專利名稱：壓電埋入式損傷自診斷瀝青混凝土路面結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及智能道路工程材料，特別是涉及壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構。
背景技術：
浙青混凝土路面具有無接縫、表面平整度好，行駛平穩，施工機械化程度高、進度快、質量好、維護簡單等優點，因此，浙青混凝土路面越來越受到重視，得到廣泛應用。截止到2011年底，我國公路通車里程達410.02萬公里，其中高速公路里程達8.49萬公里，居世界第二位。由于交通量的迅速增長、載重車輛軸重的加大，致使浙青混凝土路面存在著嚴重的早期破壞，增加養護成本。因此，在浙青路面使用期內，使路面保持在最佳使用狀態，降低養護成本是公路管理和施工單位的工作重點。壓電效應是材料中一種機械能與電能互換的現象，某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發生變形，電場去掉后，電介質的變形隨之消失，這種現象稱為逆壓電效應，利用壓電效應，壓電材料可以作為驅動器和傳感器使用，將其與浙青混凝土路面相結合可以實現路面的健康自診斷監測。
發明內容
本發明的目的在于提供一種壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構，該浙青混凝土路面結構能夠通過壓電效應，利用應力波傳播的特征值變化自診斷浙青混凝土路面的結構損傷。為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是:壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構，其特征在于它包括:由浙青混凝土澆筑而成的浙青混凝土路面結構，澆筑時埋鋪在浙青混凝土路面結構中的至少兩個壓電自診斷單元，以及與壓電自診斷單元電連接的輔助診斷裝置。所述的浙青混凝土是由粗集料、細集料、浙青和礦粉復合而成，其路用性能達到浙青混合料技術要求。所述的粗集料、細集料均可采用玄武巖、白云巖、花崗巖、石灰巖或石英巖。浙青可采用重交石油浙青或以此為基質的改性浙青；礦粉為石灰巖礦粉。粗集料的粒徑為大于4.75mm,小于35mm ;細集料的粒徑為小于或等于4.75mm。所述的壓電自診斷單元是體積為ri2cm3的長方體；每個壓電自診斷單元中采用疊堆式結構，以壓電陶瓷材料通過金屬導電材料作為電極進行串聯或者并聯組合，具有良好的壓電性能。所述的輔助診斷裝置如圖3所示，由信號激發設備(逆壓電效應6) I和信號接收設備(正壓電效應8)2組成；信號激發設備由信號發射器和壓電驅動信號放大器(是通過信號發射器與壓電驅動信號放大器產生激勵信號，使壓電自診斷單元利用壓電效應產生應力波)組成，信號發射器的輸出與壓電驅動信號放大器的輸入相連，壓電驅動信號放大器的輸出與一個壓電自診斷單元3電連接；信號接收設備2為示波器，信號接收設備2與另一個壓電自診斷單元4電連接(利用應力波傳播的特征值變化自診斷浙青混凝土路面的結構損傷)。所述的浙青混凝土路面結構5分為上、中、下三個面層，其中上面層的厚度
2.5cnT5cm,中面層的厚度4cnT7cm,下面層的厚度5cnT9cm。壓電自診斷單元埋鋪不同的面層中間，彼此距離可以不等，距離L0=f 50cm局部形成陣列。上述壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構應用于高等級公路、隧道、橋面鋪裝或飛機場跑道路面，以及市內公路和人行街道。本發明的原理是:利用壓電自診斷單元間的應力波傳播特征值的變化對浙青混凝土路面結構損傷進行診斷。在浙青混凝土路面結構中層中埋鋪至少兩個以上的壓電自診斷單元，通過外部信號激發裝置(信號發生器)的激勵，使一個壓電自診斷單元產生應力波，該應力波在浙青混凝土之中進行傳播，當該波傳遞到另一個壓電自診斷單元時，由于浙青混凝土內部的結構損傷及空隙7的影響導致應力波的能量有一定的損耗，通過示波器觀察電壓輸出的變化。因此通過建立應力波傳播的特征值與浙青混凝土結構損傷形式之間關系，使浙青混凝土具備自診斷的功能。本發明提供了一種全新利用壓電效應診斷浙青混凝土路面損傷的模式，其涉及到我國交通事業的可持續發展、新型無損檢測開發與利用的問題。因此，具有以下主要優點:1.本發明提供了一種新型的簡單、快捷、清潔、環保無損檢測的壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構，無需繁重的檢測設備，為浙青混凝土路面管養提供高效的定量的決策數據。該方法制備浙青混凝土路面結構能夠通過壓電效應，利用應力波傳播的特征值變化自診斷浙青混凝土路面的結構損傷。2.本發明提供的壓電自診斷單元，具有合理的尺寸與強度，對浙青混凝土結構性能沒有影響且滿足浙青混凝土路面的使用，與普通礦料作用相同。3.浙青混凝土的功能模塊智能化，不僅僅作為路面材料來使用，而是作為一種新型智能混凝土使用。4.埋有壓電自診斷單元的浙青混凝土路面具有良好的路用性能及抗疲勞性能，符合浙青混合料技術要求，可廣泛推廣并逐步取代普通浙青混凝土路面。
圖1為壓電效應原理示意圖；(a)正壓電效應，(b)逆壓電效應。圖2為本發明疊堆型的壓電自診斷單元的實物圖。圖3為本發明壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構的示意圖。圖4為本發明實施例3的實物圖。圖5為本發明對浙青混凝土路面損傷檢測的信號圖。圖中標號:1_信號激發設備，2-信號接收設備，3-—個壓電自診斷單元，4-另一個壓電自診斷單元，5-浙青混凝土路面結構，6-逆壓電效應，7-損傷及空隙，8-正壓電效應。
具體實施例方式為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。下述實施例1-5中:如圖3所示，壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構，它包括:由浙青混凝土澆筑而成的浙青混凝土路面結構5，澆筑時埋鋪在浙青混凝土路面結構中的至少兩個壓電自診斷單元(一個壓電自診斷單元3和另一個壓電自診斷單元4)，以及與壓電自診斷單元電連接的輔助診斷裝置。依照《公路浙青施工技術規范》(JTG F40-2004)相關規定，選擇符合要求的粗集料、細集料、浙青及礦粉。將現有級配AC、SMA、Superpave等結構和級配設計理論充分結合，優化和改良原有級配，找出最佳級配，使其組成滿足可以埋鋪壓電自診斷單元要求的浙青混凝土，且路用性能達到浙青混合料技術要求。所述的浙青混凝土是由粗集料、細集料、浙青和礦粉復合而成，其路用性能達到浙青混合料技術要求。各配合比中篩孔的要求如下表所示。
權利要求
1.壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構，其特征在于它包括:由浙青混凝土澆筑而成的浙青混凝土路面結構，澆筑時埋鋪在浙青混凝土路面結構中的至少兩個壓電自診斷單元，以及與壓電自診斷單元電連接的輔助診斷裝置。
2.根據權利要求1所述的壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構，其特征在于:所述的浙青混凝土由粗集料、細集料、浙青和礦粉復合而成，其路用性能達到浙青混合料技術要求。
3.根據權利要求2所述的壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構，其特征在于:所述的粗集料、細集料均可采用玄武巖、白云巖、花崗巖、石灰巖或石英巖。
4.根據權利要求2所述的壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構，其特征在于:浙青可采用重交石油浙青或以此為基質的改性浙青；礦粉為石灰巖礦粉。
5.根據權利要求2或3所述的壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構，其特征在于:粗集料的粒徑為大于4.75mm,小于35mm ;細集料的粒徑為小于或等于4.75mm。
6.根據權利要求1所述的壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構，其特征在于:所述的壓電自診斷單元是體積為412cm3的長方體；每個壓電自診斷單元中采用疊堆式結構，以壓電陶瓷材料通過金屬導電材料作為電極進行串聯或者并聯組合。
7.根據權利要求1所述的壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構，其特征在于:所述的輔助診斷裝置由信號激發設備(I)和信號接收設備(2)組成；信號激發設備由信號發射器和壓電驅動信號放大器組成，信號發射器的輸出與壓電驅動信號放大器的輸入相連，壓電驅動信號放大器的輸出與一個壓電自診斷單元(3)電連接；信號接收設備(2)為示波器，信號接收設備(2)與另一個壓電自診斷單元(4)電連接。
8.根據權利要求1所述的壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構，其特征在于:所述的浙青混凝土路面結構分為上、中、下三個面層，其中上面層的厚度2.5cnT5Cm，中面層的厚度4cnT7Cm，下面層的厚度5cnT9Cm;壓電自診斷單元埋鋪不同的面層中間，距離LO=I 50cm局部形成陣列。
9.根據權利要求2所述的壓電埋入式損傷自診斷浙青混凝土路面結構，其特征在于，粗集料、細集料和礦粉的質量百分數為:粗集料56%，細集料40%，礦粉4 ;油石比為4.8%。
全文摘要
本發明涉及智能道路工程材料，特別是涉及壓電埋入式損傷自診斷瀝青混凝土路面結構。壓電埋入式損傷自診斷瀝青混凝土路面結構，其特征在于它包括由瀝青混凝土澆筑而成的瀝青混凝土路面結構，澆筑時埋鋪在瀝青混凝土路面結構中的至少兩個壓電自診斷單元，以及與壓電自診斷單元電連接的輔助診斷裝置。該瀝青混凝土路面結構能夠通過壓電效應，利用應力波傳播的特征值變化自診斷瀝青混凝土路面的結構損傷。
文檔編號E01C7/18GK103114515SQ20131003949
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者吳少鵬, 唐寧, 孫長軍, 陳文 , 周靜, 林偉, 潘攀, 黃少旭 申請人:武漢理工大學