[发明专利]用于压实道路材料的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

从2008年9月2日提交的题为“Calibration Methods for IntelligentAsphalt Compaction Analyzer”的美国临时申请序列号61/190,175和2009年8月26日提交的题为“Method and Apparatus for Compaction of RoadwayMaterials”的美国非临时申请序列号________要求优先权，这两个申请的内容在此通过引用被并入。

发明背景

本公开目的在于用于压实道路材料的方法和装置，而且更具体地在于用于校准压实分析仪的方法和装置。

沥青常常用作铺路材料。在沥青铺路过程中，各种级别的集料被使用。集料与沥青水泥(柏油)混合，而且铺路机铺放沥青混合物，且用一系列的螺旋钻和铲运机将沥青混合物推平。由于沥青混合物中的空气孔隙，铺放的材料不够密实。因此，压路机在本文中被称为沥青垫的沥青材料层上通过多次，来回行驶，或以别的方式产生足够的压实来形成路面所需强度的沥青。

在压实过程期间被监测的关键过程参数中的一个是沥青垫的压实密度。尽管有许多规范和程序来确保实现期望的密度，但是这些规范的大多数需要每车道英里仅仅3-5个密度读数。通常，密度读数将从道路芯样提取。在压实过程期间测量沥青垫的密度的过程是麻烦的、耗时的，而且不指示所实现的总体压实，除非在以栅格方式分布的大量的点处采取测量，仅由于成本考虑因素，这在本领域中难以实现。未能满足目标密度是不可接受的，而且补救措施可导致重大的成本超支。因此，有开发智能监测系统的需要，该系统将实时预测在被建造的整个路面表面上方的压实的垫的密度。因为密度不能被直接测量，所以研究人员已尝试用于间接测量的不同方法。

已经获得一些成功的方法涉及在本领域中通常使用的振动压实机的动力特征的研究。压实机和沥青垫可被看作机械耦合系统。代表这种系统的分析模型可被用来预测传送到垫的作为频率(耦合系统)的函数的压实能量的数量。被传送的能量的量可被看作对压实有效性的度量。机器参数如频率和速度然后可被改变以使被传送的能量最大化，因而提高压实。然而，这种方法不直接产生压实密度；此外，使能量消耗与压实密度有关是有问题的。因此，这种方式不适合于确定沥青道路的压实的水平。

一些研究人员也尽力通过观察压实机的振动响应来研究在土壤和沥青压实期间压实机的性能。在压实期间给予地面(路基土壤)的振动能量也导致压实机的振动响应。这些振动的振幅和频率随压实机参数和路基而变。因此，所观察到的压实机的振动可被用来预测正在被压实的材料的性质。发布给Sandstrom的美国专利号5,727,900公开了使用当压路机在地面上通过时压路机的振动的频率和振幅来计算路基土壤的剪切模量和“塑性”参数。这些值然后被用来调整压实机的速度以及它的频率和振幅。因此，这种方法尝试为了最佳的压实而控制振动电动机的频率和压实机的前向速度，而不是估计被压实的土壤的密度。

其它方法涉及通过比较压实机的振动的基频的振幅与它的谐波的振幅来估计压实的程度。压实机配备有加速度计来在操作期间测量压实机的振动。通过将振动信号的第二谐波与第三谐波的振幅之比关联，压实密度在一些情况下被估计有80％的准确性。这些结果是令人鼓舞的，而且证实了所观察的振动与被压实的材料的性质之间的相关性。然而，这些技术的准确性需要提高，因为沥青路面的性质在96.5％和98％的目标密度处显著地不同。此外，这些方法易受所收集的数据的变化的影响。

除了压实机的振动响应以外，通过考虑混合物的性质和地点特征，还可尝试说明在压实机的振动响应中所看到的一些变化来估计密度。在一种方式中，微波信号穿过沥青层而被传输，而且密度基于波的传输特征而被估计。虽然上述技术在证明相应方式的可行性中是成功的，但在它们可被用来以所需精确度预测场地中的密度之前它们需要被进一步改善。

发布给本公开的受让人的美国专利申请11/271,575(‘575申请)也提供用于密度预测的方法和装置。在那个申请中，压实机被使用来压实测试路段，而且当压实机移动时，振动能量应用于测试路段。压实机的响应性振动信号被收集，而且测试路段的密度使用在本领域中已知的装置例如核密度计来测量，或通过从测试路段切割芯样并且测量芯样的密度来测量。压实机的振动响应信号与测量密度相关联，使得当对应的振动响应信号出现时，压实分析仪可被编程来生成表示测量密度的信号。