一种沥青混合料压实监测装置及方法

1.本发明涉及路面结构变形监测技术领域，具体为一种沥青混合料压实监测装置及方法。


背景技术：

2.压实作为沥青路面施工的最后一道工序，对路面结构质量起着至关重要的作用，适当的压实条件可以提高沥青路面的结构强度和耐久性，增强沥青路面的抗车辙能力，并降低沥青路面在车辆荷载作用下的永久变形，若能实时监测沥青混合料的压实状态，将对提高路面结构设计和后期精准养护具有重要指导意义，因此，加强展开对压实监测问题的研究十分必要。
3.传统的压实度检测方法有钻芯取样、核子密度仪和无核密度仪法，虽然这些方法能够获取沥青路面的压实度，但是却无法准确控制沥青路面的碾压次数和实时监测，进而无法准确控制碾压过程。
4.因此，有必要提供一种沥青混合料压实监测装置及方法解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种沥青混合料压实监测装置及方法，以解决上述背景技术存在的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种沥青混合料压实监测方法，包括如下步骤：
7.s1、准备好沥青混合料压实监测装置，包括sgc旋转压实试件、sgc旋转压实试验仪、智慧集料设备、数据接收和处理监控终端；
8.s2、将智慧集料设备埋设于sgc旋转压实试件的被动压实部和主动压实部；
9.s3、将sgc旋转压实试件放置在sgc旋转压实试验仪内部，再以环境为600kpa，140℃的条件下分三阶段压实共100次，并实时采集智慧集料数据，智慧集料设备用于采集sgc旋转压实试件在sgc旋转压实试验仪内进行旋转压实试验的集料运动特性；
10.s4、通过语言编程将采集的智慧集料数据转换为全局坐标系下的三维方向欧拉角和加速度，绘制出相对转角与压实次数的关系图，利用智慧集料运动特征表征指标评估sgc旋转压实试件内部压实状态；
11.s5、智慧集料设备得到的集料运动特性传递至数据接收和处理监控终端。
12.优选的，在步骤s4/s5中，根据不同埋设位置相对转角及累计相对转角的三阶段变化，阐述智慧集料设备的相对转角与sgc旋转压实试件密实度变化之间的关系，分析不同埋深处集料运动特征与压实过程的联系，进而选用x 轴的累积相对转角监测sgc旋转压实试件的压实和密实度变化。
13.本发明还提供了一种应用于上述沥青混合料压实监测方法中的沥青混合料压实监测装置，包括有sgc旋转压实试件、sgc旋转压实试验仪、数据接收和处理监控终端，所述
sgc旋转压实试件竖直向下的安装在sgc旋转压实试验仪内部，所述sgc旋转压实试件的内部埋设有智慧集料设备，所述数据接收和处理监控终端设置在sgc旋转压实试验仪的一边并且与sgc旋转压实试验仪为无线传输连接。
14.优选的，所述sgc旋转压实试件为旋转压实成型的圆柱形沥青混合料，所述sgc旋转压实试件的中间处为中心部，所述sgc旋转压实试件的上下两端分别为被动压实部与主动压实部，通过sgc旋转压实试件三段部位同时进行检测，降低了实验误差。
15.优选的，所述智慧集料设备在sgc旋转压实试件的被动压实部和主动压实部布置，所述智慧集料设备内部中心处设置有传感器，智慧集料设备用于采集sgc旋转压实试件在sgc旋转压实试验仪内进行旋转压实试验的集料运动特性。
16.优选的，所述传感器与sgc旋转压实试件中轴线同轴，在进行压实实验时其传感器与sgc旋转压实试件同轴使得检测数据更加准确。
17.优选的，所述智慧集料设备的内部还包括有三轴加速度计、三轴陀螺仪，能直接测量并记录集料的加速度、角度的变化。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.1、本发明利用自研的智慧集料检测系统，实时获取智慧集料设备在旋转压实过程中的加速度和角度变化，分析集料埋设方式、粒径对智慧集料运动特征的影响规律，最终建立智慧集料运动特征指标与压实指标间的关联，揭示压实机理。
20.2、本发明提出基于智慧集料运动特征的沥青路面压实评价方法，可以为道路压实过程中的质量控制提供技术手段和理论依据，所用智慧集料原理简单可靠，监测方法新颖巧妙。
21.3、本发明的监测系统和评估方法可减少目前对于压实度检测的试验工作量，较大化的消除目前旋转压实试验结果变异性大的问题，而且本发明所用的智慧集料设备造价低廉且布设方便，有着广阔的应用前景的良好的经济效益。
附图说明
22.图1为本发明的立体图；
23.图2为本发明中sgc旋转压实试件的结构示意图；
24.图3为本发明的监测方法流程图；
25.图4为本发明普通ac-13型沥青混合料被动压实部和主动压实部的智慧集料设备相对转角变化情况拟合曲线；
26.图5为本发明被动压实部和主动压实部的智慧集料设备在x轴累积相对转角增长速率和％gmm增长速率拟合曲线；
27.图6为本发明ac-16型沥青混合料和ac-13型沥青混合料压实过程中三个阶段的最大和最小相对转角变化速率差值对比图。
28.图中：1、sgc旋转压实试件；2、sgc旋转压实试验仪；3、智慧集料设备；301、传感器；302、三轴加速度计；303、三轴陀螺仪；4、数据接收和处理监控终端。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅图1-6，本发明提供的一种实施例：一种沥青混合料压实监测方法，包括如下步骤：
31.s1、准备好沥青混合料压实监测装置，包括sgc旋转压实试件1、sgc旋转压实试验仪2、智慧集料设备3、数据接收和处理监控终端4；
32.s2、将智慧集料设备3埋设于sgc旋转压实试件1的被动压实部和主动压实部；
33.s3、sgc旋转压实试件1放置在sgc旋转压实试验仪2内部，再以环境为 600kpa，140℃的条件下分三阶段压实共100次，并实时采集智慧集料数据，智慧集料设备3用于采集sgc旋转压实试件1在sgc旋转压实试验仪2内进行旋转压实试验的集料运动特性；
34.s4、通过语言编程将采集的智慧集料数据转换为全局坐标系下的三维方向欧拉角和加速度，绘制出相对转角与压实次数的关系图，利用智慧集料运动特征表征指标评估sgc旋转压实试件1内部压实状态；
35.s5、智慧集料设备3得到的集料运动特性传递至数据接收和处理监控终端4。
36.如图4-6所示，在步骤s4/s5中，根据不同埋设位置相对转角及累计相对转角的三阶段变化，阐述智慧集料设备3的相对转角与sgc旋转压实试件1 密实度变化之间的关系，分析不同埋深处集料运动特征与压实过程的联系，进而选用x轴的累积相对转角监测sgc旋转压实试件1的压实和密实度变化。
37.由图4可知，智慧集料在压实过程中的旋转主要体现在水平方向上。随着压实的进行，相对转角大幅度减小并逐渐趋于稳定，说明混合料在初始压实阶段，颗粒间接触松散，在旋转压实作用下，微弱的颗粒嵌挤作用和摩擦力使得智慧集料在该阶段表现出相对较高的旋转运动，使得压实的效果明显。压实进入平稳期，相对转角差值减小。此现象表明，沥青混合料在压实某一阶段的密实程度决定此状态下集料的运动情况。压实次数增加导致混合料密实度增加，集料之间的摩擦嵌挤作用增强，这在一定程度上限制了集料的旋转；
38.由图5可知，智慧集料累积相对转角增长速率与混合料相对密实度增长速率存在良好的相关性，被动压实部相对试样密实度增长速率与x轴累积转角增长速率趋势相比更为稳定，拟合相关度更高。根据对沥青混合料密实度变化三个阶段划分，结合相对转角分析部分内容，同样将智慧集料的运动划分为三个阶段：初始压实阶段、过渡阶段及平稳阶段。另外，分析不同埋设深度发现，被动压实部压实过程中，集料转角变化较为稳定，规律性较强，而主动压实部的智慧集料累积转角增长速率在压实过程中波动较大。主要是由于主动压实部靠近施力部，在外力作用下易受到扰动，极不稳定。
39.由图6可知，ac-13型沥青混合料密实度增长和骨架形成主要在初始阶段，随着压实的进行，相对转角累积速率趋于稳定。由图可知，ac-16型压实阶段则出现了8，14，5.5的累积转角速率差值，表明压实过程中集料非常活跃。压实前期密实度虽然增长，但由于粒径较大，过渡期为其骨架结构形成的重要时期。
40.请参阅1-2图，本发明提供的另一种实施例：一种沥青混合料压实监测装置，包括有sgc旋转压实试件1、sgc旋转压实试验仪2、数据接收和处理监控终端4，sgc旋转压实试件1竖直向下的安装在sgc旋转压实试验仪2内部，sgc旋转压实试件1的内部埋设有智慧集料
设备3，数据接收和处理监控终端4设置在sgc旋转压实试验仪2的一边并且与sgc旋转压实试验仪2为无线传输连接，智慧集料设备3用于采集sgc旋转压实试件1在sgc旋转压实试验仪2内进行旋转压实试验的集料运动特性；所得到的运动特性传递至数据接收和处理监控终端4。
41.如图1-2所示，sgc旋转压实试件1为旋转压实成型的圆柱形沥青混合料， sgc旋转压实试件1的中间处为中心部，sgc旋转压实试件1的上下两端分别为被动压实部与主动压实部，在进行压实实验时，通过同时对sgc旋转压实试件1三段部位进行检测，降低了实验误差。
42.如图1-2所示，智慧集料识别3在sgc旋转压实试件1的被动压实部和主动压实部布置，智慧集料设备3内部中心处设置有传感器301，在实验过程中传感器301采集集料颗粒在压实过程中的加速度和角度，将采集的数据实时传递给数据接收和处理监控终端4。
43.如图1-2所示，传感器301与sgc旋转压实试件1中轴线同轴，在进行压实实验时其传感器301与sgc旋转压实试件1同轴使得检测数据更加准确。
44.如图1-2所示，智慧集料设备3的内部还包括有三轴加速度计302、三轴陀螺仪303，通过设置的三轴加速度计302、三轴陀螺仪303可以实时输出三轴姿态角和加速度数据。
45.工作原理：使用时，将智慧集料设备3埋设于sgc旋转压实试件1的被动压实部和主动压实部，sgc旋转压实试件1放置在sgc旋转压实试验仪2内部，再以环境为600kpa，140℃的条件下分三阶段压实共100次，并实时采集智慧集料数据，智慧集料设备3用于采集sgc旋转压实试件1在sgc旋转压实试验仪2内进行旋转压实试验的集料运动特性，智慧集料设备3得到的集料运动特性传递至数据接收和处理监控终端4，通过语言编程将采集的智慧集料数据转换为全局坐标系下的三维方向欧拉角和加速度，绘制出相对转角与压实次数的关系图，利用智慧集料运动特征表征指标评估sgc旋转压实试件1 内部压实状态，在实验过程中传感器301采集集料颗粒在压实过程中的加速度和角度，将采集的数据实时传递给数据接收和处理监控终端4，根据不同埋设位置相对转角及累计相对转角的三阶段变化，阐述智慧集料设备3的相对转角与sgc旋转压实试件1密实度变化之间的关系，分析不同埋深处集料运动特征与压实过程的联系，进而选用x轴的累积相对转角监测sgc旋转压实试件1的压实和密实度变化，在进行压实实验时，通过同时对sgc旋转压实试件1三段部位进行检测，降低了实验误差，在进行压实实验时其传感器301 与sgc旋转压实试件1同轴使得检测数据更加准确。
46.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。