压电发电沥青混凝土原材料及制备

压电发电沥青混凝土原材料及制备

试验原材料及技术指标

       压电材料。常用压电材料主要有无机压电材料、有机压电材料和复合压电材料，其中无机压电材料具有较高的机械品质因数和稳定性，然而压电性能相对微弱;薄膜状有机压电材料具有低疲劳、大应变等优点，但压电系数小、耐温变性能差且在路面石料棱角作用下易发生形状破坏;复合压电材料种类少与价格昂贵的特点不适用于道路工程领域。因此选择具有自发极化作用的无机压电晶体材料Tourmaline粉、Tourmaline负离子粉及压电电荷常数较高的无机压电陶瓷锆钛酸铅粉用于压电沥青混凝土一体化研究，为方便书写下文分别以A，B和C代指上述3种材料，其中压电材料A，B是两种原生矿物，具有压电、热电效应以及自发极化效应，在应力作用下晶体内部正负极性中心不重合从而产生电荷，是较为理想的发电路面压电材料。而压电材料被应用于沥青混凝土时，将被沥青包裹以沥青胶浆的形式存在于混合物中，压电性能将会产生一定的变化。

       为评价压电材料压电性能及应用于沥青混凝土时的电性能发挥情况，本文参照电子陶瓷相关规范制作压电矿物粉体性能检测试件，同时按照以下步骤制备得到压电矿物/沥青复合材料性能检测试件:按照压电材料和沥青质量比1∶4称取相应材料，于160℃下混合搅拌20min，将高温下处于流淌状态的均匀混合物灌入涂有隔离剂的试模，借助MTS压力系统施加10MPa荷载保持5min，继而冷却、脱模、粘贴电极，并按照极化温度50℃、极化电压3kV/mm、极化时间10min的条件进行极化处理，制备得到尺寸为16mm×1.5mm的复合材料测试试件。采用ZJ－3A型准静态测试仪进行压电常数测试，采用HP4294A精密阻抗分析仪在频率1kHz下测量样品介电电容和介质损耗，测量温度范围为室温至180℃，升温速率为5℃/min，计算得到样品的介电常数。

       测试结果表明压电材料A，B和C在常规状态下压电性能优异，且压电矿物/沥青复合材料相较纯矿物材料压电性能无明显降低，表明压电材料在沥青中仍可较好地发挥压电性能，能够用于压电发电沥青混凝土的制备。

      导电材料。普通沥青混凝土导电性能较差，不利于压电材料产生电荷的流动，但已有相关研究表明，在沥青混合料中掺加一定体积分数的石墨材料可有效提高沥青混合料的导电性能，且其路用性能能够满足规范要求，因此选定石墨粉体作为导电材料。导电电极为电荷收集的关键一环，应根据道路受力特性选取耐久性较好的结构，考虑施工便利性选择常见的石墨电极和金属网电极作为电能收集装置，电极埋设前通过导电胶在其表面覆盖粘结一定量导电石墨以提高电极对电荷的收集能力，基于上述材料进行压电发电沥青混凝土的制备及能量输出研究。

       沥青及集料。文中试验所用沥青为SBSI－D型改性沥青，试验检测结果表明沥青各项技术指标均符合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20—2011)中规定的质量要求;所用粗集料为优质玄武岩，细集料为机制砂，矿粉为优质石灰岩矿粉，集料与矿粉洁净、干燥、无杂质，试验检测结果表明集料与矿粉各项技术指标均符合《公路沥青路面设计规范》(JTJD50—2006)和《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)的相关规定。限于文章篇幅要求，沥青及集料等各项指标具体检测结果在文中不予详述。