一种监测沥青路面应变的机敏材料应变计与应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种监测渐青路面应变的机敏材料应变计与应用，属于道路监测领 域。
【背景技术】
[0002] 渐青类路面是我国主要的路面结构形式。由于渐青路面材料、结构、施工工艺的复 杂性，渐青路面结构的力学分析、现场监测十分困难，路面设计和应用者难W准确掌握渐青 路面的力学状态，运对渐青路面结构设计与维修方案的确定十分不利，并导致大量的渐青 路面早期损坏，由此发生严重的工程量浪费，对行车造成不利影响，并引发其他社会和环境 问题。在溫、湿和车辆荷载作用的复杂环境下，渐青混凝±结构层的力学状态十分复杂。准 确掌握渐青路面结构的力学状态对于路面的科学设计，减少渐青路面的早期损坏至关重 要。
[0003] 目前，监测路表弯沉是工程界评价路面结构力学状态的常用方法，由于分析方法、 材料参数等影响，采用运种方法难W得到路面结构内部的实际力学状态，无法为路面结构 的设计、养护提供科学依据，渐青结构层内部力学状态的测试显得十分必要。目前，渐青路 面结构应力应变的监测中，电阻式应变片占主导地位，光纤光栅技术也有应用。但由于传统 监测元件需要在渐青混凝±中预埋并高溫娠压，运种特殊的成型工艺和恶劣的工作环境使 得监测元件成活率低、耐久性差。因此，亟需一种成本低廉、可靠、耐久性好的渐青结构层内 部应力应变测试技术。
【发明内容】
[0004] 针对上述现有技术存在的缺陷与不足，本发明拟提出一种监测渐青路面应变的机 敏材料应变计与应用。该应变计具有灵敏度高、结构简单、操作方便、成本低廉、可靠性高W 及耐久性好等特点，可实现自动监测与信号收集。
[0005] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006] 一种尼龙66基复合机敏材料，由烙融尼龙66和导电相混合制备而成，所述导电相 为石墨、儀粉、碳纳米管或表面锻儀的碳纳米管中的一种或多种的混合物。
[0007] 所述石墨导电相在碳的同素异形体中，含碳量高，电导率高，性质稳定(主要指耐 热、耐腐蚀，不与基材反应，耐久性好），容易分散，成本低廉;所述儀粉导电相在金属粉中属 于电导率高、性质稳定、容易分散、成本适中的材料;所述碳纳米管及表面锻儀的碳纳米管 导电性较好，性质稳定，较易分散，机敏性优良。
[000引优选的，当导电相为石墨时，石墨与尼龙66的质量比为30-60:100;当导电相为儀 粉时，儀粉与尼龙66的质量比为20-50:100;当导电相为碳纳米管时，碳纳米管与尼龙66的 质量比为1-5:100;当导电相为表面锻儀的锻儀碳纳米管时，表面锻儀的碳纳米管与尼龙66 的质量比为1-5:100。
[0009]表面锻儀的碳纳米管在不影响碳纳米管优良的机敏性的情况下，能提高电导率， 且利于分散。
[0010] 导电相的混渗可W集合各类导电相的优势，在导电相较小渗量的情况下，获得良 好的导电性W及优良的机敏性。
[0011] 上述尼龙66基复合机敏材料在制备监测渐青路面应变的应变计中的应用。
[0012] -种监测渐青路面应变的机敏材料应变计，包括柱体形条、分别安装在柱体形条 两端的用于固定柱体形条的固定元件，柱体形条内设置有若干个内置电极，所述固定元件 由黑色尼龙66制成，柱体形条由所述尼龙66基复合机敏材料制成，柱体形条外侧设置封装 层。
[0013] 封装所用材料可为树脂、胶粘剂等，需满足绝缘、防潮防腐、耐高溫（205°C)等要 求。
[0014] 优选的，所述应变计包括监测渐青路面拉应变应变计和监测渐青路面压应变应变 计，所述固定元件为柱形挡板。
[0015] 进一步优选的，所述拉应变应变计的柱体形条的长度与每个底面的任意两点连线 的长度的最大比值为15~20,每个底面任意两点连线长度小于等于需监测渐青结构层厚的 三分么一。
[0016] 所述柱体均为正柱体，底面指水平两侧互相平行且大小相同的两个面，与之相对 的是侧面，侧面特征即每相邻两个面交线互相平行，此交线即为柱体高，也即柱体形条的长 度。
[0017] 所述拉应变应变计主要目的用于监测渐青结构层层底或层内拉应变，最佳监测状 态是监测元件无限小，仅监测某一特定点的应变。但在实际应用中，需考虑元件本身制作工 艺的可操作性W及机敏反应的灵敏性;而应尽量缩小元件尺寸，使监测区域尽量小，提高监 测精度，来反应渐青路面的真实应变情况。考虑一般渐青结构层每一层厚度，做出W上规 定。
[0018] 进一步优选的，所述压应变应变计两端柱形挡板尺寸要求为，柱形挡板的截面半 径大于柱体形条的截面的半径;柱体形条的长度应小于等于所需监测结构层厚度的二分之 一，柱体形条的每个底面上任意两点连线长度小于等于柱体形条的长度。
[0019] 优选的，所述封装层包括涂胶层和套合在涂胶层外侧的套管。
[0020] 优选的，所述内置电极的个数为两个，两个内置电极平行设置。
[0021] 上述机敏材料应变计的使用方法，将拉应变应变计水平埋置在待监测结构层的层 底或层内；或将压应变应变计竖直埋置在待监测结构层的层顶或层内，柱体形条平行于渐 青结构层埋置时为水平埋置，柱体形条竖直埋置时为竖直埋置。
[0022] 上述机敏材料应变计在监测渐青路面应变中的应用，应变计的参数包括失效区 间、监测区间、灵敏度及工作溫度范围。
[0023] 优选的，应变计的失效区间为>300(Κ)με，监测区间为8%~10%，灵敏度为0.0025 ~0.01 %/με,工作溫度范围为-20~70°C。
[0024] 此应变计使用中在大应变情况下不会破坏，能监测大范围的应变值;灵敏度适中， 能感应较小应变而不易受外界干扰，稳定性较佳;应变计工作溫度范围广泛，能适应渐青路 面溫度的变化，适应于渐青路面运营当中应变的长期监测。
[0025] 本发明的有益效果如下：
[0026] 1、本发明的尼龙66基复合机敏材料具有优良的机敏性能，能将应变情况转换为电 信号，是应变计的核屯、组成部分，能适用于应变的检测，可靠度高，精确度好。
[0027] 2、所述尼龙66基复合机敏材料与渐青混凝±路面有良好的变形协调性，能准确监 测渐青路面应变。
[0028] 3、本发明的应变计各元件组成原料来源广泛，价格低廉，成型工艺较为简单，成本 低廉，能有效降低渐青路面应变状态监测成本，可W大量推广，广泛应用。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明的拉应变应变计结构示意图；
[0030] 图2为本发明的压应变应变计结构示意图；
[0031] 图3为机敏材料应变-电阻变化率图。
[0032] 其中，1、柱体形条，2、内置电极，3、柱形挡板，4、外接线路。图3中，虚线表示应变， 实线表示电阻变化率。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
[0034] 如图1和图2所示，一种监测渐青路面应变的机敏材料应变计，包括柱体形条1、分 别安装在柱体形条1两端的用于固定柱体形条1的柱形挡板3,柱体形条1内设置有若干个内 置电极2,所述柱形挡板3由黑色尼龙66制成，柱体形条1由所述尼龙66基复合机敏材料制 成，柱体形条1外侧设置封装层，内置电极2与外接线路4连接。
[0035] 所述两类应变计中尼龙66基复合机敏材料由烙融尼龙66W及导电相混合揽拌而 成，制备时应先将黑色尼龙66与导电相充分拌合，揽拌2~5min后加入双螺杆挤出机，挤出2 ~3次，将挤出物用注塑机成形。
[0036] 所述拉应变应变计尼龙66基复合机敏材料制成的柱体形条1高与底面任意两点连 线最大值比为15~20,底面任意两点连线长度