近期，美國(guó)印第安納州交通局(INDOT)委托美國(guó)普渡大學(xué)工程師團(tuán)隊(duì)，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(shí)混凝土路面已準(zhǔn)備好承擔(dān)重型卡車交通，數(shù)據(jù)將為建設(shè)項(xiàng)目何時(shí)重新開(kāi)放道路提供新的建議。

傳感器被嵌入到公路混凝土中，資料圖

據(jù)了解，混凝土準(zhǔn)備好承擔(dān)重型卡車交通之前，一個(gè)建筑項(xiàng)目已結(jié)束，導(dǎo)致路面過(guò)早失效，需要全年更頻繁地進(jìn)行維修。為確切了解混凝土在高速公路上成熟需要多長(zhǎng)時(shí)間，普渡大學(xué)土木工程學(xué)院副教授Luna Lu領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)正在通過(guò)傳感器收集數(shù)據(jù)，該傳感器旨在通過(guò)測(cè)量水化，剛度，抗壓強(qiáng)度和混凝土的其他性質(zhì)來(lái)實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)混凝土強(qiáng)度的變化。

由于荷載和路面卷曲和翹曲，混凝土路面修補(bǔ)必須達(dá)到一定的強(qiáng)度水平，才能適應(yīng)卡車交通。通過(guò)這些傳感器，承包商將確切知道混凝土何時(shí)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(shí)，傳感器貼片嵌入在混凝土表面上，電線將補(bǔ)片連接到測(cè)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(jī)械能，從而激發(fā)傳感器并振動(dòng)混凝土以檢測(cè)其剛度。然后，機(jī)械能被轉(zhuǎn)換回電能。該傳感器通過(guò)讀取電氣數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)量混凝土與電流流動(dòng)的反作用，從而一次即可精確測(cè)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(shí)準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)重型卡車交通。資料圖

該團(tuán)隊(duì)表示，雖然每個(gè)傳感器只能測(cè)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(hù)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(shí)間內(nèi)不間斷收集數(shù)據(jù)。相比之下，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法僅收集28天的數(shù)據(jù)，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間了解混凝土的強(qiáng)度等相關(guān)數(shù)據(jù)。

對(duì)此，美國(guó)混凝土路面協(xié)會(huì)混凝土路面和材料科學(xué)專業(yè)的專家評(píng)價(jià)說(shuō)，這項(xiàng)研究的影響可能具有革命性，因?yàn)樗恍枰魏蝹鹘y(tǒng)的機(jī)械測(cè)試或現(xiàn)場(chǎng)昂貴而繁重的測(cè)試設(shè)置，也不需要對(duì)每種不同的混合設(shè)計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。傳感器能夠在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，跟蹤監(jiān)測(cè)混凝土強(qiáng)度變化趨勢(shì)，將有助于工程師知道他們是否設(shè)計(jì)了過(guò)高或過(guò)低的道路，并更好地確定何時(shí)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(tuán)隊(duì)還與美國(guó)聯(lián)邦公路管理局合作，在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行集合基金研究，以在其他州實(shí)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(jì)劃加入這項(xiàng)研究。