CN103363890B - 基于导电聚合物拉敏效应的路面开裂监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于导电聚合物拉敏效应的路面开裂监测方法，具体步骤为：步骤一：在导电聚合物表面加涂一层防潮耐高温保护涂层；步骤二：测得导电聚合物的拉应变值与聚合物的电阻率的关系，并测得的导电聚合物的拉应变值即为导电聚合物的容许拉应变值；步骤三：在铺设路面时，将导电聚合物铺设在路面中，从导电聚合物引出与聚合物接触良好的导线；步骤四：实时测量导电聚合物的电阻，并确定出导电聚合物的实际拉应变值；步骤五：将导电聚合物的实际拉应变值与导电聚合物容许拉应变值进行比较，若实际拉应变高于聚合物容许拉应变，路面有开裂危险。对路面做好预防性养护；不仅可以避免路面开裂后才被发现的情形，节省大量资金，减少工程量。
Description
技术领域
本发明涉及一种路面开裂监测方法，尤其涉及一种基于导电聚合物拉敏效应的路面开裂监测方法。
背景技术
在现有道路中，路面病害发生率比较高，其中路面开裂占有相当高的比例。路面开裂一直是我国路面的主要破坏形式，但是对开裂机理的认识仍落后于工程实践，特别是对裂缝演化跟踪测试方法和预测预警技术的研究很少，虽然其重要性已引起人们的高度重视，但目前对路面裂缝的测试主要在开裂后进行，内部裂缝则用地质雷达，精度低，且不能追踪裂缝的演化和发展，延误了最佳的预防性养护时机。也有学者利用光纤光栅技术测试路面的变形，但是测试费用高，不利于大范围测试。鉴于此，本发明将基于导电高分子材料拉敏特性，研究一种适于路面变形测试和开裂预测预报的机敏土工材料，使其既能防止路面反射裂缝，又能对全寿命周期内路面的变形进行跟踪测试和智能识别，并能对路面开裂进行预测预报。本方案不仅具有重要的理论创新价值和工程意义，而且研究成果有着广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于导电聚合物拉敏效应的路面开裂监测方法，它具有实时监测路面内筋材是否变形的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于导电聚合物拉敏效应的路面开裂监测方法，具体步骤为：
步骤一：在导电聚合物表面加涂一层防潮耐高温防水涂层；
步骤二：测得导电聚合物的拉应变值与聚合物的电阻率的关系式为：当导电聚合物的电阻率不再发生变化时，测得的导电聚合物的拉应变值即为导电聚合物的容许拉应变值，其中Ω0为聚合物的标准电阻值，Ω为聚合物的实际电阻值，ε为导电聚合物的拉应变值，a、b、c为系数；
步骤三：在铺设路面时，将导电聚合物铺设在路面沥青层以下，从导电聚合物引出与聚合物接触良好的导线；
步骤四：实时测量导电聚合物的电阻，并根据导电聚合物的电阻率与导电聚合物拉应变值ε的关系，确定出导电聚合物的实际拉应变值εti；
步骤五：将导电聚合物的实际拉应变εti与导电聚合物容许拉应变εai进行比较，若有εti＞εai，即实际拉应变高于聚合物容许拉应变，路面有开裂危险。
所述步骤三中在铺设的路面中铺设多层导电聚合物，导线外包上一层绝缘保护层。
所述步骤四中利用兆欧表或无线数据采集仪采集导电聚合物的电阻，并送入上位机，上位机根据导电聚合物的电阻确定导电聚合物的实际拉应变εti。
本发明的有益效果：使用本发明，可以对路面做好预防性养护；这样不仅可以避免路面开裂后才被发现的情形，节省了大量资金、减少工程量，同时，也可以有效的减轻因反射裂缝引起的路面开裂，使得已修筑道路的寿命尽可能的延长。
附图说明
图1为导电聚合物渗滤现象示意图；
图2为导电聚合物铺设示意图I；
图3为导电聚合物铺设示意图II。
其中，1.基层，2.导电聚合物，3.面层，4.沥青层，5.沥青稳定碎石层，6.矿渣层。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
导电高分子材料目前已在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和器件，以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术等领域得到了广泛应用，填充复合型导电高分子材料是应用最广泛的导电复合材料，它是在基体聚合物中加入炭黑、碳纤维、石墨、碳纳米管等导电填料复合而成。导电复合材料的导电行为一般呈现典型的渗滤现象，如图1所示，当填料含量增加到某一阈值时,在某一区域内复合材料电阻率急剧下降，这一区域被称作渗滤区域。机敏材料具有感知和驱动功能，某些导电高分子复合材料也具有机敏性，经过特殊设计后表现出一些特殊效应，如拉敏效应。拉敏效应是指在外部拉力作用下导电性发生转变的过程(低阻→高阻)。拉敏效应的出现是由于当复合材料变形超过某临界值时，导电通路被部分破坏而呈高阻态。
在实际应用中可通过电阻率的变化来确定材料的各性能指标的变化规律。当导电聚合物受到外力作用时，材料本身发生形变，路面开裂处的电阻率会发生显著变化，此时，通过对采集到的实时数据的分析来判断路面起裂的位置、方位，监测裂缝演化过程。
实例一：由反射裂缝引起的路面开裂监测预警
在公路施工时，将以碳纳米管为填料的导电聚合物2铺入面层3与基层1之间，通过碾压机械压实。由于沥青摊铺时温度较高，因此，导电聚合物2表面需加涂一层防水耐高温涂层。每隔一定的距离引出与导电聚合物接触良好且牢固的导线，为防止导线被破坏，包上一层防腐绝缘包层。将导线与兆欧表连接，当路面有开裂迹象时，导电聚合物2具体表现为：导电聚合物受到外力作用，本身发生变形，导致自身电阻率发生变化，监测人员通过观测不同位置处的导电聚合物的电阻率变化，从而对潜在裂缝位置进行定位并判断路面开裂的风险程度，以此为依据，做好预防性养护。这样不仅可以避免路面开裂后才被发现的情形，节省了大量资金、减少工程量，同时，也可以有效的减轻因反射裂缝引起的路面开裂，使得已修筑道路的寿命尽可能的延长。
实例二：城市内主干道路面开裂监测预警
对于城市内道路，路面在车辆和环境荷载的反复作用下，一旦裂缝出现再进行修复养护会使养护成本提升，因此，可在施工时将导电聚合物2铺设在沥青层4下方，并引出与导电聚合物5连接良好且牢固的导线，利用导电聚合物5的机敏性来作为自检测的技术手段，如图3所示。由于铺设沥青层4时温度较高，因此导电聚合物2需加涂一层耐高温防水涂层。施工时由于机械碾压使沥青层4与导电聚合物2接触良好，当沥青层4因反复荷载作用而产生开趋势时，导电聚合物2会因此受到外力作用，自身电阻率发生显著变化，现场可使用兆欧表采集其实时数据变化。通过观测不同位置处的筋材电阻率变化，从而对潜在裂缝位置进行定位并判断路面开裂的风险程度，以此为依据，做好养护检修工作。这样不仅可以避免路面开裂后才被发现的情况，同时也节省了大量资金、减少工程量，还可以在沥青稳定碎石层5和矿渣层6之间也铺设一层导电聚合物2。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (3)
1.一种基于导电聚合物拉敏效应的路面开裂监测方法，其特征是，具体步骤为：
步骤一：在导电聚合物表面加涂一层防潮耐高温保护涂层；
步骤二：测得导电聚合物的拉应变值与聚合物的电阻率的关系式为：当导电聚合物的电阻率不再发生变化时，测得的导电聚合物的拉应变值即为导电聚合物的容许拉应变值，其中Ω0为聚合物的标准电阻值，Ω为聚合物的实际电阻值，ε为导电聚合物的拉应变值，a、b、c为系数；
步骤三：在铺设路面时，将导电聚合物铺设在路面中，从导电聚合物引出与聚合物接触良好的导线；
步骤四：实时测量导电聚合物的电阻，并根据导电聚合物的电阻率与导电聚合物拉应变值ε的关系，确定出导电聚合物的实际拉应变值εti；
步骤五：将导电聚合物的实际拉应变εti与导电聚合物容许拉应变εai进行比较，若有εti>εai，即实际拉应变高于聚合物容许拉应变，路面有开裂危险；
当导电聚合物受到外力作用时，导电聚合物本身发生形变，路面开裂处的电阻率会发生显著变化，此时，通过对采集到的实时数据的分析来判断路面起裂的位置、方位，监测裂缝演化过程。
2.如权利要求1所述一种基于导电聚合物拉敏效应的路面开裂监测方法，其特征是，所述步骤三中在铺设的路面中铺设多层导电聚合物，导线外包上一层绝缘保护层。
3.如权利要求1所述一种基于导电聚合物拉敏效应的路面开裂监测方法，其特征是，所述步骤四中利用兆欧表或无线数据采集仪采集导电聚合物的电阻，并送入上位机，上位机根据导电聚合物的电阻确定导电聚合物的实际拉应变εti。
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Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104048591A (zh) * | 2014-07-07 | 2014-09-17 | 重庆大学 | 一种测量早龄期混凝土内部应变的碳纤维丝应变片组合 |
| CN104296804B (zh) * | 2014-09-22 | 2017-06-06 | 中国矿业大学(北京) | 一种充填体破坏失稳前兆信息监测及预警方法 |
| CN104267322B (zh) * | 2014-10-11 | 2017-03-29 | 南宁市第一中学 | 检测电缆绝缘体老化的方法 |
| CN104358244B (zh) * | 2014-11-11 | 2016-08-17 | 山东大学 | 一种涂装导电相材料的传感型经编涤纶土工格栅制备方法 |
| CN107607030B (zh) * | 2017-09-22 | 2024-01-23 | 山东大学 | 一种既有路基、边坡稳定性的监测结构及其施工方法 |
| CN108362738A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-03 | 山西省交通科学研究院 | 基于力-电机敏特性的沥青路面结构破坏预警方法 |
| CN110184886A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-08-30 | 广州大学 | 一种白加黑路面健康检测***及方法 |
| CN110715854B (zh) * | 2019-09-29 | 2020-10-30 | 山东大学 | 考虑温度效应的导电聚合物拉敏效应非线性校准方法 |
| CN113418442A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-09-21 | 深圳格通无线科技有限公司 | 一种地面工程变形监控方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201477060U (zh) * | 2009-09-07 | 2010-05-19 | 万瑾琳 | 基于导电涂料的裂缝检测装置 |
| CN101793020A (zh) * | 2010-03-04 | 2010-08-04 | 中国矿业大学 | 一种土工格栅应变测试装置及其测试方法 |
| CN201697604U (zh) * | 2010-06-03 | 2011-01-05 | 陈彦平 | 一种混凝土集成应变计 |
| CN102852129A (zh) * | 2012-09-17 | 2013-01-02 | 中交第一公路勘察设计研究院有限公司 | 路基长期大变形自动监测***及其监测方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7921727B2 (en) * | 2004-06-25 | 2011-04-12 | University Of Dayton | Sensing system for monitoring the structural health of composite structures |
| US8752438B2 (en) * | 2009-01-16 | 2014-06-17 | The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma | Sensor-enabled geosynthetic material and method of making and using the same |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201477060U (zh) * | 2009-09-07 | 2010-05-19 | 万瑾琳 | 基于导电涂料的裂缝检测装置 |
| CN101793020A (zh) * | 2010-03-04 | 2010-08-04 | 中国矿业大学 | 一种土工格栅应变测试装置及其测试方法 |
| CN201697604U (zh) * | 2010-06-03 | 2011-01-05 | 陈彦平 | 一种混凝土集成应变计 |
| CN102852129A (zh) * | 2012-09-17 | 2013-01-02 | 中交第一公路勘察设计研究院有限公司 | 路基长期大变形自动监测***及其监测方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 基于导电膜电阻拉-敏效应的混凝土裂缝分布式监测技术;邓安仲等;《解放军理工大学学报（自然科学版）》;20101231;第11卷(第2期);162-167 * |
| 炭黑分散状态对炭黑/环氧树脂导电复合材料电阻率和力电性能的影响;季小勇等;《复合材料学报》;20091231;第26卷(第5期);39-46 * |
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