[发明专利]一种利用逆压电效应的路面沥青老化诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沥青老化的诊断方法，特别是涉及一种利用逆压电效应的路面沥青老化诊断方法，属于路面交通领域。

背景技术

沥青混凝土路面具有无接缝、表面平整度好，行驶平稳，施工机械化程度高、进度快、质量好、维护简单等优点，因此，沥青混凝土路面越来越受到重视，得到广泛应用。截止到2016年底，我国沥青混凝土路面已突破60万公里。由于沥青混凝土路面长期暴露在空气中，在受热辐射、氧气、阳光和水等环境因素的作用下，沥青会产生老化，发生的一系列挥发、氧化、聚合，甚至是沥青内部发生性质和结构的变化，导致沥青混凝土路面的路用性能产生恶化，致使沥青混凝土路面存在着严重的破坏，增加养护成本。因此，在沥青路面使用期内，如何保持路面在最佳使用状态，降低养护成本是公路管理和施工单位的工作重点。

压电效应是一种机械能与电能相互转换的现象，此现象最早是1880年由Pierre Curie和Jacques Curie发现。压电效应的产生是由于晶格内原子间特殊排列方式，使得压电材料的应力场与电场产生了耦合效应。压电效应有两种，正压电效应及逆压电效应。正压电效应是当有一定的压应力施加在压电材料上时，压电材料内部的电偶极矩会由于外力的作用而压缩变短，压电材料会产生抵抗这种外在的变化的现象，在材料表面产生正负电荷，从而将机械能转换为电能。逆压电效应是当有一个外加电场施加在压电材料上时，压电材料内部的电偶极矩会被拉长，压电材料会产生抵抗这种外在的变化的现象，压电材料会沿电场方向伸长，从而产生振动，即将电能转换为机械能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用逆压电效应的路面沥青老化诊断方法，将压电材料埋置于沥青混凝土中，通过施加电场使其产生逆压电效应，从而使压电材料在沥青混凝土中产生位移，利用激光测距仪可以通过测量位移变化达到沥青老化诊断的目的。

该方法首先依据压电材料的尺寸，将新铺的沥青混凝土路面切割出一个长方体的坑洞，对坑洞涂刷生产时所用沥青进行表面处理后，将压电材料埋置入坑洞内。利用激光测距仪测量压电材料的初始位移。经过一段时间的服役后，通过再次测量压电材料的位移改变量，从而评价沥青的老化程度。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种利用逆压电效应的路面沥青老化诊断方法，包括以下步骤：

（1）调查各种路用材料，并取样试验，根据试验结果选定沥青混凝土所需的材料；确定沥青混合料的级配，并测试、确定沥青材料的相关性能；

（2）在选定的新铺沥青混凝土路面上切割出一个适合于压电材料的坑洞，坑洞表面处理后，将压电材料埋置于沥青混凝土路面中；

（3）利用沥青老化诊断装置，对新铺沥青混凝土路面中压电材料的位移进行初次测量；

（4）在不同的服役周期，对沥青混凝土路面中的压电材料进行复测，并根据位移变化量对沥青老化进行量化分析。

其中，所述的新铺沥青混凝土路面是由粗集料、细集料、沥青和矿粉复合而成，其路用性能达到沥青混合料技术要求。

其中，所述的坑洞尺寸为8～64cm³的长方体坑洞，内表面采用施工时所用的沥青进行表面处理。

其中，所述的压电材料是体积为8～64cm³的长方体；每个压电材料采用叠堆式结构，以压电陶瓷材料通过金属导电材料作为电极进行串联或者并联组合。

其中，所述的沥青老化诊断装置由压电材料激发设备和激光测距仪组成；压电材料激发设备由压电材料激励器和压电驱动信号放大器组成；埋入沥青混凝土的压电材料首先受到压电材料激励器的激发产生形变，并通过激光测距仪测量压电材料的位移变化；最后通过压电驱动信号放大器调整外加电场，绘制位移与外加电场曲线。

上述利用逆压电效应的路面沥青老化诊断方法可应用于高等级公路、隧道、桥面铺装或飞机场跑道路面，以及市内公路和人行街道。

本发明的原理：由于沥青混凝土路面长期暴露在空气中，在受热辐射、氧气、阳光和水等环境因素的作用下，沥青会产生老化，发生的一系列挥发、氧化、聚合，甚至是沥青内部发生性质和结构的变化，从而导致沥青的软化点增加，针入度减小，延度减小，即沥青逐渐变硬。当沥青与压电材料粘附在一起时，随着沥青的老化，沥青与压电材料的摩擦系数也随之而改变，从而导致压电材料被施加电场时，由于逆压电效应所产生的位移会发生改变。因此，通过对比压电材料由于逆压电效应所产生的位移变化，可对沥青的老化程度进行有效的分析与诊断。