近期，美國印第安納州交通局(INDOT)委托美國普渡大學(xué)工程師團隊，將傳感器嵌入到印第安納州的高速公路中，以更精確地確定何時混凝土路面已準備好承擔(dān)重型卡車交通，數(shù)據(jù)將為建設(shè)項目何時重新開放道路提供新的建議。
傳感器被嵌入到公路混凝土中
據(jù)了解，混凝土準備好承擔(dān)重型卡車交通之前，一個建筑項目已結(jié)束，導(dǎo)致路面過早失效，需要全年更頻繁地進行維修。為確切了解混凝土在高速公路上成熟需要多長時間，普渡大學(xué)土木工程學(xué)院副教授Luna Lu領(lǐng)導(dǎo)的團隊正在通過傳感器收集數(shù)據(jù)，該傳感器旨在通過測量水化，剛度，抗壓強度和混凝土的其他性質(zhì)來實時跟蹤監(jiān)測混凝土強度的變化。
由于荷載和路面卷曲和翹曲，混凝土路面修補必須達到一定的強度水平，才能適應(yīng)卡車交通。通過這些傳感器，承包商將確切知道混凝土何時成熟到足以容納重型卡車載荷和卷曲和翹曲壓力。
在安裝時，傳感器貼片嵌入在混凝土表面上，電線將補片連接到測量系統(tǒng)。該裝置利用所謂的壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換為機械能，從而激發(fā)傳感器并振動混凝土以檢測其剛度。然后，機械能被轉(zhuǎn)換回電能。該傳感器通過讀取電氣數(shù)據(jù)來測量混凝土與電流流動的反作用，從而一次即可精確測量許多混凝土的性能。
傳感器獲得的數(shù)據(jù)，可幫助工程師們更精確地確定道路何時準備好應(yīng)對重型卡車交通
該團隊表示，雖然每個傳感器只能測量11英寸的混凝土面積，但在混凝土部分嵌入許多傳感器的成本很低。另外，傳感器還具備防腐蝕保護功能，不易被建筑設(shè)備壓碎，還可在鋪設(shè)混凝土后多年時間內(nèi)不間斷收集數(shù)據(jù)。相比之下，傳統(tǒng)的實驗室測試方法僅收集28天的數(shù)據(jù)，無法長時間了解混凝土的強度等相關(guān)數(shù)據(jù)。
對此，美國混凝土路面協(xié)會混凝土路面和材料科學(xué)專業(yè)的專家評價說，這項研究的影響可能具有革命性，因為它不需要任何傳統(tǒng)的機械測試或現(xiàn)場昂貴而繁重的測試設(shè)置，也不需要對每種不同的混合設(shè)計進行校準。傳感器能夠在更長的時間內(nèi)，跟蹤監(jiān)測混凝土強度變化趨勢，將有助于工程師知道他們是否設(shè)計了過高或過低的道路，并更好地確定何時更換混凝土。
目前，研究人員和INDOT工程師已將傳感器嵌入印第安納州的三條高速公路。另外，該團隊還與美國聯(lián)邦公路管理局合作，在全國范圍內(nèi)進行集合基金研究，以在其他州實施該技術(shù)。目前，加利福尼亞州、德克薩斯州、堪薩斯州和密蘇里州已計劃加入這項研究。
