[發明專利]水泥路面內部裂縫監測系統及裂縫寬度、位置確定方法

有效

• 申請號: 201910057720.4
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109696117B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 紀小平;陳云;王朝輝;蔣應軍;肖劍
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02;G01N27/61
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

本發明公開了水泥路面內部裂縫監測系統及裂縫寬度、位置確定方法，該系統包括多個水泥基壓電智能骨料、信號發生器、電荷放大器和示波器；其中，水泥基壓電智能骨料埋設在水泥面層底部，每兩個相鄰水泥基壓電智能骨料分別與信號發生器和電荷放大器電連接，示波器與電荷放大器連接，每兩個相鄰的水泥基壓電智能骨料之間可以傳播信號波。利用路面加載前后輸出信號幅值的變化確定路面內部的裂縫寬度，并基于該系統確定裂縫的具體位置。本發明的方法可以降低路面監測成本，可靠，簡便快速，適合大規模推廣應用；而且獲得的裂縫尺寸和位置準確性高。

技術領域

本發明屬于水泥路面健康監測技術領域，具體涉及水泥路面內部裂縫監測系統及裂縫寬度、位置確定方法。

背景技術

水泥混凝土路面是我國主要的路面結構之一。在行車荷載，自然環境等因素的共同作用下，水泥混凝土路面會出現不同程度、不同類型的病害，某些病害檢測困難，例如反射裂縫、板底脫空等，隨著時間的推移，隱蔽病害日趨嚴重，一經發現則是需要大面積的養護與維修，影響路面的使用性能與服役壽命。因此，有效及時地監測水泥路面的隱蔽病害，對科學采取養護措施維持路面使用性能極為重要。通過定量的監測水泥道路內部裂縫條數和裂縫的寬度，可以為制定針對性的治理措施提供科學的依據，防止輕微損傷進一步發展。

現有路面結構損傷的監測方法主要采用外部評價技術和現場傳感技術。外部評價技術用于路面應力、損害及表面功能等檢測，包括彎沉、聲發射、地探雷達、超聲、紅外熱像與圖像技術等。然而，外部評價技術缺乏自發性且具有滯后性，檢測過程需要配套大量的人力、設備等，且無法監測路面微損傷及發展過程。

智能材料的出現為水泥路面等工程結構的健康監測及損傷診斷提供了一條有效的途徑。在眾多的智能材料中，壓電陶瓷(簡稱為PZT)具有傳感與驅動一體化的優越特性，為水泥路面健康監測與損傷診斷提供了全新思路。因此，本發明基于該思路提出了一種新的路面內部裂縫確定的方法。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供了一種水泥路面內部裂縫監測系統及其裂縫寬度、位置確定方法，解決現有的監測方法缺乏自主性和滯后性、且無法監測路面內部微損傷的問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案予以實現：

本發明公開的水泥基壓電智能骨料，包括水泥基壓電材料和導電材料；其中，水泥基壓電材料包括以下質量份數的原料：50～60份陶瓷微粉、25～35份環氧樹脂和15～25份水泥，總質量份數為100份。

具體的，該智能骨料還包括防水層、封裝層和用于傳輸信號的導線；其中，水泥基壓電材料與導電材料粘結混合形成核心，防水層涂覆在該核心的外部，封裝層設置在最外層；導線一端與該核心連接，另一端穿過防水層和封裝層延伸在外面。

具體的，封裝層中包括以下質量份數的原料：10～30份水泥、30～40份環氧樹脂、10～20份集料和15～25份礦粉，總質量份數為100份。

具體的，所述的防水層材質為硅膠或聚氨酯樹膠。

本發明還公開水泥路面內部裂縫監測系統，該系統包括多個本發明所述的水泥基壓電智能骨料、信號發生器、電荷放大器和示波器；其中，水泥基壓電智能骨料埋設在水泥面層底部，每兩個相鄰水泥基壓電智能骨料分別與信號發生器和電荷放大器電連接，示波器與電荷放大器連接，每兩個相鄰的水泥基壓電智能骨料之間可以傳播信號波。

本發明還公開了水泥路面內部裂縫寬度確定方法，在待監測道路上設置有本發明所述的監測系統，該道路的裂縫寬度通過式(1)來確定，

式中，w_i表示待監測道路上第i個智能骨料和與之相鄰的智能骨料之間路面內部的裂縫寬度，單位為mm，i＝1,2,...,m，m為待監測道路上的智能骨料的個數；