一种沥青路面一体式压阻传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种沥青路面一体式压阻传感器及其制备方法，包括：由导电沥青混合料制成的内核结构，以及设置在内核结构两端的电极；其中，所述导电沥青混合料以矿质混合料为骨架，以沥青胶结料为基体，根据设定的与矿质混合料的质量比加入沥青胶结料基体，根据设定的与沥青胶结料基体的体积比加入钛白粉导电相

【技术实现步骤摘要】
一种沥青路面一体式压阻传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及沥青材料
，特别是涉及一种沥青路面一体式压阻传感器及其制备方法
。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术
。
[0003]为掌握道路承载状况，大多数道路安装地磅或埋设力测传感器实现对过往车辆静态或动态称重，经时间验证，上述两种方法存在很大缺陷
。
首先，地磅占地面积大，需铺设在道路外，使过往车辆改变行驶方向并停车测重，因此工作效率低，且地磅采用全钢结构，不仅造价高，受制于钢结构的高模量，对于点荷载测量不精准；其次，力测传感器体积小，使用方式是埋设在道路上面层，不仅破坏路面的整体结构，且当路面的平整度下降时极易造成测力数据失真
。
[0004]沥青路面工程存在使用年限，其寿命不仅取决于材料与结构设计，同时取决于服役环境，其中车辆荷载是沥青路面服务的主体，也是破坏沥青路面性能的主因
。
车辆荷载大会加速产生路面结构车辙
、
开裂和塌陷等破坏，甚至在行车过程中，由于惯性大造成追尾等交通事故，尤其在桥梁隧道中，一旦发生交通事故，危险系数呈指数增加
。
因此监控路面驶入的车辆荷载，是在路面力学中，掌握车辆荷载在多物理场耦合条件下，路面体系中应力应变演变规律，了解沥青路面服役状况及其残余寿命的关键，也是路面结构一体化设计
、
延长沥青路面寿命的基础
。
[0005]然而，现有传感器与路面模量不匹配，随从变形不足，导致传感器数据测量准确性差；且预埋式传感器成活率低，无法满足现有沥青路面力学监测的目标
。
兼具传统沥青混合料力学性能与传感器电学性能的导电沥青混合料为解决上述问题提供了新的方法
。
[0006]沥青路面的建造材料是沥青混合料，传统沥青混合料属于绝缘材料，电阻率在
10
14
～
10
22
Ω
·
m(
即
10
16
～
10
24
Ω
·
cm)
范围内，若降低沥青混合料的电阻率，便可以赋予其电学特性
。
专利
CN1241862C
通过在传统沥青混合料中加入导电相材料石墨降低沥青混合料的电阻率使其成为导电体，但该技术仅验证导电沥青混合料的可能性，并没有对其具体应用做出详细研究与讨论
。
[0007]专利
CN113185190A
提出在沥青混合料粗集料表面覆盖导电水泥基涂层，并掺加导电材料制备自感知智能导电沥青路面，实现路面自监测应变
、
裂纹等结构服役状态
。
当车辆荷载重复作用于路面导致路面累计应变，该技术根据电阻值判断路面累计应变发展程度，决定是否采取路面养护措施
。
在此过程中，车辆荷载是诱因，路面累计应变是结果，该技术只能客观观察路面累计应变这个结果，进而判断路面结构服役状态，却无法干预现有路面服役性能损耗，因此该技术属于被动诊断路面结构变化，不能对路面即将面临的荷载做出判断并干预
。
[0008]专利
CN115196909A
同样提出了自感知导电沥青混凝土监测路面结构所受荷载和
结构变化的设计方法，但导电沥青混合料路面存在体积电阻，体积越大，电阻值越大，该技术提供铺设全幅自感知导电沥青混凝土路面的设计方法，使得路面整体电阻无限趋近于绝缘，且车辆反复荷载与路面结构变化引起的路面电阻变化相对于自感知导电沥青混凝土路面整体电阻而言微乎其微，难以有效诊断车辆荷载大小与路面结构变化
。

技术实现思路

[0009]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种沥青路面一体式压阻传感器及其制备方法，与沥青路面属同种材料以及具有相同模量，具有传统力测传感器近似的体型特征与相同的压阻特性，在不破坏路面结构的情况下，对不同荷载大小车辆表现出不同电阻值
。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种沥青路面一体式压阻传感器，包括：由导电沥青混合料制成的内核结构，以及设置在内核结构两端的电极；其中，所述导电沥青混合料以矿质混合料为骨架，以沥青胶结料为基体，根据设定的与矿质混合料的质量比加入沥青胶结料基体，根据设定的与沥青胶结料基体的体积比加入钛白粉导电相
、
石墨导电相和碳纤维导电相
。
[0012]作为可选择的实施方式，沥青胶结料基体为矿质混合料的
5.3wt
％，由石油沥青加入
0.05
～
0.1wt
％镓铟锡合金
、0.2
～
0.8wt
％铟铋锡合金和1～
3wt
％石墨烯制备而成
。
[0013]作为可选择的实施方式，所述钛白粉导电相为沥青胶结料基体的6‑
10vt
％
。
[0014]作为可选择的实施方式，所述石墨导电相为沥青胶结料基体的
20
‑
44vt
％，细度为
300
目
。
[0015]作为可选择的实施方式，所述碳纤维导电相为沥青胶结料基体的
1.6
‑
8.0vt
％，长为
6mm。
[0016]作为可选择的实施方式，若只加入钛白粉导电相和石墨导电相，则石墨导电相为沥青胶结料基体的
28
‑
44vt
％
。
[0017]作为可选择的实施方式，所述碳纤维导电相经分散液进行处理，其中，将碳纤维在分散液进行搅拌分散
。
[0018]作为可选择的实施方式，所述分散液为羟乙基纤维素水溶液，分散液与碳纤维质量比为1：
0.6。
[0019]作为可选择的实施方式，所述内核结构的两端采用导电胶粘结电极，电极外侧焊有导线，采用沥青将内核结构
、
电极和导线进行封装，封装后通过导线的另一端连接数控采集系统
。
[0020]第二方面，本专利技术提供一种沥青路面一体式压阻传感器的制备方法，包括：
[0021]采用分散液对碳纤维进行处理，将碳纤维在分散液中进行搅拌分散；
[0022]将分散后的碳纤维及分散液加入矿质混合料中拌和，利用矿质混合料对水的吸附力和拌和过程中的剪切力使碳纤维分散在矿质混合料表面，再将浸湿的矿质混合料烘干，将表面均匀吸附碳纤维的矿质混合料与钛白粉
、
石墨和矿粉一起加热至
170℃
，石油沥青加热至
160℃
；
[0023]在
170℃
拌和过程中，先加入粗集料和细集料拌和，再加入
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种沥青路面一体式压阻传感器，其特征在于，包括：由导电沥青混合料制成的内核结构，以及设置在内核结构两端的电极；其中，所述导电沥青混合料以矿质混合料为骨架，以沥青胶结料为基体，根据设定的与矿质混合料的质量比加入沥青胶结料基体，根据设定的与沥青胶结料基体的体积比加入钛白粉导电相
、
石墨导电相和碳纤维导电相
。2.
如权利要求1所述的一种沥青路面一体式压阻传感器，其特征在于，沥青胶结料基体为矿质混合料的
5.3wt
％，由石油沥青加入
0.05
～
0.1wt
％镓铟锡合金
、0.2
～
0.8wt
％铟铋锡合金和1～
3wt
％石墨烯制备而成
。3.
如权利要求1所述的一种沥青路面一体式压阻传感器，其特征在于，所述钛白粉导电相为沥青胶结料基体的6‑
10vt
％
。4.
如权利要求1所述的一种沥青路面一体式压阻传感器，其特征在于，所述石墨导电相为沥青胶结料基体的
20
‑
44vt
％，细度为
300
目
。5.
如权利要求4所述的一种沥青路面一体式压阻传感器，其特征在于，所述碳纤维导电相为沥青胶结料基体的
1.6
‑
8.0vt
％，长为
6mm。6.
如权利要求1所述的一种沥青路面一体式压阻传感器，其特征在于，若只加入钛白粉导电相和石墨导电相，则石墨导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，魏弘瑞，翟飞，任瑞波，耿立涛，徐强，丁昕，黄振甫，徐涛，董晓康，张齐超，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：