[發(fā)明專利]一種利用逆壓電效應(yīng)的路面瀝青老化診斷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710609641.0
• 申請(qǐng)日: 2017-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN107367457B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐寧;王晴;谷亞新;潘文浩;陳彥文;孫威;楊凱凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)建筑大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N17/00
• 分類號(hào): G01N17/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)之華益專利事務(wù)所有限公司 21218
• 代理人: 黃英華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種瀝青老化的診斷方法，特別是涉及一種利用逆壓電效應(yīng)的路面瀝青老化診斷方法，屬于路面交通領(lǐng)域。

背景技術(shù)

瀝青混凝土路面具有無(wú)接縫、表面平整度好，行駛平穩(wěn)，施工機(jī)械化程度高、進(jìn)度快、質(zhì)量好、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此，瀝青混凝土路面越來(lái)越受到重視，得到廣泛應(yīng)用。截止到2016年底，我國(guó)瀝青混凝土路面已突破60萬(wàn)公里。由于瀝青混凝土路面長(zhǎng)期暴露在空氣中，在受熱輻射、氧氣、陽(yáng)光和水等環(huán)境因素的作用下，瀝青會(huì)產(chǎn)生老化，發(fā)生的一系列揮發(fā)、氧化、聚合，甚至是瀝青內(nèi)部發(fā)生性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致瀝青混凝土路面的路用性能產(chǎn)生惡化，致使瀝青混凝土路面存在著嚴(yán)重的破壞，增加養(yǎng)護(hù)成本。因此，在瀝青路面使用期內(nèi)，如何保持路面在最佳使用狀態(tài)，降低養(yǎng)護(hù)成本是公路管理和施工單位的工作重點(diǎn)。

壓電效應(yīng)是一種機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，此現(xiàn)象最早是1880年由Pierre Curie和Jacques Curie發(fā)現(xiàn)。壓電效應(yīng)的產(chǎn)生是由于晶格內(nèi)原子間特殊排列方式，使得壓電材料的應(yīng)力場(chǎng)與電場(chǎng)產(chǎn)生了耦合效應(yīng)。壓電效應(yīng)有兩種，正壓電效應(yīng)及逆壓電效應(yīng)。正壓電效應(yīng)是當(dāng)有一定的壓應(yīng)力施加在壓電材料上時(shí)，壓電材料內(nèi)部的電偶極矩會(huì)由于外力的作用而壓縮變短，壓電材料會(huì)產(chǎn)生抵抗這種外在的變化的現(xiàn)象，在材料表面產(chǎn)生正負(fù)電荷，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。逆壓電效應(yīng)是當(dāng)有一個(gè)外加電場(chǎng)施加在壓電材料上時(shí)，壓電材料內(nèi)部的電偶極矩會(huì)被拉長(zhǎng)，壓電材料會(huì)產(chǎn)生抵抗這種外在的變化的現(xiàn)象，壓電材料會(huì)沿電場(chǎng)方向伸長(zhǎng)，從而產(chǎn)生振動(dòng)，即將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用逆壓電效應(yīng)的路面瀝青老化診斷方法，將壓電材料埋置于瀝青混凝土中，通過(guò)施加電場(chǎng)使其產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)，從而使壓電材料在瀝青混凝土中產(chǎn)生位移，利用激光測(cè)距儀可以通過(guò)測(cè)量位移變化達(dá)到瀝青老化診斷的目的。

該方法首先依據(jù)壓電材料的尺寸，將新鋪的瀝青混凝土路面切割出一個(gè)長(zhǎng)方體的坑洞，對(duì)坑洞涂刷生產(chǎn)時(shí)所用瀝青進(jìn)行表面處理后，將壓電材料埋置入坑洞內(nèi)。利用激光測(cè)距儀測(cè)量壓電材料的初始位移。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的服役后，通過(guò)再次測(cè)量壓電材料的位移改變量，從而評(píng)價(jià)瀝青的老化程度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種利用逆壓電效應(yīng)的路面瀝青老化診斷方法，包括以下步驟：

（1）調(diào)查各種路用材料，并取樣試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選定瀝青混凝土所需的材料；確定瀝青混合料的級(jí)配，并測(cè)試、確定瀝青材料的相關(guān)性能；

（2）在選定的新鋪瀝青混凝土路面上切割出一個(gè)適合于壓電材料的坑洞，坑洞表面處理后，將壓電材料埋置于瀝青混凝土路面中；

（3）利用瀝青老化診斷裝置，對(duì)新鋪瀝青混凝土路面中壓電材料的位移進(jìn)行初次測(cè)量；

（4）在不同的服役周期，對(duì)瀝青混凝土路面中的壓電材料進(jìn)行復(fù)測(cè)，并根據(jù)位移變化量對(duì)瀝青老化進(jìn)行量化分析。

其中，所述的新鋪瀝青混凝土路面是由粗集料、細(xì)集料、瀝青和礦粉復(fù)合而成，其路用性能達(dá)到瀝青混合料技術(shù)要求。

其中，所述的坑洞尺寸為8～64cm³的長(zhǎng)方體坑洞，內(nèi)表面采用施工時(shí)所用的瀝青進(jìn)行表面處理。

其中，所述的壓電材料是體積為8～64cm³的長(zhǎng)方體；每個(gè)壓電材料采用疊堆式結(jié)構(gòu)，以壓電陶瓷材料通過(guò)金屬導(dǎo)電材料作為電極進(jìn)行串聯(lián)或者并聯(lián)組合。

其中，所述的瀝青老化診斷裝置由壓電材料激發(fā)設(shè)備和激光測(cè)距儀組成；壓電材料激發(fā)設(shè)備由壓電材料激勵(lì)器和壓電驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大器組成；埋入瀝青混凝土的壓電材料首先受到壓電材料激勵(lì)器的激發(fā)產(chǎn)生形變，并通過(guò)激光測(cè)距儀測(cè)量壓電材料的位移變化；最后通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大器調(diào)整外加電場(chǎng)，繪制位移與外加電場(chǎng)曲線。

上述利用逆壓電效應(yīng)的路面瀝青老化診斷方法可應(yīng)用于高等級(jí)公路、隧道、橋面鋪裝或飛機(jī)場(chǎng)跑道路面，以及市內(nèi)公路和人行街道。

本發(fā)明的原理：由于瀝青混凝土路面長(zhǎng)期暴露在空氣中，在受熱輻射、氧氣、陽(yáng)光和水等環(huán)境因素的作用下，瀝青會(huì)產(chǎn)生老化，發(fā)生的一系列揮發(fā)、氧化、聚合，甚至是瀝青內(nèi)部發(fā)生性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的變化，從而導(dǎo)致瀝青的軟化點(diǎn)增加，針入度減小，延度減小，即瀝青逐漸變硬。當(dāng)瀝青與壓電材料粘附在一起時(shí)，隨著瀝青的老化，瀝青與壓電材料的摩擦系數(shù)也隨之而改變，從而導(dǎo)致壓電材料被施加電場(chǎng)時(shí)，由于逆壓電效應(yīng)所產(chǎn)生的位移會(huì)發(fā)生改變。因此，通過(guò)對(duì)比壓電材料由于逆壓電效應(yīng)所產(chǎn)生的位移變化，可對(duì)瀝青的老化程度進(jìn)行有效的分析與診斷。