美国将传感器嵌入到公路混凝土中监测路面数据

近期，美国印第安纳州交通局(INDOT)委托美国普渡大学工程师团队，将传感器嵌入到印第安纳州的高速公路中，以更精确地确定何时混凝土路面已准备好承担重型卡车交通，数据将为建设项目何时重新开放道路提供新的建议。

传感器被嵌入到公路混凝土中，资料图

据了解，混凝土准备好承担重型卡车交通之前，一个建筑项目已结束，导致路面过早失效，需要全年更频繁地进行维修。为确切了解混凝土在高速公路上成熟需要多长时间，普渡大学土木工程学院副教授Luna Lu领导的团队正在通过传感器收集数据，该传感器旨在通过测量水化，刚度，抗压强度和混凝土的其他性质来实时跟踪监测混凝土强度的变化。

由于荷载和路面卷曲和翘曲，混凝土路面修补必须达到一定的强度水平，才能适应卡车交通。通过这些传感器，承包商将确切知道混凝土何时成熟到足以容纳重型卡车载荷和卷曲和翘曲压力。

在安装时，传感器贴片嵌入在混凝土表面上，电线将补片连接到测量系统。该装置利用所谓的压电效应将电能转换为机械能，从而激发传感器并振动混凝土以检测其刚度。然后，机械能被转换回电能。该传感器通过读取电气数据来测量混凝土与电流流动的反作用，从而一次即可精确测量许多混凝土的性能。

传感器获得的数据，可帮助工程师们更精确地确定道路何时准备好应对重型卡车交通。资料图

该团队表示，虽然每个传感器只能测量11英寸的混凝土面积，但在混凝土部分嵌入许多传感器的成本很低。另外，传感器还具备防腐蚀保护功能，不易被建筑设备压碎，还可在铺设混凝土后多年时间内不间断收集数据。相比之下，传统的实验室测试方法仅收集28天的数据，无法长时间了解混凝土的强度等相关数据。

对此，美国混凝土路面协会混凝土路面和材料科学专业的专家评价说，这项研究的影响可能具有革命性，因为它不需要任何传统的机械测试或现场昂贵而繁重的测试设置，也不需要对每种不同的混合设计进行校准。传感器能够在更长的时间内，跟踪监测混凝土强度变化趋势，将有助于工程师知道他们是否设计了过高或过低的道路，并更好地确定何时更换混凝土。

目前，研究人员和INDOT工程师已将传感器嵌入印第安纳州的三条高速公路。另外，该团队还与美国联邦公路管理局合作，在全国范围内进行集合基金研究，以在其他州实施该技术。目前，加利福尼亚州、德克萨斯州、堪萨斯州和密苏里州已计划加入这项研究。