瀝青混凝土路面壓實(shí)度連續(xù)檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種瀝青混凝土路面壓實(shí)度連續(xù)檢測方法及裝置，通過專用裝置對路面溫度和壓路機(jī)的振動頻率進(jìn)行連續(xù)檢測并實(shí)時(shí)處理，動態(tài)高效準(zhǔn)確地反應(yīng)出壓路機(jī)對路面的處理效果；本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：能在施工過程中對路面壓實(shí)度進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)檢測，時(shí)效性強(qiáng)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，使工程質(zhì)量得到保證；本發(fā)明的方案對硬件條件無特殊需求，兼容性較好，系統(tǒng)搭建成本低。
【專利說明】瀝青混凝土路面壓實(shí)度連續(xù)檢測方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓實(shí)度檢測技術(shù)，尤其涉及一種浙青混凝土路面壓實(shí)度連續(xù)檢測方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]壓實(shí)是浙青路面成型的最后一道工序，是影響浙青路面使用質(zhì)量和壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前在我國公路浙青路面壓實(shí)實(shí)踐中，由于缺乏系統(tǒng)完善的施工技術(shù)指南，工作中常常因處理不到位、壓實(shí)方案不合理、壓實(shí)工藝欠佳而導(dǎo)致壓實(shí)后的路面質(zhì)量很不理想，出現(xiàn)“今年修、明年壞、年年在修路”的現(xiàn)象，造成了很大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)和不好的社會影響；為適應(yīng)我國高速公路浙青路面的發(fā)展形勢，加強(qiáng)浙青路面的壓實(shí)和質(zhì)量控制技術(shù)研究，制定相關(guān)技術(shù)指南，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]多年來國外諸多廠家和科研機(jī)構(gòu)一直致力于以振動壓路機(jī)振動加速度與壓實(shí)度關(guān)系為原理研制檢測壓實(shí)度的儀器。20世紀(jì)七十年代，日本曾采用測定振動加速度垂直振幅的方法來判定壓實(shí)程度，即倒料前將加速度計(jì)預(yù)埋在碾壓層下面，在碾壓過程中，由攜帶在壓路機(jī)上的檢測裝置來測量預(yù)埋傳感器的加速度值，根據(jù)測得的加速度值來估計(jì)壓實(shí)質(zhì)量，但該方法中，加速度計(jì)只能使用一次，且施工復(fù)雜度較高。20世紀(jì)八十年代中期，德國BOMAG研制出BTM動態(tài)土壤壓實(shí)度儀系列產(chǎn)品，其工作原理是利用兩個(gè)成45°安裝角度的加速度傳感器，測量振動輪加速度矢量，通過測量加速度確定振動輪傳遞給土壤的有效功率，從而判定壓實(shí)程度。瑞典的Themer H> Forssblod L、Floss等人認(rèn)為,振動輪加速度信號在振動過程中發(fā)生畸變的原因主要是受地基振動特性的影響，振動加速度波形是由振動輪固有的振動和雜波疊加而成的。因此在瑞典DYNAPAC公司與Geo dynami k公司共同開發(fā)的壓實(shí)度儀中，其工作原理是通過安裝在振動壓路機(jī)上的加速度傳感器，檢取系統(tǒng)在振動激勵(lì)下的響應(yīng)信號，通過濾波器和信號的傅立葉變換，得出振動信號的基波和二次諧波分量，然后用二次諧波與基波的比值來反映壓實(shí)的程度。前期研究中對壓實(shí)過程評價(jià)指標(biāo)缺乏明確的物理意義，功能單一，因此存在檢測值與實(shí)測值偏差較大的問題。直至上世紀(jì)90年代德國Bomag公司研制出Omegameter和Terrameter壓實(shí)度儀，使機(jī)載壓實(shí)度檢測儀進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，此后國際各大壓實(shí)機(jī)械廠家如Ingersolland, Dynapac等先后開發(fā)出自己的機(jī)載壓實(shí)度檢測裝置。目前國外正在向智能化壓實(shí)參數(shù)檢測與機(jī)器自動控制方向發(fā)展，Bomag推出了智多星壓實(shí)控制系統(tǒng),對單鋼輪采用控制振幅的Variocontrol系統(tǒng),雙鋼輪采用控制振幅和激振力的Variomatic系統(tǒng)，根據(jù)壓實(shí)材料的不同，響應(yīng)信號自動調(diào)整振動參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳壓實(shí)效果。
[0004]我國對壓路機(jī)壓實(shí)度計(jì)的研究要晚于國外。1985年以來，國內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)和廠家對機(jī)械式壓實(shí)度計(jì)進(jìn)行了探索研究，并在九十年代初期研制出了幾種壓實(shí)度儀。有代表性的壓實(shí)度檢測儀歸納起來大致有三種形式:由東南大學(xué)、徐州工程機(jī)械廠、寶應(yīng)四明儀器有限公司合作研制的SMC-960A密實(shí)度測量儀；水利水電科學(xué)研究院研制的YS-1型壓實(shí)度計(jì)；蘇州交通設(shè)計(jì)研究院和江陰交通工程機(jī)械廠聯(lián)合開發(fā)的MSY-100壓實(shí)度儀。[0005]徐州工程機(jī)械廠與寶應(yīng)四明有限公司研制的SMC-960A密實(shí)度測量儀，由傳感器、測量分析儀、數(shù)據(jù)采集器和打印機(jī)等四部分組成。通過加速度傳感器檢取壓路機(jī)振動輪上的振動加速度信號，轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大電路放大后送入濾波電路。兩個(gè)濾波器分別將信號基波和二次諧波分量選出，并且各自經(jīng)過線性變換和壓頻轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過除法電路算出諧波分量與基波分量的比值，最后在顯示器上顯示出土壤的密實(shí)度。水利水電科學(xué)研究院研制的YS-1壓實(shí)度儀工作原理與上述相同，即利用諧波與基波的比值反映土壤密實(shí)度的大小。它在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，采用取平均值的方法。同時(shí)，根據(jù)振動壓路機(jī)振動頻率的工作范圍，設(shè)計(jì)了頻率選擇開關(guān)，以滿足不同振動頻率的工作要求。蘇州市交通研究所研制開發(fā)了MSY-100型壓實(shí)度比較儀，它是從力平衡角度分析振動壓路機(jī)對土壤壓實(shí)的工作原理。在土壤顆粒性質(zhì)、直徑、級配、含水量等一定的條件下，土壤顆粒比較松軟時(shí)，土壤強(qiáng)度比較低，其彈性模量比較小，對振動輪的反力也較??；反之，對振動輪的反力就比較大，加速度與振動輪反力有線性關(guān)系，而反力與土壤密實(shí)度有良好的相關(guān)關(guān)系，所以加速度的變化正是反映了土壤的壓實(shí)程度。
[0006]上述技術(shù)的核心原理是在某路基區(qū)域測定鋼輪壓路機(jī)工作狀態(tài)下振動加速度值及其變化，通過測算處理，換算得到相應(yīng)區(qū)域路基壓實(shí)度。從該智能壓實(shí)技術(shù)的設(shè)計(jì)理念以及技術(shù)理論上來說，智能壓實(shí)過程控制系統(tǒng)著眼于壓實(shí)過程控制，結(jié)合抽檢點(diǎn)的檢測結(jié)果來反映整個(gè)面的壓實(shí)度，從而保障了施工質(zhì)量的一致性，是壓實(shí)過程控制方式的革命性創(chuàng)舉和趨勢。
[0007]然而現(xiàn)階段的智能壓實(shí)技術(shù)，受限于不同的工程材料特性差異，只能局限于路基土壤的壓實(shí)監(jiān)測，其局限性和不足主要體現(xiàn)在:系統(tǒng)只能運(yùn)用于振動壓實(shí)設(shè)備上面；除本身系統(tǒng)設(shè)備外，現(xiàn)場需要架設(shè)基站等配套設(shè)備，價(jià)格昂貴；諸如酒井重工的IC系統(tǒng)，只能是特定配套于其自行研發(fā)生產(chǎn)的振動壓實(shí)設(shè)備上，無法很好兼容其他廠商品牌型號的振動壓路機(jī)?，F(xiàn)階段的智能 壓實(shí)技術(shù)，受限于不同的工程材料特性差異，只能局限于路基土壤的壓實(shí)監(jiān)測。目前國內(nèi)外檢測路面壓實(shí)質(zhì)量好壞的傳統(tǒng)做法仍然是鉆芯取樣測密度，然而該方法具有嚴(yán)重的滯后性，并不能及時(shí)的反映路面的壓實(shí)狀況。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，無損檢測技術(shù)得到了很大的發(fā)展，由于其可以無破損的達(dá)到對路面檢測的效果，同時(shí)可以進(jìn)行大量測點(diǎn)的檢測，提高了檢測的可靠性。而對于浙青路面的智能壓實(shí)技術(shù)，尚處于研發(fā)起步階段。同時(shí)，壓實(shí)溫度是影響浙青混合料壓實(shí)效果的關(guān)鍵因素，不同類型的混合料隨溫度的變化表現(xiàn)出不同的壓實(shí)特性。而以往的檢測方法很少涉及于此。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對【背景技術(shù)】中的問題，本發(fā)明提出了一種浙青混凝土路面壓實(shí)度連續(xù)檢測方法，其方案為:處理設(shè)備按如下步驟對浙青混凝土路面的壓實(shí)度進(jìn)行檢測:
[0009]I)根據(jù)壓路機(jī)的實(shí)際振動頻率，按下式確定測點(diǎn)間距的時(shí)長Iiesdj:1
[0010]^adj =q —

Jz
[0011]其中，fz為壓路機(jī)的實(shí)際振動頻率；q為修正系數(shù)；
[0012]按測點(diǎn)間距劃分測點(diǎn)，每兩個(gè)測點(diǎn)之間的間隔時(shí)長為;在單個(gè)測點(diǎn)間距的時(shí)域區(qū)間內(nèi)，被壓路機(jī)壓過的區(qū)域即形成一個(gè)檢測單元；[0013]在單個(gè)測點(diǎn)間距的時(shí)域區(qū)間內(nèi)，對壓路機(jī)的振動加速度進(jìn)行多次采樣，同時(shí)，在壓路機(jī)行進(jìn)過程中，對每個(gè)檢測單元內(nèi)的路面溫度采樣一次；
[0014]2)根據(jù)下式計(jì)算每個(gè)檢測單元所對應(yīng)的有效加速度Ak:
【權(quán)利要求】
1.一種浙青混凝土路面壓實(shí)度連續(xù)檢測方法，其特征在于:處理設(shè)備按如下步驟對浙青混凝土路面的壓實(shí)度進(jìn)行檢測: 1)根據(jù)壓路機(jī)的實(shí)際振動頻率，按下式確定測點(diǎn)間距的時(shí)長ncsdj:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浙青混凝土路面壓實(shí)度連續(xù)檢測方法，其特征在于:根據(jù)下式確定單個(gè)檢測單元對應(yīng)的時(shí)域區(qū)間內(nèi)振動加速度的采樣次數(shù)N:
N = ncsdJ.fc 其中，f。為采樣設(shè)備的實(shí)際采樣頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浙青混凝土路面壓實(shí)度連續(xù)檢測方法，其特征在于:根據(jù)如下方法確定回歸系數(shù)B、C、D: (O制作與某一實(shí)際路面的結(jié)構(gòu)相同的多個(gè)模擬芯樣，以不同的加壓條件對多個(gè)模擬芯樣分別進(jìn)行仿真壓實(shí)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中，記錄下加壓設(shè)備的振動加速度和芯樣表面溫度，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，測定出各個(gè)芯樣的壓實(shí)度，根據(jù)振動加速度、芯樣表面溫度和測定出的壓實(shí)度進(jìn)行回歸分析，獲得該種路面結(jié)構(gòu)的回歸系數(shù)B、C、D ; (2)按步驟(1)中方式，分別對不同結(jié)構(gòu)的實(shí)際路面進(jìn)行仿真壓實(shí)實(shí)驗(yàn)，并計(jì)算出各種結(jié)構(gòu)的路面所對應(yīng)的回歸系數(shù)；將獲取到的多種回歸系數(shù)匯總成一回歸系數(shù)資源庫，回歸系數(shù)資源庫預(yù)存在處理設(shè)備中； (3)在進(jìn)行步驟3)的計(jì)算時(shí)，先由技術(shù)人員將相應(yīng)的路面結(jié)構(gòu)的種類信息輸入處理設(shè)備，處理設(shè)備根據(jù)路面結(jié)構(gòu)的種類在回歸系數(shù)資源庫中進(jìn)行檢索并查找出對應(yīng)的回歸系數(shù)B、C、D，然后根據(jù)實(shí)際獲取到的有效加速度和路面溫度用步驟3)中公式計(jì)算出相應(yīng)檢測單元的壓實(shí)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浙青混凝土路面壓實(shí)度連續(xù)檢測方法，其特征在于:所述處理設(shè)備能將多個(gè)檢測單元按其實(shí)際對應(yīng)的路面區(qū)域進(jìn)行排列并顯示在一電子地圖上，并將各個(gè)檢測單元的壓實(shí)度以色塊或數(shù)值的形式顯示在電子地圖上。
5.一種浙青混凝土路面壓實(shí)度連續(xù)檢測裝置，其特征在于:所述浙青混凝土路面壓實(shí)度連續(xù)檢測裝置由加速度傳感器(I)、溫度傳感器(2)、采樣設(shè)備(3)、人機(jī)對話設(shè)備(4)、處理設(shè)備(5);處理設(shè)備(5)中預(yù)存有回歸系數(shù)資源庫； 加速度傳感器(I)和溫度傳感器(2 )都與采樣設(shè)備(3 )電氣連接，采樣設(shè)備(3 )和人機(jī)對話設(shè)備(4)都與處理設(shè)備(5)電氣連接；其中，加速度傳感器(I)和溫度傳感器(2)固定于壓路機(jī)上，加速度傳感器(I)用于對壓路機(jī)的振動加速度進(jìn)行檢測，溫度傳感器(2)用于對路面溫度進(jìn)行檢測；采樣設(shè)備(3 )用于提取加速度傳感器(I)和溫度傳感器(2 )的檢測數(shù)據(jù)并將提取到的檢測數(shù)據(jù)輸出至處理設(shè)備(5);人機(jī)對話設(shè)備(4)用于將外部輸入數(shù)據(jù)傳輸至處理設(shè)備(5)并將處理設(shè)備輸出的處理結(jié)果在顯示屏上顯示；處理設(shè)備(5)用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并向人機(jī)對話設(shè)備(4)輸出處理結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的浙青混凝土路面壓實(shí)度連續(xù)檢測裝置，其特征在于:所述處理設(shè)備(5 )包括預(yù)處理模塊(5-1)、有效加速度計(jì)算模塊(5-2 )、壓實(shí)度計(jì)算模塊(5-3 )、回歸系數(shù)資源庫模塊(5-4)和控制模塊(5-5);所述回歸系數(shù)資源庫預(yù)存在回歸系數(shù)資源庫模塊(5-4)中； 所述預(yù)處理模塊(5-1)、有效加速度計(jì)算模塊(5-2)、壓實(shí)度計(jì)算模塊(5-3)和回歸系數(shù)資源庫模塊(5-4)四者都與控制模塊(5-5)電氣連接； 所述預(yù)處理模塊(5-1)能根據(jù)實(shí)際振動頻率fz和修正系數(shù)q計(jì)算出測點(diǎn)間距Iiesdj ;同時(shí)，預(yù)處理模塊(5-1)能根據(jù)實(shí)際采樣頻率f。和測點(diǎn)間距Iiestu計(jì)算出單個(gè)檢測單元對應(yīng)的時(shí)域區(qū)間內(nèi)振動加速度的采樣次數(shù)N;預(yù)處理模塊(5-1)將處理結(jié)果輸出至控制模塊(5-5)備用; 所述有效加速度計(jì)算模塊(5-2)能根據(jù)振動加速度計(jì)算出有效加速度并將計(jì)算結(jié)果輸出至控制模塊(5-5)備用； 所述壓實(shí)度計(jì)算模塊(5-3)能根據(jù)有效加速度、路面溫度和回歸系數(shù)計(jì)算出壓實(shí)度；壓實(shí)度計(jì)算模塊(5-3)的計(jì)算結(jié)果輸出至控制模塊(5-5)備用； 回歸系數(shù)資源庫模塊(5-4)能根據(jù)路面結(jié)構(gòu)的種類信息查找回歸系數(shù)資源庫，并將查找到的回歸系數(shù)輸出至控制模塊(5-5)備用； 控制模塊(5-5 )分別與采樣設(shè)備(3 )和人機(jī)對話設(shè)備(4 )電氣連接；控制模塊(5-5 )能將外部輸入數(shù)據(jù)導(dǎo)入對應(yīng)的模塊中以及控制各個(gè)模塊的動作。
【文檔編號】G01N33/42GK103852575SQ201410127038
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】曹源文, 梁乃興, 馬麗英, 歸少雄, 魏亞, 周慶豐, 潘宇, 王榮 申請人:重慶交通大學(xué)