壓電發(fā)電瀝青混凝土配合比設計

      在進行壓電發(fā)電瀝青混凝土配合比設計時，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，本文參照相關經(jīng)驗指標，采用AC－13級配類型作為研究基體。

      按照上述級配，依據(jù)我國《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTGF40—2004)規(guī)定，通過馬歇爾試驗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。分析原因為:石墨密度較小且體積易膨脹，吸油性極強導致混凝土有效瀝青量不足。所以采用馬歇爾試驗法重新確定壓電發(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)量摻入時易改變混合料體積分數(shù)，因此確定石墨摻入體積分數(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，將基礎瀝青加熱到155～160℃后導入瀝青改性設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電材料代替礦粉，同礦粉拌和均勻后與基礎瀝青和壓電材料混合物同時加入到集料中濕拌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

       壓電發(fā)電瀝青混凝土具備壓電功效的同時路用性能須滿足規(guī)范要求，因此按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTGE20—2011)的要求，檢驗壓電發(fā)電瀝青混凝土的各項路用性能，以分析壓電材料、導電材料等對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，各相關性能相差不大。

壓電發(fā)電瀝青混凝土路面結構設計與制作

      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，當壓電模型受到力作用時，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，當壓電模型受到力作用時，電荷在平行于受力方向產(chǎn)生并收集。

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

       依據(jù)上述壓電瀝青混凝土發(fā)電路面結構布設方案，通過改進普通瀝青混合料車轍板試件成型方法，制備得到試驗測試用小型發(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)范要求進行層間處置，沿輪跡分布帶布設電極，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)電路面測試試件，制作過程中應注意電極不被人為因素破壞或大幅度挪移位置。