专利名称：压电埋入式损伤自诊断沥青混凝土路面结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能道路工程材料，特别是涉及压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构。
背景技术：
浙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，浙青混凝土路面越来越受到重视，得到广泛应用。截止到2011年底，我国公路通车里程达410.02万公里，其中高速公路里程达8.49万公里，居世界第二位。由于交通量的迅速增长、载重车辆轴重的加大，致使浙青混凝土路面存在着严重的早期破坏，增加养护成本。因此，在浙青路面使用期内，使路面保持在最佳使用状态，降低养护成本是公路管理和施工单位的工作重点。压电效应是材料中一种机械能与电能互换的现象，某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，利用压电效应，压电材料可以作为驱动器和传感器使用，将其与浙青混凝土路面相结合可以实现路面的健康自诊断监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构，该浙青混凝土路面结构能够通过压电效应，利用应力波传播的特征值变化自诊断浙青混凝土路面的结构损伤。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构，其特征在于它包括:由浙青混凝土浇筑而成的浙青混凝土路面结构，浇筑时埋铺在浙青混凝土路面结构中的至少两个压电自诊断单元，以及与压电自诊断单元电连接的辅助诊断装置。所述的浙青混凝土是由粗集料、细集料、浙青和矿粉复合而成，其路用性能达到浙青混合料技术要求。所述的粗集料、细集料均可采用玄武岩、白云岩、花岗岩、石灰岩或石英岩。浙青可采用重交石油浙青或以此为基质的改性浙青；矿粉为石灰岩矿粉。粗集料的粒径为大于4.75mm,小于35mm ;细集料的粒径为小于或等于4.75mm。所述的压电自诊断单元是体积为ri2cm3的长方体；每个压电自诊断单元中采用叠堆式结构，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，具有良好的压电性能。所述的辅助诊断装置如图3所示，由信号激发设备(逆压电效应6) I和信号接收设备(正压电效应8)2组成；信号激发设备由信号发射器和压电驱动信号放大器(是通过信号发射器与压电驱动信号放大器产生激励信号，使压电自诊断单元利用压电效应产生应力波)组成，信号发射器的输出与压电驱动信号放大器的输入相连，压电驱动信号放大器的输出与一个压电自诊断单元3电连接；信号接收设备2为示波器，信号接收设备2与另一个压电自诊断单元4电连接(利用应力波传播的特征值变化自诊断浙青混凝土路面的结构损伤)。所述的浙青混凝土路面结构5分为上、中、下三个面层，其中上面层的厚度
2.5cnT5cm,中面层的厚度4cnT7cm,下面层的厚度5cnT9cm。压电自诊断单元埋铺不同的面层中间，彼此距离可以不等，距离L0=f 50cm局部形成阵列。上述压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构应用于高等级公路、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。本发明的原理是:利用压电自诊断单元间的应力波传播特征值的变化对浙青混凝土路面结构损伤进行诊断。在浙青混凝土路面结构中层中埋铺至少两个以上的压电自诊断单元，通过外部信号激发装置(信号发生器)的激励，使一个压电自诊断单元产生应力波，该应力波在浙青混凝土之中进行传播，当该波传递到另一个压电自诊断单元时，由于浙青混凝土内部的结构损伤及空隙7的影响导致应力波的能量有一定的损耗，通过示波器观察电压输出的变化。因此通过建立应力波传播的特征值与浙青混凝土结构损伤形式之间关系，使浙青混凝土具备自诊断的功能。本发明提供了一种全新利用压电效应诊断浙青混凝土路面损伤的模式，其涉及到我国交通事业的可持续发展、新型无损检测开发与利用的问题。因此，具有以下主要优点:1.本发明提供了一种新型的简单、快捷、清洁、环保无损检测的压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构，无需繁重的检测设备，为浙青混凝土路面管养提供高效的定量的决策数据。该方法制备浙青混凝土路面结构能够通过压电效应，利用应力波传播的特征值变化自诊断浙青混凝土路面的结构损伤。2.本发明提供的压电自诊断单元，具有合理的尺寸与强度，对浙青混凝土结构性能没有影响且满足浙青混凝土路面的使用，与普通矿料作用相同。3.浙青混凝土的功能模块智能化，不仅仅作为路面材料来使用，而是作为一种新型智能混凝土使用。4.埋有压电自诊断单元的浙青混凝土路面具有良好的路用性能及抗疲劳性能，符合浙青混合料技术要求，可广泛推广并逐步取代普通浙青混凝土路面。
图1为压电效应原理示意图；(a)正压电效应，(b)逆压电效应。图2为本发明叠堆型的压电自诊断单元的实物图。图3为本发明压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构的示意图。图4为本发明实施例3的实物图。图5为本发明对浙青混凝土路面损伤检测的信号图。图中标号:1_信号激发设备，2-信号接收设备，3-—个压电自诊断单元，4-另一个压电自诊断单元，5-浙青混凝土路面结构，6-逆压电效应，7-损伤及空隙，8-正压电效应。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。下述实施例1-5中:如图3所示，压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构，它包括:由浙青混凝土浇筑而成的浙青混凝土路面结构5，浇筑时埋铺在浙青混凝土路面结构中的至少两个压电自诊断单元(一个压电自诊断单元3和另一个压电自诊断单元4)，以及与压电自诊断单元电连接的辅助诊断装置。依照《公路浙青施工技术规范》(JTG F40-2004)相关规定，选择符合要求的粗集料、细集料、浙青及矿粉。将现有级配AC、SMA、Superpave等结构和级配设计理论充分结合，优化和改良原有级配，找出最佳级配，使其组成满足可以埋铺压电自诊断单元要求的浙青混凝土，且路用性能达到浙青混合料技术要求。所述的浙青混凝土是由粗集料、细集料、浙青和矿粉复合而成，其路用性能达到浙青混合料技术要求。各配合比中筛孔的要求如下表所示。
权利要求
1.压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构，其特征在于它包括:由浙青混凝土浇筑而成的浙青混凝土路面结构，浇筑时埋铺在浙青混凝土路面结构中的至少两个压电自诊断单元，以及与压电自诊断单元电连接的辅助诊断装置。
2.根据权利要求1所述的压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构，其特征在于:所述的浙青混凝土由粗集料、细集料、浙青和矿粉复合而成，其路用性能达到浙青混合料技术要求。
3.根据权利要求2所述的压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构，其特征在于:所述的粗集料、细集料均可采用玄武岩、白云岩、花岗岩、石灰岩或石英岩。
4.根据权利要求2所述的压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构，其特征在于:浙青可采用重交石油浙青或以此为基质的改性浙青；矿粉为石灰岩矿粉。
5.根据权利要求2或3所述的压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构，其特征在于:粗集料的粒径为大于4.75mm,小于35mm ;细集料的粒径为小于或等于4.75mm。
6.根据权利要求1所述的压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构，其特征在于:所述的压电自诊断单元是体积为412cm3的长方体；每个压电自诊断单元中采用叠堆式结构，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。
7.根据权利要求1所述的压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构，其特征在于:所述的辅助诊断装置由信号激发设备(I)和信号接收设备(2)组成；信号激发设备由信号发射器和压电驱动信号放大器组成，信号发射器的输出与压电驱动信号放大器的输入相连，压电驱动信号放大器的输出与一个压电自诊断单元(3)电连接；信号接收设备(2)为示波器，信号接收设备(2)与另一个压电自诊断单元(4)电连接。
8.根据权利要求1所述的压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构，其特征在于:所述的浙青混凝土路面结构分为上、中、下三个面层，其中上面层的厚度2.5cnT5Cm，中面层的厚度4cnT7Cm，下面层的厚度5cnT9Cm;压电自诊断单元埋铺不同的面层中间，距离LO=I 50cm局部形成阵列。
9.根据权利要求2所述的压电埋入式损伤自诊断浙青混凝土路面结构，其特征在于，粗集料、细集料和矿粉的质量百分数为:粗集料56%，细集料40%，矿粉4 ;油石比为4.8%。
全文摘要
本发明涉及智能道路工程材料，特别是涉及压电埋入式损伤自诊断沥青混凝土路面结构。压电埋入式损伤自诊断沥青混凝土路面结构，其特征在于它包括由沥青混凝土浇筑而成的沥青混凝土路面结构，浇筑时埋铺在沥青混凝土路面结构中的至少两个压电自诊断单元，以及与压电自诊断单元电连接的辅助诊断装置。该沥青混凝土路面结构能够通过压电效应，利用应力波传播的特征值变化自诊断沥青混凝土路面的结构损伤。
文档编号E01C7/18GK103114515SQ20131003949
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者吴少鹏, 唐宁, 孙长军, 陈文 , 周静, 林伟, 潘攀, 黄少旭 申请人:武汉理工大学