一种沥青路面用自供电多功能压电智能骨料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种沥青路面用自供电多功能压电智能骨料，属于沥青路面健康监测领域。本发明专利技术中，环氧树脂固化之后的模量与沥青路面大致相当，经过环氧树脂6200A封装的压电智能骨料具有一定的强度和耐久性，与路面的耦合性能好，可以在沥青路面中长期使用，且对路面的路用性能不影响，可以在沥青路面中进行微裂缝损伤监测，并且环氧树脂6200A、固化剂与石英粉共同制得封装容器，封装容器表面硬度高、耐腐蚀、耐老化、耐冷热冲击，封装保护能够削弱或消除温度、湿度等因素对信号测量结果的影响，有效克服了外界环境对驱动信号和传感信号的干扰，使测量结果更加准确，同时本发明专利技术成本低廉、构造简单、性能稳定，可在沥青路面中广泛使用。

A self-powered multi-functional piezoelectric intelligent aggregate for asphalt pavement and its preparation method

The invention provides a self-powered multi-functional piezoelectric intelligent aggregate for asphalt pavement, which belongs to the field of asphalt pavement health monitoring. The modulus of the cured epoxy resin is roughly the same as that of the asphalt pavement. The piezoelectric intelligent aggregate encapsulated with epoxy resin 6200A has certain strength and durability, good coupling performance with the pavement, and can be used in the asphalt pavement for a medium and long term without affecting the pavement performance. The micro-crack damage can be monitored in the asphalt pavement, and the epoxy resin 6200A can be used in the asphalt pa The packaging container is made with curing agent and quartz powder. The surface hardness of the packaging container is high, corrosion resistance, aging resistance, cold and heat shock resistance, and the packaging protection can weaken or eliminate the influence of temperature and humidity on the signal measurement results, effectively overcome the interference of external environment on the driving signal and the sensing signal, and make the measurement results more accurate. At the same time, the cost of the present invention is low and the structure is low. It is simple and stable, and can be widely used in asphalt pavement.

【技术实现步骤摘要】
一种沥青路面用自供电多功能压电智能骨料及其制备方法
本专利技术涉及沥青路面健康监测
，尤其涉及一种沥青路面用自供电多功能压电智能骨料及其制备方法。
技术介绍
作为公路及城市道路的主要铺面型式，沥青路面的质量及性能水平是保障交通快速、舒适及安全的基础。在长期行车荷载及环境因素的循环耦合作用下，沥青路面逐渐出现微裂缝、界面脱离等损伤问题；当损伤积累到一定程度时，沥青路面的使用性能加剧衰减，导致沥青路面出现裂缝等病害、服务水平难以满足要求。在初期阶段，沥青路面损伤的几何尺寸为微米级甚至更小，在应力集中及水分等因素的不断作用下，使得本来互相独立的损伤逐渐扩展贯通并形成宏观病害。国内外研究表明，沥青路面使用性能的衰减存在“拐点”，若在拐点之前实施预防性养护，效益费用比是矫正性或应急性养护的6～10倍。因此，监测沥青路面损伤，发出预防性养护预警，及时采取措施消弭微损伤，就能延迟路面宏观病害的出现，这对提高路面使用性能、延长使用寿命、减小养护工程具有重要意义。沥青路面的健康监测与损伤诊断已经成为研究热点，由此出现了许多路面无损检测方法，如声发射技术、地探雷达法、超声检测法和红外热像法等。但上述方法缺乏自发性且具有滞后性，检测过程需要配套大量的人力、设备等；同时无法监测路面微损伤及发展过程并触发预防性养护预警，因而无法实现真正意义上的路面健康监测与损伤诊断。智能材料，如压电陶瓷(PTZ)的出现为沥青路面等工程结构的健康监测及损伤诊断提供了一条有效的途径。然而，现有的压电智能骨料损伤检测技术多为混凝土结构服务，适用于沥青路面的压电智能骨料鲜有研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种沥青路面用自供电多功能压电智能骨料及其制备方法。本专利技术提供的沥青路面用自供电多功能压电智能骨料与沥青路面内部环境相适应，且不影响路面的使用性能，能够对沥青路面的结构健康情况进行实时监测。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种沥青路面用自供电多功能压电智能骨料，包括路面用压电器、封装容器与屏蔽导线，所述封装容器由包括环氧树脂6200A、固化剂6200B和石英粉的原料制备得到，所述路面用压电器包括铜箔基板和负载在所述铜箔基板单面的路面用压电材料，所述路面用压电材料包括压电陶瓷PZT5-X与环氧树脂。优选地，所述封装容器中环氧树脂6200A、固化剂6200B和石英粉的质量比为(3～4)：(1～2)：(1.5～2.5)。优选地，所述封装容器为直径10～25mm、高度为10～20mm的圆柱体。优选地，所述路面用压电材料中压电陶瓷PZT5-X的质量分数为35～45％，环氧树脂的质量分数为55～65％。优选地，所述路面用压电材料在铜箔基板上的负载量为2～20g/cm2。优选地，所述铜箔基板的直径为15～30mm，厚度为1～3mm。优选地，所述屏蔽导线的条数为2条。本专利技术还提供了上述技术方案所述沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的制备方法，包括以下步骤：将压电陶瓷PZT5-X与环氧树脂依次经混合、热压和极化成型，得到路面用压电材料；用导电胶将所述路面用压电材料粘接在铜箔基板单面，得到路面用压电器；在所述路面用压电器上焊接屏蔽导线；将环氧树脂6200A、固化剂6200B和石英粉混合后得到封装材料，将部分所述封装材料放置在硅胶模具中，然后将焊接有屏蔽导线的路面用压电器放入，再放入剩余封装材料直至与硅胶模具齐平；在常温下静置固化成型，脱去硅胶模具，得到所述沥青路面用自供电多功能压电智能骨料。优选地，所述热压的条件为：温度100～200℃、压力10～20MPa、时间2～5min。优选地，所述极化成型的条件为：极化电场强度3～5kV/mm、极化温度100～150℃、极化时间10～20min。本专利技术提供了一种沥青路面用自供电多功能压电智能骨料，包括路面用压电器、封装容器与屏蔽导线，所述封装容器由包括环氧树脂6200A、固化剂6200B和石英粉的原料制备得到，所述路面用压电器包括铜箔基板和负载在所述铜箔基板单面的路面用压电材料，所述路面用压电材料包括压电陶瓷PZT5-X与环氧树脂。本专利技术中，环氧树脂固化之后的模量与沥青路面大致相当，经过环氧树脂6200A封装的压电智能骨料具有一定的强度和耐久性，与路面的耦合性能好，可以在沥青路面中长期使用，且对路面的路用性能不影响，可以在沥青路面中进行微裂缝损伤监测，并且环氧树脂6200A、固化剂6200B与石英粉共同制得封装容器，封装容器表面硬度高、耐腐蚀、耐老化、耐冷热冲击，封装保护能够削弱或消除温度、湿度等因素对信号测量结果的影响，有效克服了外界环境对驱动信号和传感信号的干扰，使测量结果更加准确，同时本专利技术成本低廉、构造简单、性能稳定，可在沥青路面中广泛使用。实施例的数据表明，本专利技术提供的沥青路面用自供电多功能压电智能骨料抗压强度高，驱动性能与传感性能优异。附图说明图1为实施例1制备沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的驱动性能曲线；图2为实施例1制备沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的传感性能曲线；图3为实施例1制备的沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的力-位移曲线图；图4为实施例2制备沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的驱动性能曲线；图5为实施例2制备沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的传感性能曲线；图6为实施例2制备的沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的力-位移曲线图；图7为实施例3制备沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的驱动性能曲线；图8为实施例3制备沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的传感性能曲线；图9为实施例3制备的沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的力-位移曲线图；图10为实施例4制备沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的驱动性能曲线；图11为实施例4制备沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的传感性能曲线；图12为实施例4制备的沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的力-位移曲线图；图13为实施例5制备沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的驱动性能曲线；图14为实施例5制备沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的传感性能曲线；图15为实施例5制备的沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的力-位移曲线图；图16为实施例6制备沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的驱动性能曲线；图17为实施例7制备沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的传感性能曲线；图18为实施例8制备的沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的力-位移曲线图；图19为本专利技术提供的沥青路面用自供电多功能压电智能骨料的结构示意图，图中1为路用压电材料，2为铜箔基板，3为屏蔽导线，4为封装材料容器。具体实施方式本专利技术提供了一种沥青路面用自供电多功能压电智能骨料，包括路面用压电器、封装容器与屏蔽导线，所述封装容器由包括环氧树脂6200A、固化剂6200B和石英粉的原料制备得到，所述路面用压电器包括铜箔基板和负载在所述铜箔基板单面的路面用压电材料，所述路面用压电材料包括压电陶瓷PZT5-X与环氧树脂。在本专利技术中，所述封装容器中环氧树脂6200A、固化剂6200B和石英粉的质量比优选为(3～4)：(1～2)：(1.5～2.5)。本专利技术对所述环氧树脂6200A、固化剂6200B和石英粉的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沥青路面用自供电多功能压电智能骨料，包括路面用压电器、封装容器与屏蔽导线，所述封装容器由包括环氧树脂6200A、固化剂6200B和石英粉的原料制备得到，所述路面用压电器包括铜箔基板和负载在所述铜箔基板单面的路面用压电材料，所述路面用压电材料包括压电陶瓷PZT 5‑X与环氧树脂。

【技术特征摘要】
1.一种沥青路面用自供电多功能压电智能骨料，包括路面用压电器、封装容器与屏蔽导线，所述封装容器由包括环氧树脂6200A、固化剂6200B和石英粉的原料制备得到，所述路面用压电器包括铜箔基板和负载在所述铜箔基板单面的路面用压电材料，所述路面用压电材料包括压电陶瓷PZT5-X与环氧树脂。2.根据权利要求1所述的沥青路面用自供电多功能压电智能骨料，其特征在于，所述封装容器中环氧树脂6200A、固化剂6200B和石英粉的质量比为(3～4)：(1～2)：(1.5～2.5)。3.根据权利要求1或2所述的沥青路面用自供电多功能压电智能骨料，其特征在于，所述封装容器为直径10～25mm、高度为10～20mm的圆柱体。4.根据权利要求1所述的沥青路面用自供电多功能压电智能骨料，其特征在于，所述路面用压电材料中压电陶瓷PZT5-X的质量分数为35～45％，环氧树脂的质量分数为55～65％。5.根据权利要求1所述的沥青路面用自供电多功能压电智能骨料，其特征在于，所述路面用压电材料在铜箔基板上的负载量为2～20g/cm2。6.根据权利要求1所述的沥青路面用自供电多功能压电智能骨料，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯月琴，陈云，周泽洪，纪小平，甄逸康，
申请(专利权)人：西安交通大学，长安大学，四川省交通运输发展战略和规划科学研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61