一种压电发电储能铺路砖及其制备方法

本发明涉及固废资源回收利用，具体涉及一种压电发电储能铺路砖及其制备方法。

背景技术：

1、目前，我国正大力推进固体废物综合治理行动，按照减量化、资源化、无害化的基本原则，持续提升大宗固体废弃物及城市生活垃圾焚烧副产物的规模化消纳能力与高值化利用水平。根据《固体废物综合治理行动计划》，力争到2030年实现大宗固废年综合利用量不低于45亿吨，以严控填埋处置、系统化解固废围城问题。生活垃圾焚烧尾渣作为大宗固废的重要组成部分，其产量巨大、堆存占地多、环境风险突出，而传统填埋处置方式已难以满足现行政策与环保要求，亟需开发安全、稳定、高附加值的建材化利用途径。

2、生活垃圾焚烧尾渣作为大宗固废的重要组成部分，产量巨大、堆存环境风险高，传统填埋处置已不符合环保要求，现有建材化利用普遍存在附加值低、性能不足的问题，无法实现尾渣的高效高值化利用。

3、与此同时，压电发电地砖作为新型无源能量收集装置，近年来逐步成为智慧城市绿色能源领域的研发热点。而常规压电发电砖的相关技术，普遍存在基材与压电元件适配性差的缺陷：硬质石材基材受力时应力分布不均，容易导致内部压电陶瓷局部过载碎裂；普通水泥基材脆性大、抗疲劳性能差，长期承受行人踩踏后易出现表面开裂、结构分层问题，大幅缩短发电砖的实际使用寿命。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明提供了一种压电发电储能铺路砖及其制备方法，其通过使用生活垃圾焚烧尾渣构建新型骨料，以新型骨料制备承重防护层，以承重防护层作为储能承重层制备压电发电储能铺路砖，将生活垃圾焚烧尾渣资源化利用与压电发电技术深度融合，可解决现有技术中的压电发电砖的基材与压电元件适配性差，且基材性能较差，使用寿命较短的问题。

2、为了实现上述目的，本发明特采用以下技术方案：

3、本发明提供了一种压电发电储能铺路砖的制备方法，其包括如下步骤：

4、对生活垃圾焚烧尾渣进行预分选、除杂、筛分和破碎，得到尾渣骨料；

5、对尾渣骨料进行颗粒级配重构，混合，得到新型骨料；

6、将新型骨料与水泥、粉煤灰和硅灰干拌均匀后，加入铝粉、十二烷基硫酸钠、增强胶水、增强剂、水和减水剂发泡后，拌合，得到发泡水泥；

7、在发泡水泥中填充正负极，免烧挤压成型，养护后得到承重防护层；

8、承重防护层在真空下注入电解液，常压静置，连接压电发电层，得到压电发电储能铺路砖。

9、本发明通过采用新型骨料与水泥、粉煤灰，硅灰干、铝粉、十二烷基硫酸钠、水、减水剂混合制备压电发电储能铺路砖，所制备得到的砖体抗压能力强，力学性能优异，远远高于行人常规踩踏载荷，能够与压电元件完美适配，适用于路面铺设，并能在低频、重载环境条件下有效将路面振动机械能转化为电能，兼具显著的环保效益与经济效益，可实现固废资源化与人行能量回收，综合性能优异，具备工程推广价值。

10、在一个具体的可实施方案中，所述承重防护层的各个原料之间的配比按质量份数计为：

11、95-125份水、240-260份水泥、1200-1300份新型骨料、22.5-35份粉煤灰、8-10 份硅灰、0.6-0.8份减水剂、0.24-0.26份铝粉、0.035-0.039份十二烷基硫酸钠、2-5份增强剂和6-10份增强胶水；

12、所述新型骨料包括质量比为（7.20.-7.24）：4.8的粗骨料和细骨料，所述粗骨料包括质量比为（39-49）：21的尾渣粗骨料和天然粗骨料，所述细骨料包括质量比为（39-49）：21的尾渣细骨料和天然细骨料。

13、在一个具体的可实施方案中，所述对生活垃圾焚烧尾渣进行预分选、除杂、筛分、破碎，得到尾渣骨料包括如下步骤：

14、所述预分选为人工分选，剔除大块杂物；

15、所述除杂为磁选除杂，去除铁质杂质；

16、所述筛分为采用方孔筛振动筛分；

17、所述破碎为采用颚式破碎和立轴整形破碎。

18、在一个具体的可实施方案中，所述对尾渣骨料进行颗粒级配重构，混合，得到新型骨料包括如下步骤：

19、对尾渣骨料进行分级筛分，采用4.75mm方孔筛进行筛分，粒径大于4.75mm的为尾渣粗骨料，小于4.75mm的为尾渣细骨料，将尾渣粗骨料、尾渣细骨料、天然粗骨料和天然细骨料混合，得到新型骨料。

20、在一个具体的可实施方案中，所述在发泡水泥中填充正负极、免烧挤压成型、养护后得到承重防护层包括如下步骤：

21、从上到下依次填充底层发泡水泥支撑基底、至少一组重复堆叠的功能层单元、顶层发泡水泥密封封装层；

22、所述功能层单元为锌质负极层、发泡水泥正负极隔膜层、二氧化锰正极层构成；

23、所述免烧挤压成型的温度为18-25℃，压力为15-20mpa，压力来源为液压；

24、所述养护的时间为25-30h。

25、在一个具体的可实施方案中，所述承重防护层在真空下注入电解液，常压静置包括如下步骤：

26、将承重防护层置于真空环境下，注入硫酸锌和硫酸锰电解液；

27、恢复常压，静置浸渍。

28、在一个具体的可实施方案中，所述填充正极和负极，连接压电发电层包括如下步骤：

29、使用三张压电陶瓷，并联后得到压电发电层；

30、将压电发电层连接到储能承重层的正极和负极，得到压电发电储能铺路砖。

31、本发明还提供了一种压电发电储能铺路砖，其包括：

32、承重防护层，其内设置有正极和负极，正极和负极通过连线与压电发电层连通。

33、在一个具体的可实施方案中，所述承重防护层包括上储能承重层和下储能承重层，所述压电发电层设置于所述上储能承重层和下储能承重层之间。

34、在一个具体的可实施方案中，所述正极和负极之间设置有发泡水泥。

35、本发明与现有技术相比，至少有以下优异之处：

36、1、本发明通过使用新型骨料与水泥、粉煤灰，硅灰干、铝粉、十二烷基硫酸钠、水、减水剂混合制备压电发电储能铺路砖，将大宗固废资源化利用与压电发电技术有机融合，以生活垃圾焚烧尾渣为主要原料，其粗、细骨料分别按比例替代天然粗、细骨料，实现焚烧尾渣的规模化消纳与高值化利用，减少固废填埋占地与环境污染，降低天然砂石资源消耗，符合绿色低碳发展要求；承重防护层采用免烧挤压成型工艺，无需高温烧结，显著降低生产能耗与碳排放，制备工艺简便、生产效率高、良品率好，便于工业化批量生产并有效控制成本；采用上下储能承重层与中间压电发电层复合的层状结构设计，使砖体同时具备承重、储能及压电发电功能，可有效收集行人踩踏产生的低频机械能并转化为电能，实现路面能量回收与自供电；选用压电陶瓷并采用三片并联结构，发电性能稳定高效，产品采用分层制备、现场装配的生产模式，组件标准化程度高、组装便捷，有效解决传统压电路面砖造价高、推广受限的技术瓶颈，兼具良好的环保效益、经济效益与广阔的工程应用前景；

37、2、本发明提出的利用生活垃圾焚烧尾渣制备压电发电储能免烧铺路砖，在尾渣骨料制备时采用多种破碎与除杂的技术方法，对混凝土配合比进行优化设计，采用发泡工艺、真空挤压电解液、填充正负电极，制得储能承重防护层兼具储能与良好的承重功能，且该储能承重层采用免烧成型工艺制备，无需高温烧结，节能低碳；配合3片压电陶瓷并联的低成本发电结构，大幅降低压电路面材料成本，解决传统压电路面砖造价高、难以规模化推广的问题。该方法不仅可以降低天然骨料的开采需求，而且能消纳固体废弃物、减少填埋与堆放带来的环境压力，同时回收行人踩踏产生的机械能，解决了固废处置与路面能源回收两大难题。