[发明专利]用于测定道路硬度的方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用

要求2012年4月6日提交的标题为“Method of Determining Stiffness (测定硬度的方法)”的序列号为61/621,259的美国临时申请的优先权。

发明背景

本公开涉及用于压实道路材料的方法和设备，且更具体来说，涉及用于校准压实分析仪以及在构建期间测定硬度的方法和设备。

沥青经常用作路面。在沥青铺路过程中，使用各种等级的骨料(aggregate)。骨料与沥青胶结料(焦油)和沙子混合并加热到大约150℃至169℃，且铺路机铺设热沥青混合料，并且使用一系列钻孔机(auger)和铲土机将沥青混合料摊平。所述材料在铺设时由于沥青混合料中的气隙而不够致密。因此，压路机在沥青材料层(本文中称为沥青面层(asphalt mat))上来回驾驶通过多遍，或以不同方式产生充分压实以形成路面或个别路面层所需的沥青强度。

在压实期间监控的关键工艺参数中的一者是沥青面层的压实密度。虽然有许多标准和程序确保达到了所需密度，但是这些标准中的大多数仅需要3-5个密度读数每车道英里。通常，密度读数将来自所提取的道路核芯(roadway core)。在压实过程期间沥青面层的密度测量过程麻烦、耗时并且不代表达到了整体压实，除非测量值是通过大量以网格形式分布的点取得的，因此仅由于成本考虑，这种方式便难以在本领域中实现。不满足目标密度是不可接受的并且补救措施可导致显著的成本超支。由于不能直接测量密度，因此研究人员尝试了不同的间接测量方法。这些方法中的一些在标题为Method and Apparatus for Compaction of Roadway Materials(用于压实道路材料的方法和设备)的第8,190,338号美国专利中表示和说明。

硬度同样是直接影响道路路面的负荷承载能力的关键设计因素。路面因车辙、疲劳裂纹和其他类型危害导致的早期损坏可归因于在压实过程中未达到足够硬度。路面的硬度通常用术语模量表示。虽然路面性能对硬度的依赖性众所周知，但是在构建路面期间，在现场很难测量或监控硬度。在路面冷却之后纠正未充分压实的补救措施费钱且耗时。由于路面设计为具有足够强度和硬度来承载交通负载，因此知道完工路面层的硬度是期望的。虽然沥青混合料的密度是其质量的一个量度，但是其并不直接提供路面在负载条件下的性能信息。在另一方面，硬度直接影响路面在交通负载下的性能。因此需要提供用于在压实过程中测量和监控硬度的设备和方法。

发明概述

本文中所公开的设备包括具有传感器的振动式压实机或压路机以及与其相关联的压实分析仪。压实分析仪具有特征提取模块(feature extraction module)、神经网络模块和分析仪模块。传感器可包括用于测量压路机的振动响应信号的加速计，且压实分析仪利用振动响应信号的特性实时生成表示正被压实材料密度的模量信号。另外，压实分析仪将生成表示路面动态模量的信号。一种使用压路机压实道路段(roadway section)的方法，压路机具有与其可操作地相关联的压实分析仪，该方法包括将初始输入参数录入到压实分析仪中以及使压路机在所述道路段的一部分的一层上进行多次通过。所述方法还可包括当压路机在所述道路段的所述部分的所述层上移动时，通过压路机向所述道路段的所述部分施加振动能量以及当压路机在所述道路段的层部分上移动时，重复收集压路机的响应振动信号。附加步骤可包括基于压路机的响应振动信号和录入到压实分析仪中的初始输入参数通过压实分析仪生成表示估算动态模量的估算模量信号以及在所述道路段的所述部分上的多个位置处，测量所述道路段的所述层的模量。可将所述多个位置处的测量模量与估算模量进行比较以确定测量模量与估算模量之间的差。接着，可基于测量模量与估算模量之间的差调整录入到分析仪的初始输入参数中的选定参数。压实分析仪将生成调整模量输出信号，所述调整模量输出信号将比估算模量信号更密切地接近于道路段的实际模量。滚压所述道路段的所述层的剩余部分直到具有调整输入参数的压实分析仪生成所需的调整输出模量信号为止。在多层道路段的每一层上执行所述方法并且使用每一层的模量来测定所述多层道路段的有效模量。