本发明专利技术公开了一种利用正压电效应自发电沥青混凝土路面。通过对原材料的选取，配合比的设计，提供一种满足可以埋铺压电自发电单元的沥青混凝土，使其路用性能达到沥青混合料技术要求，并通过模拟计算该沥青混凝土路面结构层的厚度。在沥青混凝土路面结构层中埋铺至少一个压电自发电单元，在外部车辆振动或压挤下产生的机械能通过压电自发电单元转化为电能，提供给能量采集与照明装置。本发明专利技术充分利用汽车行驶过路面产生的机械能，将其转换为无污染的清洁电能，提供给道路照明，可大大缓解我国能源紧张并减少有害气体的排放，甚至可能成为我国整个节能工作的突破口，是一种清洁环保的新型节能方式，具有显著的经济价值和社会价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能交通系统，特别是一种利用正压电效应自发电沥青混凝土路面。
技术介绍
全球性能源紧张以及气候变化已成为国际社会普遍关注的重大问题，节能减排已 经成为国际社会的共同责任。我国作为世界上最大的发展中国家，正日益成为全球关注的 对象。截止到2008年底，我国发电设备装机容量达到79253万千瓦。其中火电60132万千 瓦，约占总容量75.87%。可见火电在我国电力构成中占有相当大的比重，这样的电力结构 导致了能耗相对大，污染相对重的局面。以2008年为例，我国煤炭消耗总量为27.4亿吨， 其中电力消耗煤炭总量为14.2亿吨，约占煤炭总产量的52%。从单位煤耗来看，我国平均 供电煤耗是349g/kWh，能耗大，相应的烟气和有害气体排放量就多。照明电耗虽然只占全国 总电耗的15% 20%，道路照明所占比例更小，但是，从节能技术推广的角度来看，它可能 成为整个节能工作的突破口。 压电效应是材料中一种机械能与电能互换的现象，压电材料会有压电效应是因为 晶格内原子间特殊排列方式，使得材料有应力场与电场耦合的效应。 压电效应有两种，正压电效应及逆压电效应。正压电效应是将机械能转变成电能， 即当对压电材料施以物理压力时，材料体内之电偶极矩会因压縮而变短，此时压电材料为 抵抗这变化会在材料表面产生正负电荷，以保持原状。随外加应力或应变的变化，会产生电 偶极距改变，使材料两端产生电荷堆积，依压电材料连接的电性负载大小，产生电能输出， 此种机械能转换成电能的现象称为正压电性。 压电陶瓷作为压电自发电装置的机械能-电能换能元件，是压电自发电装置的核 心元件，极化后的压电陶瓷对外呈压电性，压电自发电装置利用压电陶瓷的正压电效应产 生电压和电荷，它的性能直接影响着压电自发电装置的性能优劣。由于压电自发电装置相 对于其他微型发电装置，具有结构简单、不发热、无电磁干扰等优点，使其成为自供能系统 研究领域中的焦点，在实际应用中有广阔的发展前途。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种利用正压电效应自发电的沥青混凝土路 面。该路面能够利用正压电效应产生电能，该电能可用于道路照明装置等多种用途。 本专利技术的原理是沥青混凝土路面利用外部车辆压挤和振动产生的机械能，通过 压电自发电单元转换为电能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案 本专利技术提供的一种利用正压电效应自发电的沥青混凝土路面，通过原材料的选 取，配合比的设计，提供一种可以埋铺压电自发电单元的沥青混凝土，使其路用性能达到沥 青混合料技术要求。并模拟计算该沥青混凝土路面结构层的厚度。在沥青混凝土路面结构 层中埋铺至少一个压电自发电单元，在外部车辆振动或压挤下产生的机械能通过压电自发电单元转化为电能，提供给能量采集与照明装置。 本专利技术提供了一种全新利用正压电效应发电的模式，其涉及到我国交通事业的可持续发展、新型绿色能源开发与利用的问题。因此，具有以下主要优点 1.充分开发新型绿色能源，通过采集车辆行驶过路面产生的机械能，将其变换为电能提供使用，是可再生性清洁能源； 2.解决了山区公路沿线照明用电的难题，为隧道照明节能提供了新的可再生能源及方式； 3.沥青混凝土的功能模块多元化，智能化，不是仅仅作为路面材料来使用，而是作为一种智能载体使用； 4.埋有压电自发电单元的沥青混凝土路面具有良好的路用性能及抗疲劳性能，符合沥青混合料技术要求，可广泛推广并逐步取代普通沥青混凝土路面。 截至2008年底，全国公路总里程达到373. 02万公里。特别是高速公路从无到有，在不到30年的时间里建成6. 03万公里，居世界第二位。在东部发达地区，高速公路车流量可以达到2000辆/小时；在西部欠发达地区，高速公路车流量可以达到800辆/小时。由此可见，巨大的车流量所产生的机械能是非常可观的。目前，这些机械能并没有充分的收集和利用。本专利技术通过将压电自发电单元埋入沥青混凝土结构层中，配有能量采集与照明装置，实现收集与利用车辆行驶过路面所产生的机械能。如果运用本专利技术，将车辆产生的机械能充分利用的话，可大大缓解我国能源紧张并减少有害气体的排放，甚至可能成为我国整个节能工作的突破口。附图说明 图1是本专利技术提供的利用正压电效应自发电的沥青混凝土路面结构示意 图2是利用正压电效应发电的原理示意 图3是本专利技术沥青混凝土路面横断面结构示意 图4是本专利技术沥青混凝土路面纵断面结构示意 图5是本专利技术沥青混凝土路面俯视结构示意具体实施例方式本专利技术是一种利用正压电效应自发电的沥青混凝土路面，其特征在于，它是一种由沥青混凝土 1组成的路面结构，并在结构层中埋铺着至少一个压电自发电单元2，并配有与压电自发电单元2导线连接的能量采集与照明装置3。 上述沥青混凝土 1的组成由粗集料，细集料，沥青及矿粉复合而成。配合比参考《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中规定的AC、SMA、OGFC、ATB、AM、ATPB级配，以及Superpave等级配。粗集料和细集料采用路用性能良好的玄武岩、白云岩、花岗岩、石灰岩、石英岩等。沥青采用重交AH-70， AH-90, AH-110沥青及以此为基质的改性沥青。 依照《公路沥青施工技术规范》(JTG F40-2004)相关规定，选择符合要求的粗集料、细集料、沥青及矿粉。将现有级配AC、SMA、Superpave等结构和级配设计理论充分结合，优化和改良原有级配，找出最佳级配，使其组成满足可以埋铺压电自发电单元2要求的沥青混凝土 1 ，且路用性能达到沥青混合料技术要求。 上述沥青混凝土路面结构层分为上、中、下三个面层，路面结构层厚度是影响路面耐久性的因素之一，而其厚度与原材料参数有密切关系，依据上述选用原材料，通过模拟计算沥青混凝土路面结构层厚度。因此，设计上面层9的厚度为2. 5cm 5cm，中面层10的厚度为4cm 7cm，上面层11的厚度为5cm 9cm。 上述压电自发电单元2是具有一定长L、宽W、厚T的长方体，其内部包含若干压电元件。根据《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)，把每一侧的双轮接触面积，换算为一个当量圆，则称之为单圆荷载；把每一侧两个轮胎相应的接触面积，分别换算为两个当量圆，则称之为双圆荷载。双圆荷载当量圆直径d和单圆荷载当量直径D : 可根据不同的车流量、车辆类型、当量圆直径d或D等因素设计压电自发电单元的长L、宽W、厚T及埋铺深度H; 上述压电自发电单元2在具体参数确定后，施工时可先预置于埋铺位置，亦可在沥青混凝土路面施工后切割构造埋铺位置。 上述单个压电自发电单元2长度方向与行车道中心线方向垂直；厚度方向与行车道中心线方向夹角为a， a =0° 90° 。 上述若干压电自发电单元(2)埋铺时，与中心线垂直，且彼此距离不等，分别为1^、k，成带状分布；两条发电装置带彼此距离L3。车辆在路面上行驶时，其轮迹的横向分布是不均匀的。车辆在横断面上的分布规律对压电自发电单元的埋铺距离L" L2、 ！^有很大影响。在路面结构设计中，用轮迹横向分布系数n来反映轮迹横向分布频率的影响。影响n的主要因素有车辆的类型、主轴轮数量、主轴轮间距及其车轮数量、轮胎宽度等。因此，可根据实际情况确定Lpl^、L3。 上述能量采集与照明装置3，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用正压电效应自发电沥青混凝土路面，其特征是它包括：一种由沥青混凝土（１）组成的路面结构，埋铺在路面结构层中至少一个压电自发电单元（２），以及与压电自发电单元（２）相连接的能量采集与照明装置（３）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴少鹏，唐宁，孙华君，陈文，林伟，周静，陈军，朱继青，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83
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