一种具有能量收集功能的刚性路面结构制造技术

本发明专利技术涉及一种具有能量收集功能的刚性路面结构，包括相邻的第一水泥混凝土板以及第二水泥混凝土板；第一水泥混凝土板以及第二水泥混凝土板均包括自上而下依次铺设的面层、功能层以及基层；该具有能量收集功能的刚性路面结构还包括设置在第一水泥混凝土板的面层以及第二水泥混凝土板的面层之间的摩擦发电装置以及设置在功能层中的层间摩擦起电装置。本发明专利技术提供了一种路面结构设计简单，施工方便，而且能够有效的收集道路范围内行车荷载携带的能量的具有能量收集功能的刚性路面结构。

【技术实现步骤摘要】
一种具有能量收集功能的刚性路面结构
本专利技术属于环保绿色道路工程
，涉及一种具有能量收集功能的刚性路面结构。
技术介绍
常言道“能量无处不在”，道路工程中同样，处处有能量，最典型的能量就分布于川流不息的车流中。截止2014年底，我国机动车保有量已超过2.6亿辆，其中汽车保有量已超过1.29亿辆。数以万计的机动车就意味着道路每天将承受上已万次的车辆荷载，路面结构在行车荷载的反复作用下发生形变-恢复、振动等状态变化，行车荷载转化为应变能和动能，这些能量最终变换成热能或其他形式的能量，耗散在路面环境中。据相关机构报道，普通城市主干道每天有15000～20000的交通量通过，这相当于每条干路每天至少浪费30000～40000吨有机能源。如若将这部分能量收集并给与应用，不仅在道路工程具有学术性突破，更会对我国的经济和社会带来无可估量的效益。道路工程中，常用的能量收集方式主要有：(1)在路面结构中布设压电装置，将行车荷载借助压电装置转化为电能；(2)在路面中布设光电装置，将辐射到道路表面及周边的光能转化为电能；(3)在道路外侧安置风电装置，将行车速度携带及自然风能转化为电能。上述电能收集技术理论上成熟，并在其他领域有一定规模的应用，但在道路工程中，仍然处于室内研究阶段。并且，压电设备、光电设备所需要的材料昂贵，经济性不强。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种路面结构设计简单，施工方便，而且能够有效的收集道路范围内行车荷载携带的能量的具有能量收集功能的刚性路面结构。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种具有能量收集功能的刚性路面结构，包括相邻的第一水泥混凝土板以及第二水泥混凝土板；所述第一水泥混凝土板以及第二水泥混凝土板均包括自上而下依次铺设的面层、功能层以及基层；其特征在于：所述具有能量收集功能的刚性路面结构还包括设置在第一水泥混凝土板的面层以及第二水泥混凝土板的面层之间的摩擦发电装置以及设置在功能层中的层间摩擦起电装置。作为优选，本专利技术所采用的摩擦发电装置包括传力杆、感应部件、第一电流计以及电容器；所述传力杆包括固定端以及与固定端相对的自由端；所述感应部件设置在传力杆的自由端；所述感应部件包括第一A1电极以及环形条状的聚四氟乙烯；所述第一A1电极设置在传力杆的自由端的外表面；所述环形条状的聚四氟乙烯套装在第一A1电极外部；所述第一A1电极依次通过第一电流计以及电容器后接地；所述传力杆的固定端以及自由端分别设置在相邻的第一水泥混凝土板以及第二水泥混凝土板中。作为优选，本专利技术所采用的环形条状的聚四氟乙烯是一条或多条，所述环形条状的聚四氟乙烯是多条时，所述多条环形条状的聚四氟乙烯均布套装在A1电极外部。作为优选，本专利技术所采用的第一A1电极是筒状或条状；所述第一A1电极是筒状时，所述第一A1电极直接套装在传力杆的自由端的外表面；所述第一A1电极是条状时，所述第一A1电极至少包括分别设置在传力杆的自由端上表面以及下表面的两条A1电极。作为优选，本专利技术所采用的第一A1电极通过环氧粘结剂粘接在传力杆的自由端的外表面。作为优选，本专利技术所采用的层间摩擦起电装置包括块状聚四氟乙烯、第二A1电极、第二电流计以及电阻；所述块状聚四氟乙烯以及第二A1电极分别与面层以及基层相连；所述块状聚四氟乙烯以及A1电极自上而下依次叠加在一体并共同设置在功能层中；所述第二A1电极通过第二电流计以及电阻后接地。作为优选，本专利技术所采用的块状聚四氟乙烯以及第二A1电极是成对出现的且为一对或多对。作为优选，本专利技术所采用的块状聚四氟乙烯与第二A1电极是多对时，所述多对块状聚四氟乙烯与第二A1电极均布设置在粘接层中。作为优选，本专利技术所采用的块状聚四氟乙烯以及第二A1电极分别通过环氧粘结剂与面层以及基层相连。作为优选，本专利技术所采用的块状聚四氟乙烯通过环氧粘结剂设置在面层的下表面；所述第二A1电极通过环氧粘结剂设置在基层的上表面。本专利技术与现有技术相比，其有益效果和优点在于：本专利技术提供了一种具有能量收集功能的刚性路面结构，包括相邻的第一水泥混凝土板以及第二水泥混凝土板；第一水泥混凝土板以及第二水泥混凝土板均包括自上而下依次铺设的面层、功能层以及基层；具有能量收集功能的刚性路面结构还包括设置在第一水泥混凝土板以及第二水泥混凝土板之间的摩擦发电装置以及设置在功能层中的层间摩擦起电装置。摩擦发电装置包括传力杆、感应部件、第一电流计以及电容器；传力杆包括固定端以及与固定端相对的自由端；感应部件设置在传力杆的自由端；感应部件包括第一A1电极以及环形条状的聚四氟乙烯；第一A1电极设置在传力杆的自由端的外表面；环形条状的聚四氟乙烯套装在第一A1电极外部；第一A1电极依次通过第一电流计以及电容器后接地；传力杆的固定端以及自由端分别设置在相邻的第一水泥混凝土板以及第二水泥混凝土板中。层间摩擦起电装置包括块状聚四氟乙烯、第二A1电极、第二电流计以及电阻；块状聚四氟乙烯以及第二A1电极分别与面层以及基层相连；块状聚四氟乙烯以及A1电极自上而下依次叠加在一体并共同设置在功能层中；第二A1电极通过第二电流计以及电阻后接地。本专利技术该路面结构设计简单，所使用的材料均为普通材料，材质的应用比较广泛，因而该路面结构的推广应用将带来较好的经济效益；可以有效的收集行车荷载携带的机械能，同时收集温度、湿度变化产生的机械能量，为道路工程附属设施提高电能；可以有效的对路面结构层间的工作状态进行评价，不对路面结构造成不必要的损坏；该路面结构不需要额外用电，所采用的施工工艺不影响路面正常的施工工序，社会效益良好。附图说明图1为专利技术提供的具有能量收集功能的刚性路面结构的结构示意图；图2为专利技术提供的摩擦起电部分在传力杆上安装的示意图；图3为图2中摩擦起电部分的结构示意图；图4为图1中层间摩擦起电部分的结构示意图；其中：1-面层；2-功能层；3-基层；4-填缝材料；5-传力杆摩擦发电装置；6-传力杆；7-聚四氟乙烯；8-A1电极；9-环氧粘结剂；10-电流计；11-电容器；12-层间摩擦起电装置。具体实施方式实现本专利技术上述目的所依据的技术原理为：(1)传力杆摩擦起电系统：水泥混凝土的收缩性能较为明显，在设计中，为避免水泥混凝土在水化和温度变化因素的影响发生收缩破裂，在固定的长度范围内预留缝，使水泥混凝土表面层呈现板块状。为减少荷载作用下预留缝的竖向位移并较大范围的扩散荷载，故设计传力杆，一般传力杆的一端固定，一端自由。为此，在自由的一端设置摩擦发电装置，使其在荷载作用和温度作用下发生位移时，将机械能转化为电能，并起到减少位移的作用。将摩擦起电系统的一侧安装到水泥混凝板中固定，另一侧安装到传力杆的自由端，是二者发生相对位移，可起到摩擦起电的目的。(2)层间摩擦起电装置：路面结构的面层与基层有粘结层连接在一起，设计过程中认为面层和基层是粘结良好的连续体。实际应用过程中，行车荷载的作用下极容易引起面层与基层粘结的破坏，比如车辆急转弯、急刹车等。这种外界荷载引起面层与基层的相对位移，这种位移在破坏的初期是极为微小的，并且有一定的可恢复性。即面层材料在荷载的作用下，随荷载向行车方向发生微小位移；当荷载消失时，面层材料向相反方向发生恢复性移动，这种现象将发生从路面开始应用直到层间完全破坏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有能量收集功能的刚性路面结构，包括相邻的第一水泥混凝土板以及第二水泥混凝土板；所述第一水泥混凝土板以及第二水泥混凝土板均包括自上而下依次铺设的面层、功能层以及基层；其特征在于：所述具有能量收集功能的刚性路面结构还包括设置在第一水泥混凝土板的面层以及第二水泥混凝土板的面层之间的摩擦发电装置以及设置在功能层中的层间摩擦起电装置。

【技术特征摘要】
1.一种具有能量收集功能的刚性路面结构，包括相邻的第一水泥混凝土板以及第二水泥混凝土板；所述第一水泥混凝土板以及第二水泥混凝土板均包括自上而下依次铺设的面层、功能层以及基层；所述具有能量收集功能的刚性路面结构还包括设置在第一水泥混凝土板的面层以及第二水泥混凝土板的面层之间的摩擦发电装置以及设置在功能层中的层间摩擦起电装置；其特征在于：所述摩擦发电装置包括传力杆、感应部件、第一电流计以及电容器；所述传力杆包括固定端以及与固定端相对的自由端；所述感应部件设置在传力杆的自由端；所述感应部件包括第一A1电极以及环形条状的聚四氟乙烯；所述第一A1电极设置在传力杆的自由端的外表面；所述环形条状的聚四氟乙烯套装在第一A1电极外部；所述第一A1电极依次通过第一电流计以及电容器后接地；所述传力杆的固定端以及自由端分别设置在相邻的第一水泥混凝土板以及第二水泥混凝土板中。2.根据权利要求1所述的具有能量收集功能的刚性路面结构，其特征在于：所述环形条状的聚四氟乙烯是一条或多条，所述环形条状的聚四氟乙烯是多条时，所述多条环形条状的聚四氟乙烯均布套装在第一A1电极外部。3.根据权利要求2所述的具有能量收集功能的刚性路面结构，其特征在于：所述第一A1电极是筒状或条状；所述第一A1电极是筒状时，所述第一A1电极直接套装在传力杆的自由端的外表面；所述第一A1电极是条状时...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志胜，张翛，刘建伟，张艳聪，吴喜荣，朱晓斌，王慧，王宁，彭刚，
申请(专利权)人：山西省交通科学研究院，山西交科公路勘察设计院，
类型：发明
国别省市：山西;14