基于压电陶瓷的沥青混凝土亚微米级损伤识别研究

If an earlier damage of pavement is not found in time, it leads to deteriorated performance and increased the cost of the pavement maintenance. Hence, the damage detection of pavement is a very hot research topic on the pavement preventive maintenance. Based on the literature reviews and the previous studies of the project applicant, this project start with the waves from piezo ceramics, analyze the damage detection of asphalt concrete at micro scale, by submicron Computed Tomography Scan technologies. .Asphalt concrete specimens based on embedded or pasted piezo ceramics will be specially designed and prepared. The static and dynamic performance of piezo ceramics in asphalt concrete will be tested. On the one hand, the coupling model of piezo-asphalt concrete can be set up. The sensitive of piezo ceramics will be investigated to understand the influence criteria of material characteristics and environmental issues. On the other hand, the excitation theory and propagation law of piezoelectric vibration wave in the asphalt concrete can be established by diffusion, absorption and scattering. Furthermore, the damage detection methods of asphalt concrete based on piezoelectric vibration wave can be illuminated. The submicron image of damage detection in asphalt concrete will be established through the piezoelectric sensing signal. This research will give technical reference for damage detection and pavement preventive maintenance and finalize a new, efficient and sensitive evaluation method.

沥青路面的早期损伤若未及时发现，会造成路面性能恶化，增加路面的养护维修成本。因此，客观精确地识别沥青路面早期损伤是一个国内外学者关注的热点科学问题。本项目拟在总结国内外研究成果和申请人前期研究工作的基础上，基于压电陶瓷产生的振动波，结合亚微米CT扫描技术，于微观尺度识别沥青混凝土的早期损伤。.通过制备嵌入或粘贴压电元件的沥青混凝土试件并测试其静态、动态工作特性，一方面建立压电-沥青混凝土结构的基本力电耦合模型，精确分析材料因素和外界条件对压电元件敏感特性的影响；一方面建立压电振动波在沥青混凝土中的激励产生理论，揭示压电振动波在沥青混凝土中的扩散、吸收、散射的传播规律。从而阐明压电振动波在沥青混凝土中损伤识别的方法，建立以传感信号为基础的亚微米级沥青混凝土损伤识别图谱。通过本项目的理论和实验研究，将为沥青路面疲劳损伤识别及预养护时机的判断提供科学依据，并建立一种新颖、高效、灵敏的评价方法。

沥青路面在投入使用后，由于气候环境与行车荷载的作用，路表开始出现材料老化和早期病害如微裂缝、骨料剥落和抗滑性能降低等。这些早期微病害如不能得到及时处理，将会在外界条件的影响下加速发展和扩大，路面状况进一步恶化并渗透到下面层，造成整个沥青面层甚至基层结构的损坏，导致提前进行大面积整体翻修，最终造成大量经济损失；但是，这些早期微病害若能得到及时处理，在病害出现初期即采用合理的预养护措施，则可以有效抑制病害的加速发展，保护整个路面结构并延长使用寿命。因此，客观精确地识别沥青路面早期损伤是一个国内外学者关注的热点科学问题。.本项目在总结国内外研究成果和前期研究工作的基础上，基于压电陶瓷产生的振动波，结合亚微米CT扫描技术、荧光光谱技术，于微观尺度识别沥青混凝土的早期损伤，并阐释其沥青老化机理。首先，通过制备埋入式压电沥青混凝土试件并测试其静态、动态工作特性，建立了压电-沥青混凝土结构的基本力电耦合模型，精确分析了沥青老化因素和外界条件对压电元件敏感特性的影响；其次，通过制备粘贴式压电陶瓷沥青混凝土试件，揭示了压电声波在不同级配沥青混凝土表面和内部的传播规律，建立了压电声波与沥青混凝土空隙-温度-湿度的多重耦合模型。研究了损伤所在方位角对压电振动波传感信号的幅值的影响关系。最后，通过亚微米CT扫描技术将试件的损伤图像在亚微米尺度下定量化重建；提出了沥青混凝土损伤部位的确定及其切割提取方法；并利用荧光光谱技术，提取了沥青指纹图谱，揭示了沥青受激发时的荧光颜色，进一步阐释了沥青混凝土损伤部位的沥青老化机理。通过本项目的理论和实验研究，为沥青路面疲劳损伤识别及预养护时机的判断提供科学依据，并建立一种新颖、高效、灵敏的评价方法。