CN114923153A - 可实现混凝土温差发电供应路灯装置及混凝土道路的制法 - Google Patents

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穆升常
姜彬彬
朱帆
杨金龙
曾博文
冯昌海
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Abstract

本发明公开了可实现混凝土温差发电供应路灯装置及混凝土道路的制法，包括导线连接的道路系统、发电系统、控制系统和路灯系统，道路系统包括水泥垫层、橡胶沥青层及螺纹钢筋与扎条和光圆钢筋组成的钢筋网，发电系统包括P型半导体混凝土路面、N型半导体混凝土路面、第一铜网电极、第二铜网电极、第三铜网电极和第四铜网电极，控制系统包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管及其组成的整流器和总控制器，路灯系统包括路灯电容器、阴极接线柱、阳极接线柱和路灯。温差发电机无机械运动、无噪声、可靠性高、没有温室气体排放，无需输电线路架构输送；混凝土复合材料具备较好的机械性能。

Description

可实现混凝土温差发电供应路灯装置及混凝土道路的制法
技术领域
本发明涉及路灯装置及道路制法，特别涉及可实现混凝土温差发电供应路灯装置及混凝土道路的制法。
背景技术
水泥混凝土路面承载力大，抗油类侵蚀好，路面阻力小，使用寿命长，且维护简单、费用低，已被人们广泛使用。为推动基础设施建设向高端化、智能化、绿色化优化升级，混凝土路面不仅要有良好的力学性能，还要具备一定的功能性。夏季日光直射条件下，城市路面温度能达到70～80℃，由于混凝土的隔热属性，路基下接触土壤温度和道路表面温差能达到40℃以上。该发明利用太阳能直射混凝土路面产生的热能，通过添加石墨烯或其他金属氧化物的水泥基制成N型半导体混凝土或P型半导体混凝土组成PN温差发电机，利用该复合材料具备的热电特性进行温差发电并利用全桥电路将所产生电流转换成直流电储存在路灯内置的电容器中，在夜晚时分释放电力供应路灯。
专利CN202120267220.6公开了一种沥青混凝土路面温差发电系统：采用吸热管间隔布置于道路内部，温差发电片和导热板利用沥青路面吸收的热量转换成绿色的电能输出至储能器中。该系统虽然利用了沥青表面热能温差发电，但主要存在以下几个问题：(1)将温差发电片置于道路内部，破坏了路面中沥青混凝土的整体性，降低了路面的承载能力，存在安全隐患；(2)需要吸热管和导热板与温差发电片相连接，致使传热过程中的热量损失；(3)施工工艺复杂，器件成本较高，而能量转换效率较低，大规模应用前景不佳。
专利CN202010588173.5公开了一种沥青路面半导体温差发电系统：将版到底温差发电装置置于沥青路面下层，利用Bi2Te3作为热电模块材料，组成多个串联的N-P半导体安置于绿化带下，用上下铝板作为外壳，将路面热量传导至绿化带后进行温差发电。该系统虽然利用了热电材料Bi2Te3组成N-P半导体温差发电机，但主要存在以下几个问题：(1)将路面热量传导至绿化带下方的温差发电模块，路径长、消耗大、效率低；(2)施工工艺复杂，热电材料成本较高，应用前景不佳。
综上所述，现有技术仍存在热接触不良、无法直接利用混凝土热电性能、建造及后期维护成本过高等问题。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种无机械运动、无噪声、可靠性高、免维护的可实现混凝土温差发电供应路灯装置。
本发明另一目的是提供一种具备一定的机械性能，修筑道路整体性良好，抗压抗弯抗折性能优越的混凝土道路的制法。
技术方案：本发明所述的可实现混凝土温差发电供应路灯装置，包括导线连接的道路系统、发电系统、控制系统和路灯系统，所述道路系统包括水泥垫层、橡胶沥青层及螺纹钢筋与扎条和光圆钢筋组成的钢筋网，所述发电系统包括P型半导体混凝土路面、N型半导体混凝土路面、第一铜网电极、第二铜网电极、第三铜网电极和第四铜网电极，所述控制系统包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管及其组成的整流器和总控制器，所述路灯系统包括路灯电容器、阴极接线柱、阳极接线柱和路灯。
进一步地，所述P型半导体混凝土路面和N型半导体混凝土路面与控制系统通过连接器耳连接。
进一步地，所述连接器耳包括对称设置的第一铜网电极和第二铜网电极，第一铜网电极和第二铜网电极分别嵌入P型半导体混凝土路面和N型半导体混凝土路面中，且延伸出混凝土单元侧面边界。
进一步地，所述总控制器包括升压稳压控制器和逆变器。
进一步地，用导线分别将第一铜网电极和第二铜网电极与整流器的两个交流端相连，整流器的正负端与总控制器一端电极相连，控制器另一端正极与电容器的阳极接线柱相连，负极与电容器的阴极接线柱的任意一根相连。
进一步地，还包括传感器，所述传感器包括温度传感器和温差电动势传感器，嵌入N-P型半导体混凝土路面的两端。
进一步地，所述导线具体连接方法：第一铜网电极用导线A与整流器中的第一二极管与第二二极管的结合点相连，第二铜网电极用导线B与整流器中的第三二极管与第四二极管的结合点相连；整流器中第一二极管与第四二极管的结合点用导线D经过控制器与电容器的阳极接线柱相连，整流器中的第二二极管与第三二极管的结合点用导线C经过控制器与电容器的阴极接线柱的任意一根相连。
所述的可实现混凝土温差发电供应路灯装置的制法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)先将含水率为10％的水泥稳定石粉渣均匀铺设20cm，经过振动压路机静压一遍，然后再通过振动压路机轻振，最后通过振动压路机静压形成水泥垫层再铺设橡胶沥青层作为垫层；
(2)将骨料倒入垫层上方，碾压平整后放置第三铜网电极或第四铜网电极；
(3)接着按比例将水泥、热电填料分散液、粉煤灰、减水剂和水的混合物料浇筑铺平后以先以50-60r/min的速度慢速搅拌3～5min再以100-150r/min的速度快速搅拌5～8min或通过振捣器振捣，再铺设第三铜网电极或第四铜网电极；
(4)接着将螺纹钢筋和光圆钢筋用扎条编织成钢筋网铺设于第三铜网电极或第四铜网电极上方，继续浇筑混合物料至钢筋网上方；
(5)最后在P型半导体混凝土路面或N型半导体混凝土路面面层上方洒水覆盖层面达2～3mm水层，用纺织物覆盖上层，每日早中晚各喷洒一次以保持路面湿润，养护。
一、P型半导体混凝土路面的制备方法：
(1)研磨使石墨烯纳米片在水泥中均匀分布得到石墨烯水泥；
(2)将氧化石墨烯与分散剂、助分散剂混合，加水搅拌后进行超声分散得到石墨烯分散液；
(3)将含水率为10％的水泥稳定石粉渣均匀铺设，经过路面处理后再铺设橡胶沥青层作为垫层；
(4)将下层铜丝网铺设于垫层上，按比例将石墨烯水泥、石墨烯分散液、骨料、粉煤灰、减水剂和水的混合物料浇筑铺平后进行机械梯度搅拌，铺设上层铜丝网；
(5)继续浇筑混合物料，将钢筋网铺设于上层铜丝网之上，铺平面层；
(6)在P型半导体混凝土面层上方洒水覆盖水层，用纺织物覆盖上层，养护。
作为优选，
步骤(2)中石墨烯分散液中各组分的用量与水的质量比为：氧化石墨烯4.0-5.5wt％，分散剂0.5-1.0wt％，助分散剂0.1-0.5wt％。
步骤(2)中，超声分散功率4000-5000W，超声搅拌速度60-90r/min，超声温度40-55℃，超声搅拌时间25-30min。
步骤(4)中，机械梯度搅拌是采用搅拌器先以50-60r/min的速度慢速搅拌3～5min，再以100-150r/min的速度快速搅拌5～8min。
所述步骤(5)中，铜丝网网目尺寸为2.5×2.5mm2，两片铜网打磨后分别嵌入在距离混凝土面层边界20cm处和50cm的内部，铜网延伸出混凝土单元侧面边界10mm-20mm作为能量收集电路的连接器耳。
所述步骤(6)中，纺织物可用多个麻袋替代。
二、N型半导体混凝土路面的制备方法，
(1)将MnO2金属颗粒与水泥混合研磨使MnO2纳米颗粒在水泥中均匀分布得到MnO2水泥；
(2)将MnO2纳米棒与分散剂十四烷基三甲基溴化铵、助分散剂聚丙烯酸混合，加水搅拌进行预分散，得到预分散液，对预分散液用超声分散仪进行超声分散得到MnO2分散液；
(3)将MnO2水泥、粉煤灰、骨料、减水剂依次加入MnO2分散液中，加水拌合，进行机械梯度搅拌；
(4)搅拌后的混合物作为浇筑混合物料，浇筑铺平后进行机械梯度搅拌，铺设上层铜丝网；
(5)继续浇筑混合物料，将钢筋网铺设于上层铜丝网之上，铺平面层；
(6)在N型半导体混凝土面层上方洒水覆盖水层，用纺织物覆盖上层，养护。
作为优选，
步骤(2)中MnO2分散液中各组分的用量与水的质量比为：纳米MnO2为5-10wt％，分散剂0.5-1.0wt％，助分散剂0.1-0.5wt％。
步骤(2)中，超声分散功率3000-4000W，超声搅拌速度50-100r/min，超声温度30-45℃，超声搅拌时间20-25min。
步骤(4)中，机械梯度搅拌是采用搅拌器先以50-60r/min的速度慢速搅拌3～5min，再以100-150r/min的速度快速搅拌5～8min。
所述步骤(5)中，铜丝网网目尺寸为2.5×2.5mm2，两片铜网打磨后分别嵌入在距离混凝土面层边界20cm处和50cm的内部，铜网延伸出混凝土单元侧面边界10mm-20mm作为能量收集电路的连接器耳。
所述步骤(6)中，纺织物可用多个麻袋替代。
该混凝土路面温差发电装置包括N型半导体混凝土路面层，P型半导体混凝土路面层，基层和垫层，置于面层下方的螺纹钢筋，于N-P型半导体混凝土路面中间侧绿化带区域地下依次连接的全桥整流器、总控制器和路灯；所述基层包括铺设在普通混凝土垫层和N-P型半导体混凝土间的橡胶沥青层。
N-P型半导体混凝土路面与全桥整流器通过部分嵌入在N-P型混凝土路面上的连接器耳连接，所述连接器耳包括第一铜网电极、第二铜网电极。N-P型半导体混凝土路面温差发电系统包括包括N型半导体混凝土路面与P型半导体混凝土路面，及其内嵌作为检测塞贝克效应的四铜网电极，全桥整流器、总控制器和路灯电容器。总控制器包括升压稳压控制器及逆变器，路灯电容器为圆柱型自愈式低压并联电容器置于路灯底座。所述四铜网位置均布有温度检测仪和温差电动势检测仪，并实时传输数据。
工作原理：
塞贝克效应源于材料内部载流子的分布与运动特性，热电相掺入到水泥基材料中，使其载流子浓度激增，基体中载流子迁移、扩散及散射行为赋予了热电水泥基复合材料一定的热电性能。其中内部载流子为携带负电荷的电子和携带正电荷的空穴，当热电混凝土路面上下端存在温差时，热端附近的载流子将具有比冷端附近载流子更高的动能。对半导体混凝土而言，热端附近受热激发进入导带或价带的载流子数量也将高于冷端附近，从而在水泥基内部形成载流子从热端到冷端的扩散；
本发明的N型半导体混凝土加入MnO2后具有显著的N型导电性，表现出电子运动，而混凝土加入石墨烯P型导电材料的加入后，混凝土中存在空穴运动，因此在两种复合材料通过电极连接后形成了PN温差发电机，不但保有了混凝土的机械性能，更增强了其热电性能。用N-P型半导体混凝土材料修筑的道路在夏季日光直射条件下，路面与路基下温差能达到40℃以上。温度梯度导致热端的载流子向冷端扩散，形成温差电动势，再通过四个二极管构成的全桥电路使电流单向移动通过总控制器储入路灯电容器中待夜晚用电。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优势：
(1)用N-P半导体混凝土制造的PN温差发电机具有无机械运动、无噪声、可靠性高、免维护、没有与化石燃料燃烧相关的温室气体排放，无需输电线路架构输送等突出的优点；
(2)N-P型半导体混凝土复合材料具备一定的机械性能，修筑道路整体性良好，抗压抗弯抗折性能优越，可应用范围广；
(3)利用白天路面的高热量进行温差发电供应夜晚路灯或红绿灯发光，既可以缓解城市热岛效应又能建立清洁灵活的城市能源结构；
(4)无需人为调节正负电极，一年四季免维护、免调节发电，使用四个二极管搭建的全桥电路可以使电流单向流动，无论夏季路面上方热量高还是冬季路面上方温度低，温差发电所产生的电流均按同一方向储入电容器。
附图说明
图1为系统结构示意图；
图2为P型半导体混凝土道路示意图；
图3为工作原理图；
图4为电路图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明的混凝土路面温差发电装置，包括道路系统、发电系统、控制系统和路灯系统，所述道路系统包括水泥垫层6、橡胶沥青层4及螺纹钢筋1与扎条2和光圆钢筋3组成的钢筋网，所述发电系统包括P型半导体混凝土路面14、N型半导体混凝土路面15、第一铜网电极5、第二铜网电极7、第三铜网电极16、第四铜网电极17，所述控制系统包括第一二极管81、第二二极管82、第三二极管83、第四二极管84及其组成的整流器8、总控制器9，所述路灯系统包括路灯电容器11和其阴极接线柱10、阳极接线柱12所组成的路灯13。
具体步骤如下：
(1)先将含水率为10％的水泥稳定石粉渣均匀铺设20cm，经过振动压路机静压一遍，碾压速度为3.5km/h，然后再通过振动压路机轻振两遍，振动频率为30Hz，其振幅在1.5mm左右，推进速度为2km/h，最后通过振动压路机静压三遍形成水泥垫层6再铺设5cm的橡胶沥青层4作为垫层。
(2)将骨料倒入垫层上方，所述骨料为65％粒径为15～20mm的碎石和35％粒径为5～10mm的碎石。振动压路机碾压四到五遍平整后放置第三铜网电极5或第四铜网电极7。
(3)接着按比例将水泥、热电填料分散液、粉煤灰、减水剂和水的混合物料浇筑铺平30cm后以先以50-60r/min的速度慢速搅拌3～5min再以100-150r/min的速度快速搅拌5～8min或通过振捣器振捣，再铺设第三铜网电极16或第四铜网电极17。
(4)接着将直径1.5cm的螺纹钢筋1和直径1cm的光圆钢筋3用扎条2编织成钢筋网铺设于第三铜网电极16或第四铜网电极17上方。继续浇筑混合物料至钢筋网上方20cm厚。
(5)最后在P型半导体混凝土路面14或N型半导体混凝土路面15面层上方洒水覆盖层面达2～3mm水层，用纺织物覆盖上层，每日早中晚各喷洒一次以保持路面湿润，养护28天。
具体的，发电系统与控制系统和路灯系统依次用导线连接。
P型半导体混凝土路面14和N型半导体混凝土路面15与控制系统通过连接器耳连接，连接器耳包括对称设置的第一铜网电极5和第二铜网电极7，第一铜网电极5和第二铜网电极7分别嵌入P型半导体混凝土14和N型半导体混凝土15中50cm处，且延伸出混凝土单元侧面边界10mm-20mm，用于作为能量收集电路的连接器耳。具体的，用导线分别将第一铜网电极5和第二铜网电极7与整流器8的两个交流端相连，整流器8的正负端与总控制器9一端电极相连，控制器9另一端正极与电容器11的阳极接线柱12相连，负极与电容器11的阴极接线柱10的任意一根相连。整流器8为四个二极管按一定的排布集成制成，所述总控制器9包括升压稳压控制器和逆变器，所述电容器11为自愈式低压并联电容器。
此外，本发明的混凝土路面温差发电装置还包括有传感器，用于智能监控装置运行过程，实现自动化管理：所述传感器嵌入所述N-P型半导体混凝土路面的两端：具体地，所述传感器包括温度传感器和温差电动势传感器。其中，温度传感器用于记录N-P型半导体混凝土路面14、15路面与路基下温差，在路面上和路基下都嵌入有温度传感器，同步记录两侧温度值，这样可以获得两侧路面温度差，而温差电动势传感器可采用电压测量计，路面两端嵌入铜网，由于两端温差不同，当P型半导体混凝土14两端的第一铜网电极5与第三铜网电极16连通后会有电流产生，同理N型半导体混凝土15两端第二铜网电极5与第四铜网电极17也由电流产生。在电路中接入电压测量计即可获得温差电动势。
如图3所示，导线具体连接方法与发电原理：第一铜网电极5用导线A与整流器8中的第一二极管81与第二二极管82的结合点相连，第二铜网电极7用导线B与整流器8中的第三二极管83与第四二极管84的结合点相连；整流器8中第一二极管81与第四二极管84的结合点用导线D经过控制器9与电容器11的阳极接线柱12相连，整流器8中的第二二极管82与第三二极管83的结合点用导线C经过控制器9与电容器11的阴极接线柱10的任意一根相连。本发明使用四个二极管搭建的全桥电路可以使电流单向流动，无论夏季外热内冷还是冬季内热外冷，温差发电所产生的电流均按同一方向储入电容器，无需人为调节正负电极，一年四季免维护、免调节发电。
实施例2
本发明的P型半导体混凝土路面14的原料按重量份包括以下组分：水泥65份、粉煤灰15份、骨料45份、石墨烯纳米片8份、聚羧酸减水剂1份、氧化石墨烯8份和水80份。其中水泥为普通硅酸盐水泥，其28天抗压强度≥42.5，28天抗折强度≥6.5，比表面积≥300。石墨烯纳米片厚度为15-20nm，表面积为60-80m2g-1。氧化石墨烯可参照专利CN202110124791.9进行制备。
本发明的P型半导体混凝土路面通过如下方式制备：
1)将石墨烯纳米片与水泥放入氧化锆球行星球磨机中，使用球磨法研磨使石墨烯纳米片在水泥中均匀分布得到石墨烯水泥，其中球磨机转速为700r/min，预定球磨时长16h。
2)将氧化石墨烯与分散剂聚氧代乙烯壬基苯基醚、助分散剂聚丙烯酸混合，加水搅拌进行预分散，得到预分散液，对预分散液用超声分散仪进行超声分散得到石墨烯分散液，其中石墨烯分散液中各组分的用量与水的质量比为：氧化石墨烯5.0wt％，分散剂0.3wt％，助分散剂0.1wt％；预分散搅拌速度170r/min，温度25℃，搅拌时间为25min；超声分散功率4000W，超声搅拌速度80r/min，超声温度30℃，超声搅拌时间30min。
3)将石墨烯水泥、粉煤灰、骨料、减水剂依次加入石墨烯分散液中，加水拌合，进行机械梯度搅拌；机械梯度搅拌是采用搅拌器先以60r/min的速度慢速搅拌8min，再以180r/min的速度快速搅拌10min。
4)搅拌后的混合物作为浇筑混合物料如实施例1中步骤(4)等待浇筑成为P型半导体混凝土路面14。
实施例3
本发明的N型半导体混凝土路面的原料按重量份包括以下组分：水泥75份、粉煤灰20份、骨料65份、MnO2纳米棒10份、聚羧酸减水剂2份和MnO2金属颗粒10份、水90份。
本发明的N型半导体混凝土路面通过如下方式制备：
1)将MnO2金属颗粒与水泥放入氧化锆球行星球磨机中，使用球磨法研磨使MnO2纳米颗粒在水泥中均匀分布得到MnO2水泥，其中球磨机转速为500r/min，预定球磨时长15h。
2)将MnO2纳米棒与分散剂十四烷基三甲基溴化铵、助分散剂聚丙烯酸混合，加水搅拌进行预分散，得到预分散液，对预分散液用超声分散仪进行超声分散得到MnO2分散液，其中MnO2分散液中各组分的用量与水的质量比为：MnO2为10.0wt％，分散剂1.2wt％，助分散剂0.6wt％；预分散搅拌速度150r/min，温度25℃，搅拌时间为15min；超声分散功率5000W，超声搅拌速度100r/min，超声温度35℃，超声搅拌时间35min。
3)将MnO2水泥、粉煤灰、骨料、减水剂依次加入MnO2分散液中，加水拌合，进行机械梯度搅拌；机械梯度搅拌是采用行星搅拌机先以70r/min的速度慢速搅拌10min，再以190r/min的速度快速搅拌10min。
4)搅拌后的混合物作为浇筑混合物料如实施例1中步骤(4)等待浇筑成为N型半导体混凝土路面15。

Claims (9)

1.一种可实现混凝土温差发电供应路灯装置，其特征在于：包括导线连接的道路系统、发电系统、控制系统和路灯系统，所述道路系统包括水泥垫层(6)、橡胶沥青层(4)及螺纹钢筋(1)与扎条(2)和光圆钢筋(3)组成的钢筋网，所述发电系统包括P型半导体混凝土路面(14)、N型半导体混凝土路面(15)、第一铜网电极(5)、第二铜网电极(7)、第三铜网电极(16)和第四铜网电极(17)，所述控制系统包括第一二极管(81)、第二二极管(82)、第三二极管(83)、第四二极管(84)及其组成的整流器(8)和总控制器(9)，所述路灯系统包括路灯电容器(11)、阴极接线柱(10)、阳极接线柱(12)和路灯(13)。
2.根据权利要求1所述的可实现混凝土温差发电供应路灯装置，其特征在于：所述P型半导体混凝土路面(14)和N型半导体混凝土路面(15)与控制系统通过连接器耳连接。
3.根据权利要求2所述的可实现混凝土温差发电供应路灯装置，其特征在于：所述连接器耳包括对称设置的第一铜网电极(5)和第二铜网电极(7)，第一铜网电极(5)和第二铜网电极(7)分别嵌入P型半导体混凝土路面(14)和N型半导体混凝土路面(15)中，且延伸出混凝土单元侧面边界。
4.根据权利要求1所述的可实现混凝土温差发电供应路灯装置，其特征在于：所述总控制器(9)包括升压稳压控制器和逆变器。
5.根据权利要求1所述的可实现混凝土温差发电供应路灯装置，其特征在于：用导线分别将第一铜网电极(5)和第二铜网电极(7)与整流器(8)的两个交流端相连，整流器(8)的正负端与总控制器(9)一端电极相连，控制器(9)另一端正极与电容器(11)的阳极接线柱(12)相连，负极与电容器(11)的阴极接线柱(10)的任意一根相连。
6.根据权利要求1所述的可实现混凝土温差发电供应路灯装置，其特征在于：还包括传感器，所述传感器包括温度传感器和温差电动势传感器，嵌入N-P型半导体混凝土路面的两端。
7.根据权利要求1所述的可实现混凝土温差发电供应路灯装置，其特征在于：所述导线具体连接方法：第一铜网电极(5)用导线A与整流器(8)中的第一二极管(81)与第二二极管(82)的结合点相连，第二铜网电极(7)用导线B与整流器(8)中的第三二极管(83)与第四二极管(84)的结合点相连；整流器(8)中第一二极管(81)与第四二极管(84)的结合点用导线D经过控制器(9)与电容器(11)的阳极接线柱(12)相连，整流器(8)中的第二二极管(82)与第三二极管(83)的结合点用导线C经过控制器(9)与电容器(11)的阴极接线柱(10)的任意一根相连。
8.权利要求1-7任一项所述的可实现混凝土温差发电供应路灯装置的制法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)先将含水率为10％的水泥稳定石粉渣均匀铺设20cm，经过振动压路机静压一遍，然后再通过振动压路机轻振，最后通过振动压路机静压形成水泥垫层(6)再铺设橡胶沥青层(4)作为垫层；
(2)将骨料倒入垫层上方，碾压平整后放置第三铜网电极(5)或第四铜网电极(7)；
(3)接着按比例将水泥、热电填料分散液、粉煤灰、减水剂和水的混合物料浇筑铺平后以先以50-60r/min的速度慢速搅拌3～5min再以100-150r/min的速度快速搅拌5～8min或通过振捣器振捣，再铺设第三铜网电极(16)或第四铜网电极(17)；
(4)接着将螺纹钢筋(1)和光圆钢筋(3)用扎条(2)编织成钢筋网铺设于第三铜网电极(16)或第四铜网电极(17)上方，继续浇筑混合物料至钢筋网上方；
(5)最后在P型半导体混凝土路面(14)或N型半导体混凝土路面(15)面层上方洒水覆盖层面达2～3mm水层，用纺织物覆盖上层，每日早中晚各喷洒一次以保持路面湿润，养护。
9.一种混凝土道路的制法，其特征在于：包括如下步骤：
一、P型半导体混凝土路面(14)的制备方法：
(1)研磨使石墨烯纳米片在水泥中均匀分布得到石墨烯水泥；
(2)将氧化石墨烯与分散剂、助分散剂混合，加水搅拌后进行超声分散得到石墨烯分散液；
(3)将含水率为10％的水泥稳定石粉渣均匀铺设，经过路面处理后再铺设橡胶沥青层作为垫层；
(4)将下层铜丝网铺设于垫层上，按比例将石墨烯水泥、石墨烯分散液、骨料、粉煤灰、减水剂和水的混合物料浇筑铺平后进行机械梯度搅拌，铺设上层铜丝网；
(5)继续浇筑混合物料，将钢筋网铺设于上层铜丝网之上，铺平面层；
(6)在P型半导体混凝土面层上方洒水覆盖水层，用纺织物覆盖上层，养护。
二、N型半导体混凝土路面(15)的制备方法，
(1)将MnO2金属颗粒与水泥混合研磨使MnO2纳米颗粒在水泥中均匀分布得到MnO2水泥；
(2)将MnO2纳米棒与分散剂十四烷基三甲基溴化铵、助分散剂聚丙烯酸混合，加水搅拌进行预分散，得到预分散液，对预分散液用超声分散仪进行超声分散得到MnO2分散液；
(3)将MnO2水泥、粉煤灰、骨料、减水剂依次加入MnO2分散液中，加水拌合，进行机械梯度搅拌；
(4)搅拌后的混合物作为浇筑混合物料，浇筑铺平后进行机械梯度搅拌，铺设上层铜丝网；
(5)继续浇筑混合物料，将钢筋网铺设于上层铜丝网之上，铺平面层；
(6)在N型半导体混凝土面层上方洒水覆盖水层，用纺织物覆盖上层，养护。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100231046A1 (en) * 2009-03-16 2010-09-16 Doraisamy Loganathan Multisource integrated Electricity Generation from Novel Smart Roads and Pavements
CN103819136A (zh) * 2014-01-22 2014-05-28 长安大学 热电沥青混凝土及基于该热电沥青混凝土的发电路面
CN106082858A (zh) * 2016-06-13 2016-11-09 中国科学院海洋研究所 一种氧化锰复合水泥基热电材料及其制备方法
CN206180900U (zh) * 2016-11-25 2017-05-17 长安大学 一种基于热电转换的环境友好型路面结构
CN108061612A (zh) * 2017-12-26 2018-05-22 上海建工集团股份有限公司 一种大体积混凝土温度检测装置
CN207635248U (zh) * 2017-11-17 2018-07-20 长安大学 一种利用沥青路面热-电效应的信号灯装置
CN109608138A (zh) * 2019-01-11 2019-04-12 东南大学 一种具有温差发电特征的水泥基复合材料
CN112047675A (zh) * 2020-07-31 2020-12-08 清华大学 一种水泥混凝土路面能量转换装置及其制备方法
CN113904590A (zh) * 2021-11-04 2022-01-07 南京工业大学 混凝土墙体温差发电装置及其石墨烯-混凝土墙体的制法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100231046A1 (en) * 2009-03-16 2010-09-16 Doraisamy Loganathan Multisource integrated Electricity Generation from Novel Smart Roads and Pavements
CN103819136A (zh) * 2014-01-22 2014-05-28 长安大学 热电沥青混凝土及基于该热电沥青混凝土的发电路面
CN106082858A (zh) * 2016-06-13 2016-11-09 中国科学院海洋研究所 一种氧化锰复合水泥基热电材料及其制备方法
CN206180900U (zh) * 2016-11-25 2017-05-17 长安大学 一种基于热电转换的环境友好型路面结构
CN207635248U (zh) * 2017-11-17 2018-07-20 长安大学 一种利用沥青路面热-电效应的信号灯装置
CN108061612A (zh) * 2017-12-26 2018-05-22 上海建工集团股份有限公司 一种大体积混凝土温度检测装置
CN109608138A (zh) * 2019-01-11 2019-04-12 东南大学 一种具有温差发电特征的水泥基复合材料
CN112047675A (zh) * 2020-07-31 2020-12-08 清华大学 一种水泥混凝土路面能量转换装置及其制备方法
CN113904590A (zh) * 2021-11-04 2022-01-07 南京工业大学 混凝土墙体温差发电装置及其石墨烯-混凝土墙体的制法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
范旭鹏;周钰;: "温差发电在沥青路面应用的构思――以宜昌市为例", 四川建筑, vol. 35, no. 06, pages 104 - 106 *

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