[发明专利]沥青路面内部裂缝无线监测系统及裂缝宽度、位置确定方法

说明书

本发明公开了沥青路面内部裂缝无线监测系统及裂缝宽度、位置确定方法，该系统包括多个沥青基无线压电智能骨料与无线信号接收器；其中，沥青基无线压电智能骨料埋设在沥青面层底部，无线信号接收器置于路表。利用路面加载前后输出信号幅值的变化确定路面内部的裂缝宽度，并基于该系统确定裂缝的具体位置。本发明的方法可以降低路面监测成本，可靠，简便快速，适合大规模推广应用；而且获得的裂缝尺寸和位置准确性高。

技术领域

本发明属于沥青路面健康监测技术领域，具体涉及沥青路面内部裂缝无线监测系统及其裂缝宽度、位置确定方法。

背景技术

高速公路的发展带给人们方便的同时，也带来了新的问题：公路养护与管理。沥青路面作为交通运输工程中主要的基础设施之一，其使用性能对行车舒适及安全性有直接影响。然而，环境因素与行车荷载的循环作用下，路面会出现裂缝、坑槽等病害，这些病害给交通安全带来了隐患，因此，及时并且有效的路面破损检测成为公路养护中的重要问题，路面裂缝监测就是其中的关键部分。

现有路面裂缝监测主要为外部检测技术，包括弯沉、声发射、地探雷达、超声、红外热像与图像技术等，但外部检测技术缺乏自发性且具有滞后性，需要配套的人力、设备资源较大，且检测位置多位于表面，对于自下而上的隐蔽裂缝检测较为困难。

随着智能材料的出现，采用智能监测系统对基础设置实施健康监测已成为世界范围内土木领域的前沿研究方向。在众多的智能材料中，压电陶瓷(简称为PZT)由于具有较好的力学性能和稳定的压电性能，为路面裂缝监测提供了一条新的思路。根据这一原理，本发明提出了一种可实现沥青路面裂缝的诊断与健康监测方法和系统。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种沥青路面内部裂缝无线监测系统及其裂缝宽度、位置确定方法，解决现有的监测方法缺乏自主性和滞后性、且无法监测路面内部微损伤的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

本发明公开了一种沥青基无线压电智能骨料，包括沥青基压电材料、导电材料、压电换能器和无线信号发射器；其中，沥青基压电材料与导电材料粘结混合形成核心，核心与压电换能器电连接，无线信号发射器与压电换能器电连接；

沥青基压电材料包括以下质量份数的原料：50～60份陶瓷微粉、25～35份环氧树脂和15～25份沥青，总质量份数为100份。

具体的，所述的无线压电智能骨料的外部还包裹有防水层和封装层，防水层涂覆在所述的核心的外部，封装层设置在最外层。

具体的，所述的封装层材料包括以下质量份数的原料：15～35份沥青、30～40份环氧树脂、10～20份固化剂和15～25份石英粉，总质量份数为100份。

具体的，所述的防水层材质为硅胶或聚氨酯树胶。

本发明还公开沥青路面内部裂缝无线监测系统，该系统包括权利要求1至4任一项所述的沥青基无线压电智能骨料、无线信号接收器；其中，沥青基无线压电智能骨料埋设在沥青面层底部，沥青压电智能骨料与无线信号接收器之间可以传播无线电信号。

本发明还公开沥青路面内部裂缝宽度确定方法，在待监测道路上设置有本发明所述的监测系统，该道路的裂缝宽度通过式(1)来确定，

式中，w_i表示待监测道路上第i个无线智能骨料检测的其周围路面内部的裂缝宽度，单位为mm，i＝1,2,...,m，m为待监测道路上的智能骨料的个数；

C_f为压电换能器反馈电容，单位为pF；

为第i个智能骨料第t次输出信号时候路面载荷距离第i个智能骨料的距离，单位为m；

S_p为沥青基压电材料的厚度，单位为mm；