一種瀝青路面一體式壓阻傳感器及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種瀝青路面一體式壓阻傳感器及其制備方法，包括：由導(dǎo)電瀝青混合料制成的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以及設(shè)置在內(nèi)核結(jié)構(gòu)兩端的電極；其中，所述導(dǎo)電瀝青混合料以礦質(zhì)混合料為骨架，以瀝青膠結(jié)料為基體，根據(jù)設(shè)定的與礦質(zhì)混合料的質(zhì)量比加入瀝青膠結(jié)料基體，根據(jù)設(shè)定的與瀝青膠結(jié)料基體的體積比加入鈦白粉導(dǎo)電相

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種瀝青路面一體式壓阻傳感器及其制備方法


[0001]本專利技術(shù)涉及瀝青材料
，特別是涉及一種瀝青路面一體式壓阻傳感器及其制備方法
。

技術(shù)介紹

[0002]本部分的陳述僅僅是提供了與本專利技術(shù)相關(guān)的
技術(shù)介紹
信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)
。
[0003]為掌握道路承載狀況，大多數(shù)道路安裝地磅或埋設(shè)力測傳感器實(shí)現(xiàn)對過往車輛靜態(tài)或動態(tài)稱重，經(jīng)時(shí)間驗(yàn)證，上述兩種方法存在很大缺陷
。
首先，地磅占地面積大，需鋪設(shè)在道路外，使過往車輛改變行駛方向并停車測重，因此工作效率低，且地磅采用全鋼結(jié)構(gòu)，不僅造價(jià)高，受制于鋼結(jié)構(gòu)的高模量，對于點(diǎn)荷載測量不精準(zhǔn)；其次，力測傳感器體積小，使用方式是埋設(shè)在道路上面層，不僅破壞路面的整體結(jié)構(gòu)，且當(dāng)路面的平整度下降時(shí)極易造成測力數(shù)據(jù)失真
。
[0004]瀝青路面工程存在使用年限，其壽命不僅取決于材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)取決于服役環(huán)境，其中車輛荷載是瀝青路面服務(wù)的主體，也是破壞瀝青路面性能的主因
。
車輛荷載大會加速產(chǎn)生路面結(jié)構(gòu)車轍
、
開裂和塌陷等破壞，甚至在行車過程中，由于慣性大造成追尾等交通事故，尤其在橋梁隧道中，一旦發(fā)生交通事故，危險(xiǎn)系數(shù)呈指數(shù)增加
。
因此監(jiān)控路面駛?cè)氲能囕v荷載，是在路面力學(xué)中，掌握車輛荷載在多物理場耦合條件下，路面體系中應(yīng)力應(yīng)變演變規(guī)律，了解瀝青路面服役狀況及其殘余壽命的關(guān)鍵，也是路面結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)
、
延長瀝青路面壽命的基礎(chǔ)
。
[0005]然而，現(xiàn)有傳感器與路面模量不匹配，隨從變形不足，導(dǎo)致傳感器數(shù)據(jù)測量準(zhǔn)確性差；且預(yù)埋式傳感器成活率低，無法滿足現(xiàn)有瀝青路面力學(xué)監(jiān)測的目標(biāo)
。
兼具傳統(tǒng)瀝青混合料力學(xué)性能與傳感器電學(xué)性能的導(dǎo)電瀝青混合料為解決上述問題提供了新的方法
。
[0006]瀝青路面的建造材料是瀝青混合料，傳統(tǒng)瀝青混合料屬于絕緣材料，電阻率在
10
14
～
10
22
Ω
·
m(
即
10
16
～
10
24
Ω
·
cm)
范圍內(nèi)，若降低瀝青混合料的電阻率，便可以賦予其電學(xué)特性
。
專利
CN1241862C
通過在傳統(tǒng)瀝青混合料中加入導(dǎo)電相材料石墨降低瀝青混合料的電阻率使其成為導(dǎo)電體，但該技術(shù)僅驗(yàn)證導(dǎo)電瀝青混合料的可能性，并沒有對其具體應(yīng)用做出詳細(xì)研究與討論
。
[0007]專利
CN113185190A
提出在瀝青混合料粗集料表面覆蓋導(dǎo)電水泥基涂層，并摻加導(dǎo)電材料制備自感知智能導(dǎo)電瀝青路面，實(shí)現(xiàn)路面自監(jiān)測應(yīng)變
、
裂紋等結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)
。
當(dāng)車輛荷載重復(fù)作用于路面導(dǎo)致路面累計(jì)應(yīng)變，該技術(shù)根據(jù)電阻值判斷路面累計(jì)應(yīng)變發(fā)展程度，決定是否采取路面養(yǎng)護(hù)措施
。
在此過程中，車輛荷載是誘因，路面累計(jì)應(yīng)變是結(jié)果，該技術(shù)只能客觀觀察路面累計(jì)應(yīng)變這個(gè)結(jié)果，進(jìn)而判斷路面結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)，卻無法干預(yù)現(xiàn)有路面服役性能損耗，因此該技術(shù)屬于被動診斷路面結(jié)構(gòu)變化，不能對路面即將面臨的荷載做出判斷并干預(yù)
。
[0008]專利
CN115196909A
同樣提出了自感知導(dǎo)電瀝青混凝土監(jiān)測路面結(jié)構(gòu)所受荷載和
結(jié)構(gòu)變化的設(shè)計(jì)方法，但導(dǎo)電瀝青混合料路面存在體積電阻，體積越大，電阻值越大，該技術(shù)提供鋪設(shè)全幅自感知導(dǎo)電瀝青混凝土路面的設(shè)計(jì)方法，使得路面整體電阻無限趨近于絕緣，且車輛反復(fù)荷載與路面結(jié)構(gòu)變化引起的路面電阻變化相對于自感知導(dǎo)電瀝青混凝土路面整體電阻而言微乎其微，難以有效診斷車輛荷載大小與路面結(jié)構(gòu)變化
。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0009]為了解決上述問題，本專利技術(shù)提出了一種瀝青路面一體式壓阻傳感器及其制備方法，與瀝青路面屬同種材料以及具有相同模量，具有傳統(tǒng)力測傳感器近似的體型特征與相同的壓阻特性，在不破壞路面結(jié)構(gòu)的情況下，對不同荷載大小車輛表現(xiàn)出不同電阻值
。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
[0011]第一方面，本專利技術(shù)提供一種瀝青路面一體式壓阻傳感器，包括：由導(dǎo)電瀝青混合料制成的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以及設(shè)置在內(nèi)核結(jié)構(gòu)兩端的電極；其中，所述導(dǎo)電瀝青混合料以礦質(zhì)混合料為骨架，以瀝青膠結(jié)料為基體，根據(jù)設(shè)定的與礦質(zhì)混合料的質(zhì)量比加入瀝青膠結(jié)料基體，根據(jù)設(shè)定的與瀝青膠結(jié)料基體的體積比加入鈦白粉導(dǎo)電相
、
石墨導(dǎo)電相和碳纖維導(dǎo)電相
。
[0012]作為可選擇的實(shí)施方式，瀝青膠結(jié)料基體為礦質(zhì)混合料的
5.3wt
％，由石油瀝青加入
0.05
～
0.1wt
％鎵銦錫合金
、0.2
～
0.8wt
％銦鉍錫合金和1～
3wt
％石墨烯制備而成
。
[0013]作為可選擇的實(shí)施方式，所述鈦白粉導(dǎo)電相為瀝青膠結(jié)料基體的6?
10vt
％
。
[0014]作為可選擇的實(shí)施方式，所述石墨導(dǎo)電相為瀝青膠結(jié)料基體的
20
?
44vt
％，細(xì)度為
300
目
。
[0015]作為可選擇的實(shí)施方式，所述碳纖維導(dǎo)電相為瀝青膠結(jié)料基體的
1.6
?
8.0vt
％，長為
6mm。
[0016]作為可選擇的實(shí)施方式，若只加入鈦白粉導(dǎo)電相和石墨導(dǎo)電相，則石墨導(dǎo)電相為瀝青膠結(jié)料基體的
28
?
44vt
％
。
[0017]作為可選擇的實(shí)施方式，所述碳纖維導(dǎo)電相經(jīng)分散液進(jìn)行處理，其中，將碳纖維在分散液進(jìn)行攪拌分散
。
[0018]作為可選擇的實(shí)施方式，所述分散液為羥乙基纖維素水溶液，分散液與碳纖維質(zhì)量比為1：
0.6。
[0019]作為可選擇的實(shí)施方式，所述內(nèi)核結(jié)構(gòu)的兩端采用導(dǎo)電膠粘結(jié)電極，電極外側(cè)焊有導(dǎo)線，采用瀝青將內(nèi)核結(jié)構(gòu)
、
電極和導(dǎo)線進(jìn)行封裝，封裝后通過導(dǎo)線的另一端連接數(shù)控采集系統(tǒng)
。
[0020]第二方面，本專利技術(shù)提供一種瀝青路面一體式壓阻傳感器的制備方法，包括：
[0021]采用分散液對碳纖維進(jìn)行處理，將碳纖維在分散液中進(jìn)行攪拌分散；
[0022]將分散后的碳纖維及分散液加入礦質(zhì)混合料中拌和，利用礦質(zhì)混合料對水的吸附力和拌和過程中的剪切力使碳纖維分散在礦質(zhì)混合料表面，再將浸濕的礦質(zhì)混合料烘干，將表面均勻吸附碳纖維的礦質(zhì)混合料與鈦白粉
、
石墨和礦粉一起加熱至
170℃
，石油瀝青加熱至
160℃
；
[0023]在
170℃
拌和過程中，先加入粗集料和細(xì)集料拌和，再加入
...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.
一種瀝青路面一體式壓阻傳感器，其特征在于，包括：由導(dǎo)電瀝青混合料制成的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以及設(shè)置在內(nèi)核結(jié)構(gòu)兩端的電極；其中，所述導(dǎo)電瀝青混合料以礦質(zhì)混合料為骨架，以瀝青膠結(jié)料為基體，根據(jù)設(shè)定的與礦質(zhì)混合料的質(zhì)量比加入瀝青膠結(jié)料基體，根據(jù)設(shè)定的與瀝青膠結(jié)料基體的體積比加入鈦白粉導(dǎo)電相
、
石墨導(dǎo)電相和碳纖維導(dǎo)電相
。2.
如權(quán)利要求1所述的一種瀝青路面一體式壓阻傳感器，其特征在于，瀝青膠結(jié)料基體為礦質(zhì)混合料的
5.3wt
％，由石油瀝青加入
0.05
～
0.1wt
％鎵銦錫合金
、0.2
～
0.8wt
％銦鉍錫合金和1～
3wt
％石墨烯制備而成
。3.
如權(quán)利要求1所述的一種瀝青路面一體式壓阻傳感器，其特征在于，所述鈦白粉導(dǎo)電相為瀝青膠結(jié)料基體的6?
10vt
％
。4.
如權(quán)利要求1所述的一種瀝青路面一體式壓阻傳感器，其特征在于，所述石墨導(dǎo)電相為瀝青膠結(jié)料基體的
20
?
44vt
％，細(xì)度為
300
目
。5.
如權(quán)利要求4所述的一種瀝青路面一體式壓阻傳感器，其特征在于，所述碳纖維導(dǎo)電相為瀝青膠結(jié)料基體的
1.6
?
8.0vt
％，長為
6mm。6.
如權(quán)利要求1所述的一種瀝青路面一體式壓阻傳感器，其特征在于，若只加入鈦白粉導(dǎo)電相和石墨導(dǎo)電相，則石墨導(dǎo)電...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王鵬，魏弘瑞，翟飛，任瑞波，耿立濤，徐強(qiáng)，丁昕，黃振甫，徐濤，董曉康，張齊超，
申請(專利權(quán))人：山東建筑大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：