温差发电阻裂基布、温差发电降温阻裂路面及铺设方法

技术领域

本发明涉及道路工程路面铺装技术领域，具体为一种温差发电阻裂基布、温差发电降温阻裂路面及铺设方法。

背景技术

能源是驱动人类经济并使生活质量提高的关键因素，随着传统化石燃料逐渐短缺且其所造成环境污染问题凸显，绿色能源的开发、利用得到整个社会的重视。沥青路面由于具有表面平整、行车舒适、耐磨性好、振动小、噪声低等优点，被广泛应用于高速公路、城市道路、桥面铺装、机场道面等。沥青路面为黑色路面，类似于黑体，对太阳辐射的吸收系数高达0.8～0.95，是强吸/放热体，可吸收、排除大量热量，尤其在夏季高温时节，白天沥青路面表面温度可达60℃，甚至更高。积聚的大量热量加剧了“热岛效应”，同时持续高温下路面易发生车辙、推移、拥包、泛油等病害，加速沥青路面老化，降低路面使用寿命。如何将面积巨大的沥青路面中大量热能加以收集利用，首先可降低路面温度，减弱城市道路对“热岛效应”的不利影响、减少高温病害，延长路面使用寿命；同时可以高效利用太阳能、缓解资源短缺，促进道路实现绿色化、智能化，可创造巨大的经济和社会效益。

温差发电技术是将热能转化为电能的发电技术，具有成本低、体积小、无污染、无运动特性及运行寿命长等特点，是通过温差利用自然能源的发电方式。可将该技术以合理的方式应用到热能丰富、且自然存在温差的路面结构中，实现自然能源的有效利用、路面结构温度状况的改善。目前温差发电技术较少用于沥青路面，现有专利通过设置不同材料参数沥青混凝土是路面在横断面方向形成P型与N型热电混凝土相间隔的路面结构，该热电路面发电效率良好，但路面的铺筑难度较大；现有专利也通过将路面温度引至一侧路肩并在路肩处实现能量转化收集，但该设计对于热量的利用率相对较低。

发明内容

本发明提供了一种温差发电阻裂基布、温差发电降温阻裂路面及铺设方法，该路面结构施工简易、热能利用率高、热电转化效率高，可有效解决路面内部能量收集的问题，达到有效降低路面温度幅值，减轻路面温度病害，延长路面使用寿命，缓解“热岛效应”的效果。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种温差发电阻裂基布，包括绝热层、温差发电装置和土工布层；

若干个温差发电装置呈阵列状嵌置在绝热层中，并且温差发电装置热端置于上端，绝热层底部，或顶部和底部设置土工布，同列的多个温差发电装置串联形成串联单元，多个串联单元并联。

优选的，所述土工布通过粘接层与绝热层的粘接。

优选的，所述绝热层为空芯球壳填充环氧树脂基复合材料。

优选的，所述温差发电装置为温差发电片。

优选的，所述土工布为导热增强型聚丙烯土工布。

一种温差发电降温阻裂路面，包括温差发电阻裂基布，温差发电阻裂基布铺设在半刚性基层上，温差发电阻裂基布的顶部铺设沥青混合料面层。

优选的，所述温差发电阻裂基布的两侧还铺设有导热粘结层，半刚性基层与导热粘结层之间铺设有透层。

优选的，所述沥青混合料面层从上到下依次包括上面层、中面层和下面层，上面层为普通沥青混凝土，下面层和中面层为导热沥青混凝土。

一种温差发电降温阻裂路面的铺设方法，包括以下过程：

在成型的半刚性基层洒布透层，透层洒布量为0.9～1kg/m；

在透层洒布完成12～24h后，在其表面洒布导热粘结层，所述导热粘结层厚度为2～3mm，洒布温度165～180℃；

在导热粘结层铺设温差发电阻裂基布；

在温差发电阻裂基布上洒布导热粘结层；

在所述导热粘结层上铺设沥青混合料面层。

优选的，，所述温差发电阻裂基布摊铺与透层上表面的导热粘结层洒布同步进行，温差发电阻裂基布和导热粘结层作业间隔控制在米以内，所述温差发电阻裂基布铺设后静压1～2遍，碾压作业与所述温差发电阻裂基布摊铺作业间隔5米以内。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种温差发电阻裂基布，绝热材料与温差发电装置的组合层绝热性能良好，其外层的土工布与粘结剂导热性能良好，此组合使分布在温差发电阻裂基布的温差集中到了绝热材料与温差发电装置的组合层，极大程度地有效利用了温差，同时具有较高的热电转化效率，且该温差发电阻裂基布为一整体、可卷曲，易于运输与工程施工，且温差发电阻裂基布抗拉强度良好，可作为所应用结构的力学增强层。

本发明提供的一种温差发电降温阻裂路面，在半刚性基层与沥青面层之间设置温差发电阻裂基布，实现全路幅路面结构内部温差的利用，并转化为电能，温差发电阻裂基布采用低导热土工材料，确保温差发电阻裂基布上下表面形成较大温差，在温差发电阻裂基布上、下均设置导热粘结层，可提高温差发电阻裂基布与半刚性基层及沥青面层的粘结效果，提高本发明结构的耐久性，同时导热粘结层导热性能良好可实现温差发电阻裂基布上、下表面温度的横向分配，提高能量利用效率，中、下面层导热沥青混凝土可提高或降低基布表面温度，增大基布上下表面温差，提高发电效率；温差发电阻裂基布将温差发电装置埋设与土工布当中，有效避免的温差发电装置单独在路面中埋设、布置的繁琐过程，施工简易、快捷；温差发电阻裂基布具有良好的力学性能，可有效防治基层反射裂缝，减少路面病害发生。可见，本发明将温差发电技术与路工材料结合有效利用于道路工程，高效利用路面结构内部温度差将热能转换为电能，从而有效缓解了“热岛效应”，提高了沥青路面的高温稳定性，同时对基层反射裂缝起到抑制作用，延长路面使用寿命，通过道路进行发电，有效的缓解了资源短缺的问题。

附图说明

图1为本发明一种温差发电阻裂基布的结构示意图；

图2为本发明一种温差发电阻裂基布的俯视图；

图3为本发明温差发电降温阻裂路面的结构示意图。

图中：1-绝热材料，2-温差发电装置，3-土工布，4-粘结剂，5导线，6-半刚性基层，7-透层，8-导热粘结层，9-温差发电阻裂基布，10-下面层，11-中面层，12-上面层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参考图1和2，一种温差发电阻裂基布，包括绝热层1、温差发电装置2、土工布层3、粘结层4和导线5。

若干个温差发电装置2呈阵列状嵌置在绝热层1中，并且温差发电装置2热端置于上端，绝热层1顶部和底部设置土工布3，土工布3通过粘接层与绝热层1粘接，同列的多个温差发电装置2通过导线串联形成串联单元，多个串联单元并联，串联单元中温差发电装置2的个数及并联结构中串联单元中的个数结合实际应用场景及发电功率最大化原则确定。

所述绝热层1为可卷曲绝热板材，具体可为空芯球壳填充环氧树脂基复合材料，厚度为5～10mm。

所述温差发电装置2嵌入绝热材料1中，其厚度与绝热材料相同或略薄于绝热材料，所述温差发电装置具体可为温差发电片。

所述土工布3为导热增强型聚丙烯土工布，具体可为碳纤维铝粉增强聚丙烯土工布，厚度为0.5～1.5mm。

所述粘结剂4为导热型环氧树脂粘结剂，具体可以为氧化铝改性环氧树脂。

所述导线5为耐高温导线，具体可以为硅橡胶编织高温线。

参考图3，一种温差发电降温阻裂路面，包括从下至上依次设置的半刚性基层6、透层7、导热粘结层8、温差发电阻裂基布9、导热粘结层8和沥青混合料面层。

所述透层7为高渗透乳化沥青或煤油稀释沥青。

所述导热粘结层8为添加导热材料的聚合物改性乳化沥青，所述添加导热材料的聚合物改性乳化沥青具体可为石墨烯环氧改性沥青、氧化铝SBS改性沥青，所述导热粘结层8厚度为2～3mm。

所述沥青混合料面层从上到下依次包括上面层12、中面层11和下面层10。

上面层12为普通沥青混凝土，下面层10和中面层11为导热沥青混凝土，所述导热沥青混凝土，具体可为石墨/碳纤维导热沥青混凝土。

该温差发电降温阻裂路面与储能装置配套使用，产生的电能输入至储能装置进行储备和利用。

上述温差发电降温阻裂路面的铺筑工艺如下：

在碾压成型的所述半刚性基层6洒布所述透层7，透层7施工前需彻底清扫干净半刚性基层6顶面，保持基层顶面的清洁，透层7洒布量为0.9～1kg/m3。

透层7洒布完成12～24h后进一步在所述透层7上设置所述导热粘结层8，所述导热粘结层8厚度为2～3mm，洒布温度165～180℃，洒布宽度宽于所述温差发电阻裂基布两边各4～6cm。

在所述导热粘结层8铺设温差发电阻裂基布，所述温差发电阻裂基布摊铺与所述透层7上导热粘结层8洒布同步进行，二者作业间隔控制在10米以内，所述温差发电阻裂基布铺设后紧跟胶轮压路机静压1～2遍，碾压作业与所述温差发电阻裂基布摊铺作业间隔5米以内。

在所述温差发电阻裂基布上洒布导热粘结层8，所述温差发电阻裂基布表面的导热粘结层8的尺寸与温差发电阻裂基布相同，所述导热粘结层8厚度为2～3mm。

在所述导热粘结层8上，按常规沥青路面面层施工规范依次铺筑混合料下面层10、中面层11和上面层12。

本发明的具体工作过程：

所述上面层12直接吸收外界的热量，并向路面结构内部传递，从而在温差发电阻裂基布内形成温度梯度，从而使温差发电装置2工作产生电荷，并可经过配套电路5实现电荷传输，实际应用过程中，需与收集储能装置配套使用，最终实现电能存储。

实施例1

一种温差发电阻裂基布从下至上依次为土工布3、粘结剂4、绝热层1与温差发电装置2的组合层，其中温差发电装置2热端置于上侧；所述温差发电装置2通过导线5形成多个温差发电装置2串联形成串联单元，后多个串联单元并联的连接结构，串联单元中温差发电装置2的个数为25个及并联结构中串联单元中的个数为50个。

所述绝热层1为空芯球壳填充环氧树脂基复合材料，厚度为8mm；所述温差发电装置2嵌入绝热材料1中，其厚度与绝热层1相同，所述温差发电装置2为温差发电片；所述土工布3为碳纤维铝粉增强聚丙烯土工布，厚度为0.8mm；所述粘结剂4为氧化铝改性环氧树脂；所述配套电路5为硅橡胶编织高温线。

温差发电降温阻裂路面的铺筑工艺中，所述透层7为煤油稀释沥青，透层7施工前彻底清扫干净半刚性基层6顶面，透层7洒布量为1kg/m3；透层7洒布完成18h后进一步在所述透层7上设置所述导热粘结层8，所述导热粘结层8为氧化铝SBS改性沥青，厚度为3mm，洒布温度170℃，洒布宽度宽于所述温差发电阻裂基布两边各5cm；进一步在所述导热粘结层8铺设温差发电阻裂基布，所述温差发电阻裂基布上侧于路面结构从下至上相匹配，所述温差发电阻裂基布摊铺与所述透层7上导热粘结层8洒布同步进行，二者作业间隔控制在10米以内，所述温差发电阻裂基布铺设后紧跟胶轮压路机静压2遍，碾压作业与所述温差发电阻裂基布摊铺作业间隔5米；进一步在所述温差发电阻裂基布上洒布导热粘结层8，所述导热粘结层8厚度为3mm；进一步在所述电阻裂基布上洒布导热粘结层8上常规沥青路面面层施工规范依次铺筑混合料下面层10、中面层11、上面层12，所述下面层、中面层和上面层分别为AC-25石墨/碳纤维导热沥青混凝土、AC-20石墨/碳纤维导热沥青混凝土、普通AC-13沥青混合料。

性能测试：

为了验证上述实施例的性能，按上述温差发电降温阻裂路面结构和材料组成制备室内测试试件，同时成型普通沥青混合料对照试件，进行深度方向温度场、发电电压测试。

深度方向温度场测试：将在成型的试件中埋入温度传感器，实验组温度传感器埋置于隔层顶部，对照组埋置位置与实验组尺寸相同，将试件底部与侧面用保温材料包裹后埋入地面中，试件表面与地面平齐，同时实时观测记录一天内实验组和对照组试件温度场及实验组发电电压，结果见表1和表2。由表1可以看出温差发电降温阻裂路面可以显著降低路表温度，温差发电阻裂基布上下侧温差为15℃，结合表2可产生客观的发电电压。

表1

表2

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。