(yīng)材料，于160℃下混合攪拌20min，將高溫下處于流淌狀態(tài)的均勻混合物灌入涂有隔離劑的試模，借助MTS壓力系統(tǒng)施加10MPa荷載保持5min，繼而冷卻、脫模、粘貼電極，并按照極化溫度50℃、極化電壓3kV/mm、極化時(shí)間10min的條件進(jìn)行極化處理，制備得到尺寸為16mm×1.5mm的復(fù)合材料測(cè)試試件。采用ZJ－3A型準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)試儀進(jìn)行壓電常數(shù)測(cè)試，采用HP4294A精密阻抗分析儀在頻率1kHz下測(cè)量樣品介電電容和介質(zhì)損耗，測(cè)量溫度范圍為室溫至180℃，升溫速率為5℃/min，計(jì)算得到樣品的介電常數(shù)。

       測(cè)試結(jié)果表明壓電材料A，B和C在常規(guī)狀態(tài)下壓電性能優(yōu)異，且壓電礦物/瀝青復(fù)合材料相較純礦物材料壓電性能無(wú)明顯降低，表明壓電材料在瀝青中仍可較好地發(fā)揮壓電性能，能夠用于壓電發(fā)電瀝青混凝土的制備。

      導(dǎo)電材料。普通瀝青混凝土導(dǎo)電性能較差，不利于壓電材料產(chǎn)生電荷的流動(dòng)，但已有相關(guān)研究表明，在瀝青混合料中摻加一定體積分?jǐn)?shù)的石墨材料可有效提高瀝青混合料的導(dǎo)電性能，且其路用性能能夠滿足規(guī)范要求，因此選定石墨粉體作為導(dǎo)電材料。導(dǎo)電電極為電荷收集的關(guān)鍵一環(huán)，應(yīng)根據(jù)道路受力特性選取耐久性較好的結(jié)構(gòu)，考慮施工便利性選擇常見(jiàn)的石墨電極和金屬網(wǎng)電極作為電能收集裝置，電極埋設(shè)前通過(guò)導(dǎo)電膠在其表面覆蓋粘結(jié)一定量導(dǎo)電石墨以提高電極對(duì)電荷的收集能力，基于上述材料進(jìn)行壓電發(fā)電瀝青混凝土的制備及能量輸出研究。

       瀝青及集料。文中試驗(yàn)所用瀝青為SBSI－D型改性瀝青，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明瀝青各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20—2011)中規(guī)定的質(zhì)量要求;所用粗集料為優(yōu)質(zhì)玄武巖，細(xì)集料為機(jī)制砂，礦粉為優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r礦粉，集料與礦粉潔凈、干燥、無(wú)雜質(zhì)，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明集料與礦粉各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJD50—2006)和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40—2004)的相關(guān)規(guī)定。限于文章篇幅要求，瀝青及集料等各項(xiàng)指標(biāo)具體檢測(cè)結(jié)果在文中不予詳述。