一种可转化储存能量的混凝土路面结构系统技术方案

本发明专利技术涉及一种可转化储存能量的混凝土路面结构系统，该路面结构系统包括：用于提供电能的自发电装置；路面结构层：包括从上到下依次设置的上面层、功能层、中面层和下面层，其中，所述功能层由能量储存层、以及位于能量储存层上方的能量转化层组成，所述的能量储存层与自发电装置电性连接，并用于储存自发电装置提供的电能，所述能量转化层与能量储存层连接，并用于将能量储存层提供的电能转化为热能传导至上面层。与现有技术相比，本发明专利技术将太阳能或风能转化为电能并储存于混凝土电池中，在路面结冰时可将电能转化为热能并传递至上面层，实现道路除冰雪，此外，还可通过无线传输模块为道路上的车辆无线充电，提高了路面结构利用率。用率。用率。

【技术实现步骤摘要】
一种可转化储存能量的混凝土路面结构系统


[0001]本专利技术属于道路结构设计
，涉及一种可转化储存能量的混凝土路面结 构系统。

技术介绍

[0002]近些年来，随着我国基础建设投资规模的不断加大，道路工程建设的步伐也随 之推进。截止到2020年底，全国公路总里程约为510万公里，在长期仍保持着一 定的增长态势。然而，面对如此规模巨大的公路建设总里程，在提供人们快速方便 出行全国各地的同时，也存在着一些不足之处。一方面，道路在运行和维护过程中 需要消耗大量的电能来提供道路沿线众多附属设施照明。据统计，2019年全国的 发电量总构成主要包括：69.6％火电、17.4％水电、4.6％核电、5.4％风电及3％太阳 能，火力发电为目前我国电力的主要来源。然而，我国年均道路照明用电量约占全 照明总用电量的30％，年耗费高达285亿元。因此采用火力发电不仅会消耗不可 再生资源，破坏生态环境，还会花费较高的经济成本，增加国家财政负担。另一方 面，我国公路网络四通八达且会面对各种复杂的自然环境，如在严酷冰雪天气时、 无路灯照明或视线较差的条件下，车辆驾驶人员容易出现行车安全问题。
[0003]太阳能或风能作为一种资源丰富、分布较广、方便获取且取之不竭的可再生清 洁能源，若将其合理设计、收集、储存并应用于道路工程中，对未来建设和推进绿 色交通体系的发展具有重大战略意义。目前关于对常用的能量收集方式主要如对比 例CN105350422A提到(1)压电装置将行车荷载借助压电装置转化为电能；(2) 光电装置将辐射到道路表面及周边的光能转化为电能；(3)风电装置将行车速度 携带及自然风能转化为电能。但上述方法仅能将外界能源转化为电能储存在专用外 接储电装置中再利用，不仅不能完全达到实现路面结构对电能的整体化自我搜集、 储存与利用，路面结构利用率不高，而且需配置大量可野外服役的额外储电装置， 在增加安全隐患的同时还会提高工程造价。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了提供一种可转化储存能量的混凝土路面结构系统，以克 服现有技术中路面结构利用率不高、需配置大量专用外接储电装置易 导致安全隐患等问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术的技术方案之一是提供一种可转化储存能量的混凝土路面结构系统，该 路面结构系统包括：
[0007]用于提供电能的自发电装置；
[0008]路面结构层：包括从上到下依次设置的上面层、功能层、中面层和下面层，其 中，所述功能层由能量储存层、以及位于能量储存层上方的能量转化层组成，所述 的能量储存层与自发电装置电性连接，并用于储存自发电装置提供的电能，所述能 量转化层与能量储
存层连接，并用于将能量储存层提供的电能转化为热能传导至上 面层。
[0009]进一步的，所述能量储存层是一种类似于电容、可以充放与储存电能的混凝土 电池，其可以由水泥、矿物掺合料、粗细骨料、介电材料、钢纤维、外加剂及水配 制而成。
[0010]更进一步的，所述能量储存层中，按照重量份数计，水泥用量300～800份，矿 物掺合料100～300份，骨料200～1500份，介电材料为由水泥和矿物掺合料组成的 胶凝材料用量的0％～3％，钢纤维体积掺量为1％～5％，外加剂为胶凝材料用量的 0％～3％。优选的，介电材料与外加剂的用量不为0。且上述各原料组分中，所述的 矿物掺合料可为硅灰、粉煤灰、粒化高炉矿渣、石灰石粉、钢渣粉、磷渣粉、沸石 粉、复合矿物掺合料中的一种或几种。当所述的能量储存层为普通混凝土时，所述 的粗细骨料包括粗骨料和细骨料(粗骨料800～1500份、细骨料200～600份)，粗 骨料为粒径4.75mm～31.5mm的碎石，细骨料为粒径0mm～4.75mm的河沙或机 制砂；当所述的能量储存层为超高性能混凝土时，所述的粗细骨料仅为细骨料，所 述的细骨料为粒径0～4.75mm的石英砂(粒径不为0)。所述的介电材料包括碳纳 米材料、石墨粉、镍包碳纤维炭黑、金属粉、钢纤维、碳纤维中的一种或几种；外 加剂包括减水剂、引气剂、缓凝剂、消泡剂、早强剂和泵送剂中的一种或几种。
[0011]进一步的，所述能量转化层包括连接能量储存层的连接导线、与连接导线相连 的加热装置。
[0012]更进一步的，所述加热装置通过电阻加热、感应加热、电弧加热及电子束加热 中的一种或两种实现其加热功能。
[0013]更进一步的，在能量转化层与上面层之间还设有导热组件。
[0014]更进一步的，所述导热组件设有若干个，其将热能快速而均匀地传递至上面层。
[0015]更进一步的，在能量转化层和/或上面层内还设有控制加热装置工作的温度控 制和采集单元。温度控制和采集单元含有两个功能单元，分别为控制单元，以及由 若干分布在能量转化层与上面层内的温度传感器组成的温度采集单元，其中，控制 单元为本领域常用的PLC控制器等，用于控制加热装置的工作状态，其通过接收 温度采集单元所反馈的温度信息，从而发出执行信号来控制加热装置的运行。更进 一步的，所述温度控制和采集单元可实时检测能量转化层和上面层的温度并控制其 保持在15℃～40℃之间。
[0016]进一步的，所述中面层、能量储存层、能量转化层与上面层相邻层之间还设有 绝缘层。
[0017]进一步的，所述能量储存层与中面层之间、能量转化层与上面层之间均设有防 水层。
[0018]进一步的，所述路面结构层沿道路走向设有若干个，相邻两个路面结构层之间 相互串联。
[0019]进一步的，所述的能量储存层还与无线传输模块连接，并通过无线传输模块给 外部设备无线充电。
[0020]进一步的，所述能量储存层还连接路灯。
[0021]进一步的，所述自发电装置包括太阳能接收板或风翼、能量转换器以及固定装 置，并且设于道路两边的人行道，间隔距离为10m～30m。
[0022]更进一步的，所述固定装置将太阳能接收板或风翼和能量转换器与地面连接并 固定。
[0023]更进一步的，所述固定装置内设有与能量储存层相连接的导电线组。
[0024]更进一步的，所述能量转换器与太阳能接收板或风翼适配。
[0025]进一步的，所述自发电装置的发电形式为太阳能发电或风能发电中的一种或两 种。
[0026]进一步的，所述下面层、中面层和上面层为水泥混凝土或沥青混凝土材料中的 一种或两种。
[0027]进一步的，所述能量储存层中还设置有多个可采集运行信息的传感器。
[0028]进一步的，该路面结构系统在道路沿线安装有智能感知与响应装置。
[0029]更进一步的，所述智能感知与响应装置能实时采集不同里程段的路面结构系统 的运行状态并将数据远程传送至城市控制中心。所述智能感知与响应装置主要由传 感器、数据采集元件、数据储存元件、数据处理元件、连接导线、视频与语音检测 与传输装置组成。所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、风速传 感器、交通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可转化储存能量的混凝土路面结构系统，其特征在于，包括：用于提供电能的自发电装置(1)；路面结构层(2)：包括从上到下依次设置的上面层(204)、功能层(203)、中面层(202)和下面层(201)，其中，所述功能层(203)由能量储存层(2031)、以及位于能量储存层(2031)上方的能量转化层(2032)组成，所述的能量储存层(2031)与自发电装置(1)电性连接，并用于储存自发电装置(1)提供的电能，所述能量转化层(2032)与能量储存层(2031)连接，并用于将能量储存层(2031)提供的电能转化为热能传导至上面层(204)。2.根据权利要求1所述的一种可转化储存能量的混凝土路面结构系统，其特征在于，所述能量储存层(2031)由水泥、矿物掺合料、粗细骨料、介电材料、钢纤维、外加剂及水配制而成。3.根据权利要求2所述的一种可转化储存能量的混凝土路面结构系统，其特征在于，所述能量储存层中，按照重量份数计，水泥用量300～800份，矿物掺合料100～300份，骨料200～1500份，介电材料为由水泥和矿物掺合料组成的胶凝材料用量的0％～3％，钢纤维体积掺量为1％～5％，外加剂为胶凝材料用量的0％～3％。4.根据权利要求1所述的一种可转化储存能量的混凝土路面结构系统，其特征在于，所述能量转化层(2032)包括连接能量储存层(203...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋正武，何倍，张红恩，朱新平，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：