CN109082964B - 一种融冰地砖及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种融冰地砖及其制备方法，融冰地砖包括地砖本体，地砖本体包括压电层和具有导电发热功能的导电层，导电层的底面与压电层的顶面连接；导电层包括电发热体和金属网，金属网与压电层电连接。相应的融冰地砖的制备方法，包括：将粉煤灰和矿渣按质量比为7:3的比例混合后搅拌，获得灰体混合物，依次在灰体混合物中加入碱激发剂和PZT悬浊液并搅拌均匀，获得第一压电混合物；依次对第一压电混合物进行模具成型、打磨处理和极化处理后，获得压电板；将压电板与电路板连接制得压电层；将压电层的顶面和导电层的底面粘合，组成地砖本体，本发明能有效地实现道路融冰化雪功能的目的，摆脱了天气的影响，从而有利于提高道路的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种融冰地砖及其制备方法。
背景技术
目前，在寒冷地区，冬季长期处于雪季，在人行道、商场进出口等位置，由于行人的多次踩踏，容易在路面形成薄冰，从而导致路面抗滑性能急剧下降，很容易造成行人滑倒，存在重大的安全隐患。
现有技术中，国内外已经在道路工程中开发利用太阳能，实现道路了融冰化雪功能，其主要原理是利用光伏或光热系统对路面进行融冰化雪。但是，利用太阳能对路面进行融冰化雪，受天气影响因素大，尤其在冬天，阴雪天居多，其光热系统往往无法持续蓄能，导致融冰效果较差。
发明内容
本发明实施例提供了一种融冰地砖及其制备方法，以解决现有的道路工程利用太阳能实现融冰化雪却受到天气影响的技术问题，从而摆脱天气影响的束缚，有效地实现道路融冰化雪功能的目的，进而有利于提高道路的安全性。
为了解决上述技术问题，本发明第一实施例提供了一种融冰地砖，包括：
地砖本体，所述地砖本体包括压电层和具有导电发热功能的导电层，所述导电层的底面与所述压电层的顶面连接；
所述导电层包括电发热体和金属网，所述金属网与所述压电层电连接。
进一步的，所述金属网的数量为2个，分别为第一金属网和第二金属网，所述第一金属网与所述第二金属网平行，所述第一金属网设置于所述电发热体的顶面，所述第二金属网设置于所述电发热体的底面。
进一步的，所述压电层包括压电板和双面柔性电路板，所述压电板的数量为2个，所述双面柔性电路板位于2个所述压电板之间。
进一步的，所述双面柔性电路板外接两条导线，分别为第一导线和第二导线，所述第一导线与所述第一金属网连接，所述第二导线与所述第二金属网连接。
进一步的，压电装置还包括双面柔性电路板，压电板的数量为2个，双面柔性电路板位于2个压电板之间，且2个压电板分别通过双面柔性电路板与导电层电连接。
进一步的，所述融冰地砖还包括保护层，所述保护层将所述地砖本体包覆。
进一步的，所述融冰地砖还包括装饰层，所述装饰层的底面与所述保护层的顶面连接。
相应的本发明在第一实施例的基础上提供了第二实施例一种融冰地砖的制备方法用于制备第一实施例的融冰地砖，包括以下步骤：
将粉煤灰和矿渣按质量比为7:3的比例混合后搅拌，获得灰体混合物，依次在灰体混合物中加入碱激发剂和PZT悬浊液并搅拌均匀，获得第一压电混合物；
依次对第一压电混合物进行模具成型、打磨处理和极化处理后，获得压电板；
将压电板与电路板连接制得压电层；
将压电层的顶面和导电层的底面粘合，组成地砖本体，并对地砖本体进行表面处理后，获得融冰地砖。
进一步的，导电层通过以下方法制得：
依次在灰体混合物中加入碱激发剂和石墨搅拌均匀，获得第二压电混合物；
在预设的模具的底部放入金属网后，将第二压电混合物倒入模具中，继而在第二压电混合物的上表面铺设另一金属网，制得导电层。
进一步的，对地砖本体进行表面处理后，获得融冰地砖，具体为：
将灰体混合物加入碱激发剂搅拌混合后得到第二灰体混合物；
在地砖本体的表面涂覆第二灰体混合物，作为保护层；
将保护层的上表面，与装饰层下表面粘合制得融冰地砖。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
所述压电层通过导线与所述导电板电连接，当所述地砖本体受到压力作用时，所述压电层由于正压电原理产生电流并传输至所述导电层；而由于所述导电层中的电发热体具有大电阻，所述电发热体在通电后产生热量，从而提高了所述地砖本体的温度，达到除雪融冰的目的，进而有利于提高道路的安全性。
附图说明
图1是本发明第一实施例中融冰地砖的结构示意图；
图2是本发明第一实施例中融冰地砖的地砖本体的结构示意图；
图3是本发明第一实施例中融冰地砖的导电层的结构示意图；
图4是本发明第一实施例中融冰地砖的金属网的结构示意图；
图5是本发明第一实施例中融冰地砖的压电层的结构示意图；
图6是本发明第二实施例中融冰地砖的制备方法的流程示意图；
附图标记说明：100、装饰层；110、保护层；120、地砖本体；121、导电层；122、压电层；200、双面柔性电路板；201、第一金属网；202、第二金属网；203、电发热体；204、第一导线；205、第二导线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一实施例
请参阅图1、图2、图3和图4，本发明优选第一实施例提供了一种融冰地砖，包括地砖本体，地砖本体包括压电层和具有导电发热功能的导电层，导电层的底面与压电层的顶面连接；
导电层包括电发热体和金属网，金属网与压电层电连接。
在本实施例中，压电层通过导线与导电层中的金属网连接，当地砖本体受到压力作用时，压电层由于正压电原理产生电流，通过导线和金属网，传输至导电层中的电发热体重；而由于电发热体自身具有大电阻，电发热体在通电后产生热量，从而提高了地砖本体的温度，达到除雪融冰的目的，进而有利于提高道路的安全性。
在本实施例中，应当说明的是，电发热体主要由粉煤灰和矿渣混合后加入碱激发剂和石墨制得，当电流通过电热体时，因电热体具有较大的阻值会产生热量，同时通过掺入石墨增强电热体的导电性，使得电流能在电热体中顺利流通。
作为优选地，金属网与导电层的顶面平行，从而使得压电层传输到导电层的电流能够流经电发热体的每一处，有利于电发热体的发热均匀，进而有利于提高融冰地砖融冰除雪的效率和可靠性。
请参阅图3，在本发明实施例中，金属网的数量为2个，分别为第一金属网和第二金属网，第一金属网与第二金属网平行，第一金属网设置于电发热体的顶面，第二金属网设置于电发热体的底面，其中第一金属网和第二金属网的材质可以但不限于为铁、铜等易导电的金属。
请参阅图2和图5，在本发明实施例中，压电层包括压电板和双面柔性电路板，压电板的数量为2个，双面柔性电路板位于2个压电板之间。
优选的，双面柔性电路板外接两条导线，分别为第一导线和第二导线，第一导线与第一金属网连接，第二导线与第二金属网连接，具体的，从双面柔性电路板的接头圈中接取接头一个，将导线穿入接头中，再将接头两侧卡口弯曲固定导线，制得第一导线；重复步骤，制作第二导线。
将第一导线穿入第一金属网中，再将接头两侧卡口弯曲固定导线；从第二金属网中接取另一个接头，将第二导线穿入第二金属网中，再将接头两侧卡口弯曲固定导线，使得压电层产生的电流能够通过导线流入金属网中。
双面柔性电路板，较普通的印刷电路板可以自由弯曲、卷绕、折叠，且能承受数百万次的动态弯曲而不损坏导线，从而能根据空间布局要求进行设计，达到元器件装配和导线连接的一体化。
请参阅图1，在本发明实施例中，融冰地砖还包括保护层，保护层将地砖本体包覆，具体的，在地砖本体的外表面用碱激发粉煤灰矿渣混合材料抹5mm保护层，从而起到一个保护作用，防止地砖本体层因受到剧烈的冲击导致结构损坏。
请参阅图1，在本发明实施例中，融冰地砖还包括装饰层，融冰地砖还包括装饰层，装饰层的底面与保护层的顶面连接，具体的，将装饰层的下表面用树脂胶与保护层的上表面粘合，最终制得尺寸约为30*30cm厚度约为5cm的除雪融冰地砖，装饰层可根据路况的需要设置不同的条纹颜色，起到装饰和增大地砖表面摩擦的作用。
优选的，压电层的厚度小于导电层的厚度。
通过实施本发明的实施例，压电层通过导线与导电板电连接，当地砖本体受到压力作用时，压电层由于正压电原理产生电流并传输至导电层；而由于导电层自身具有大电阻，导电层在通电后产生热量，从而提高了地砖本体的温度，达到除雪融冰的目的，进而有利于提高道路的安全性，无需人工扫雪提高了工作效率，节约了人力成本，同时解决现有的道路工程利用太阳能实现融冰化雪却受到天气影响的技术问题，此外现有技术中，利用导电混凝土融冰电路复杂，检修困难，维护成本高，且需要外接电源。本实施例提供的融冰地砖，无需外接电源，可根据自身压电产生电流进行发热，确保了在行人步行的安全，每块地砖之间没有电线连接独立工作，一旦发生损坏，可以方便快捷的更换单块地砖。
第二实施例
参阅图6，本发明第二实施例提供了一种融冰地砖的制备方法，包括以下步骤：
S101：将粉煤灰和矿渣按质量比为7:3的比例混合后搅拌，获得灰体混合物，依次在灰体混合物中加入碱激发剂和PZT悬浊液并搅拌均匀，获得第一压电混合物；
S102：依次对第一压电混合物进行模具成型、打磨处理和极化处理后，获得压电板；
S103：将压电板与电路板连接制得压电层；
S104：将压电层的顶面和导电层的底面粘合，组成地砖本体，并对地砖本体进行表面处理后，获得融冰地砖。
对于步骤S101，优选的碱激发剂由以下方法制得：将去离子水、水玻璃与氢氧化钠按照质量比例100:2：4混合后搅拌10分钟，静置24h后得到碱激发剂。
优选的PZT悬浊液由以下方法制得：按Pd、Zr、Ti、O原子的摩尔质量为1:0.52:0.48:3的比例将PbO，ZrO2，TiO2加去离子水混合,继而用湿法球磨研20min后放置在空气中12h,获得混合均匀的PbO，ZrO2，TiO2粉末；将混合均匀的PbO，ZrO2，TiO2粉末放置在120℃的烘箱中干燥6h,再与浓度为0.5％的三乙醇胺混合后在球料质量比为20：1、公转转速为250r/min、公转与自转的速度比为4：1的行星式球磨机中粉磨60h，制得粒直径为1～5微米的PZT粉末；然后采用柠檬酸三铵作为分散剂，将柠檬酸三铵和PZT加入到已经经过搁置过24h的碱激发剂中超声浴0.5h，制得PZT悬浊液。
进一步的，将粉煤灰和矿渣按质量比为7:3的比例混合后搅拌，获得灰体混合物，依次在灰体混合物中加入碱激发剂和PZT悬浊液并搅拌均匀，获得第一压电混合物，具体为：将粉煤灰和矿渣混合在净浆搅拌机内干拌2分钟，使灰体充分混合，再加入配PZT悬浊液混合搅拌7分钟，获得第一压电混合物。
对于步骤S102，依次对第一压电混合物进行模具成型、打磨处理和极化处理后，获得压电板具体为：
将第一压电混合物注入到准备好的特制模具里，制得尺寸20*20cm厚度约为4.2-4.5mm的方板；
利用压力机给模具里的材料持续施加30～50MPa的压力，时间为30～40min直至成型。将已成型的混合物片材装入密封袋中，在温度为20度的恒温箱中养护72-96h，获得第一压电板；
将第一压电板用打磨机进行打磨直至压电片表面为4mm，最后抛光得到尺寸20*20cm厚度4mm的第二压电板；
将第二压电板上下两面均匀涂覆低温导电银浆，烘干后在二甲基硅油中极化，在室温下放置24h后制得第三压电板，待电畴稳定后对第三压电板进行压电性能方面的测试，并在极化电极为正的一面进行标记；
对于步聚S103，将第三压电板与电路板连接制得压电层，具体为：取两片已极化完毕的第三压电板，用卫生棉沾取少量乙醇擦拭干净压电片两面，晾干后待用。将一压电板有标记的一面朝上，然后用毛笔均匀在压电片表面刷导电银胶。再将双面柔性电路板放在该压电板有圆点的这一面；然后用毛笔均在电路板表面抹导电银胶，再将另一压电板有圆点的一面朝上放于电路板上；固定后在将其放于电热恒温鼓风干燥箱中，100℃干燥4h，得到制得尺寸20*20cm厚度约9mm的压电层。
对于步骤S104，优选的，导电层由以下方法制得：
依次在灰体混合物中加入碱激发剂和石墨搅拌均匀，获得第二压电混合物；在预设的模具的底部放入金属网后，将第二压电混合物倒入模具中，继而在第二压电混合物的上表面铺设另一金属网，制得导电层。
具体的，将灰体混合物中加入碱激发剂搅拌4min，然后加入质量分数为2％的石墨，再搅拌3min让材料充分混和均匀，制得第二压电混合物；
在预设模具底部放上总尺寸20*20cm铁网间隔为5mm的金属铁网，然后将第二压电混合物第一次倒入到模具里，在振动台上振动1min，然后在振捣后浆体上再铺设金属铁网，第二次倒入第二压电混合物，再在振动台上振动1min，将第二压电混合物板材贴膜密封养护，在温度为20度的恒温箱中养护72～96h，制得尺寸20*20cm厚度约为2cm碱激导电层。
进一步的，将压电层的顶面和导电层的底面粘合，组成地砖本体，具体为：先将压电层放置在最下方，在压电层上表面涂抹树脂胶后将导电层放置与上方，再将压电层和导电层的导线接好，具体的，通过接头圈在压电层上接取接头一个，将导线穿入接头中，再将接头两侧卡口弯曲固定导线，制得第一导线；重复步骤，制作第二导线。将第一导线穿入导电层的第一金属网中，再将接头两侧卡口弯曲固定导线；从第二金属网中接取另一个接头，将第二导线穿入第二金属网中，再将接头两侧卡口弯曲固定导线，使得压电层产生的电流能够通过导线流入金属网中。
进一步的，对地砖本体进行表面处理后，获得融冰地砖，具体为：
将灰体混合物加入碱激发剂搅拌混合后得到第二灰体混合物；
在地砖本体的表面涂覆5mm厚的第二灰体混合物，作为保护层；
将保护层的上表面，与装饰层下表面粘合制得尺寸约为30*30cm厚度约为5cm的除雪融冰地砖。
通过实施本发明的实施例，将粉煤灰和矿渣按质量比为7:3的比例混合后搅拌，获得灰体混合物，依次在灰体混合物中加入碱激发剂和PZT悬浊液并搅拌均匀，获得第一压电混合物；依次对第一压电混合物进行模具成型、打磨处理和极化处理后，获得压电板；将压电板与电路板连接制得压电层；将压电层的顶面和导电层的底面粘合，组成地砖本体，并对地砖本体进行表面处理后，制得一种融冰地砖，以用于达到除雪融冰的目的，进而有利于提高道路的安全性。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种融冰地砖，其特征在于，包括地砖本体，所述地砖本体包括压电层和具有导电发热功能的导电层，所述导电层的底面与所述压电层的顶面连接；
所述导电层包括电发热体和金属网，所述金属网与所述压电层电连接；
其中，所述压电层包括由第一压电混合物构成的压电板；
所述第一压电混合物的制备过程，包括：
通过将粉煤灰和矿渣按质量比为7:3的比例混合后搅拌，获得灰体混合物，依次在所述灰体混合物中加入碱激发剂和PZT悬浊液并搅拌均匀，获得第一压电混合物。
2.如权利要求1所述的融冰地砖，其特征在于，所述金属网的数量为2个，分别为第一金属网和第二金属网，所述第一金属网与所述第二金属网平行，所述第一金属网设置于所述电发热体的顶面，所述第二金属网设置于所述电发热体的底面。
3.如权利要求2所述的融冰地砖，其特征在于，所述压电层包括压电板和双面柔性电路板，所述压电板的数量为2个，所述双面柔性电路板位于2个所述压电板之间。
4.如权利要求3所述的融冰地砖，其特征在于，所述双面柔性电路板外接两条导线，分别为第一导线和第二导线，所述第一导线与所述第一金属网连接，所述第二导线与所述第二金属网连接。
5.如权利要求1所述的融冰地砖，其特征在于，所述融冰地砖还包括保护层，所述保护层将所述地砖本体包覆。
6.如权利要求5所述的融冰地砖，其特征在于，所述融冰地砖还包括装饰层，所述装饰层的底面与所述保护层的顶面连接。
7.一种融冰地砖的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1-6所述的融冰地砖，包括以下步骤：
将粉煤灰和矿渣按质量比为7:3的比例混合后搅拌，获得灰体混合物，依次在所述灰体混合物中加入碱激发剂和PZT悬浊液并搅拌均匀，获得第一压电混合物；
依次对所述第一压电混合物进行模具成型、打磨处理和极化处理后，获得压电板；
将所述压电板与电路板连接制得所述压电层；
将所述压电层的顶面和导电层的底面粘合，组成地砖本体，并对所述地砖本体进行表面处理后，获得所述融冰地砖。
8.如权利要求7所述的融冰地砖的制备方法，其特征在于，所述导电层通过以下方法制得：
依次在所述灰体混合物中加入碱激发剂和石墨搅拌均匀，获得第二压电混合物；
在预设的模具的底部放入金属网后，将所述第二压电混合物倒入所述模具中，继而在所述第二压电混合物的上表面铺设另一金属网，制得所述导电层。
9.如权利要求7所述的融冰地砖的制备方法，其特征在于，所述对所述地砖本体进行表面处理后，获得所述融冰地砖，具体为：
将所述灰体混合物加入碱激发剂搅拌混合后得到第二灰体混合物；
在所述地砖本体的表面涂覆所述第二灰体混合物，作为保护层；将所述保护层的上表面，与装饰层下表面粘合制得所述融冰地砖。
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