[发明专利]一种双层车辙板沥青混合料横向变形监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种双层车辙板沥青混合料横向变形监测系统及方法，系统包括：六个FBG传感器、双层车辙板试件、车辙试验仪、光纤光栅解调仪、监控终端；FBG传感器安装在双层车辙板试件的内部及表面，双层车辙板试件设在车辙试验仪内部，FBG传感器通过光纤跳线与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪通过数据线与监控终端连接。本发明不仅可以监测路面表面的横向变形规律，还可以获得路面结构内部横向变形规律。

技术领域

本发明属于路面结构应力应变监测技术领域，具体指代一种基于FBG技术的双层车辙板沥青混合料横向应变监测系统及方法。

背景技术

沥青路面具备良好的路用性能，但也有诸多缺点，其中车辙就是沥青路面主要病害之一。路面车辙发生后对路面服务使用性能会产生很大的破坏和影响，严重影响行车舒适度和安全性，且一经形成便很难处治，车辙损坏所带来的养护维修费用也比较昂贵。如何防治车辙病害，提高公路建设的经济和社会效益，已成为道路科研学者们的首要任务。因此，对于沥青面层高温稳定性和车辙发展规律的研究便显得尤为重要。

光纤光栅传感器(FBG)相比于传统的检测仪器具有稳定性好、结构简单、精度高、耐腐蚀、抗电磁干扰、体积小等优点在道路工程方面开始广泛应用。有关学者将光纤光栅传感器粘贴在单层车辙板试件表面右侧，用以监测车辙板表面沥青混合料的横向流动规律，从侧面揭示其车辙发展规律，试验结果表明：这种测量方法可以用于沥青混合料的车辙监测。但是，上述测量方法只适合于5cm的路面厚度，无法测量路面内部的变形。在车辆荷载的作用下，路面变形是整体变形，不仅是路面表面发生形变，路面内部也产生形变，且路面内部的形变可能比表面的形变更大、更明显。结合内部的形变数据，对路面沥青混合料抗变形能力评价会更可靠。另外，路面结构一般是不同材料的多层结构。路面表面的形变仅能反映表面材料的性能，不能反映下部其他材料的变形性能，更不能反映路面结构组合在荷载作用下对整体结构抗变形能力的影响。为此，本专利根据最优化测量点位研究成果，提出新的监测方法。

研究人员在评价沥青混合料高温稳定性时往往注重的是其动稳定度和变形量的对比，对于双层车辙板试件亦是如此，且很少注重车辙发展过程中其内部的变形规律，要想确切把控沥青混合料车辙变化规律与产生机理，应变最能反映结构内部的局部特性，它是材料与结构的重要物理特性以及结构健康监测中最为重要的参量，而车辙主要是沥青混合料的横向流动变形造成的，因此本发明借助光纤光栅在工程中的应变监测技术，将不同类型的沥青混合料以双层车辙板的形式进行试验，在高温下长时间捕捉其内部结构的流动状态，分别对上下板表面沥青混合料的横向应变发展规律做详细分析，为沥青路面结构设计提供指导。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双层车辙板沥青混合料横向变形监测系统及方法，以解决现有车辙试验工作量巨大，试验结果变异性较大，未能反映结构组合和沥青混合料内部结构在高温条件下受到轮载的间接反复地作用产生流动而失稳的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种双层车辙板沥青混合料横向变形监测系统，包括：六个FBG传感器、双层车辙板试件、车辙试验仪、光纤光栅解调仪、监控终端；FBG传感器安装在双层车辙板试件的内部及表面，双层车辙板试件设在车辙试验仪内部，FBG传感器通过光纤跳线与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪通过数据线与监控终端连接。

进一步地，所述双层车辙板试件的上层板厚4cm，下层板厚6cm，制作时先碾压成型下层板，然后喷洒0.4L/m²改性乳化沥青，再进行上层板成型；可以精确地建立不同厚度、不同材料、不同层间结合状态的沥青路面两层面层结构体系。

进一步地，所述六个FBG传感器的直径均为1mm，包括上层板表面三个传感器A1、A2、A3和下层板表面三个传感器B1、B2、B3，其中传感器A1、B1距轮迹中心线55mm；传感器A2、B2距轮迹中心线70mm；传感器A3、B3距轮迹中心线85mm。能够准确获取最佳位置沥青路面两层面层横向变形场，能够对沥青路面面层抗变形能力进行可靠评价。