Устройство представляет собой датчик, который позволяет бетону «разговаривать», тем самым сокращая продолжительность строительства и частоту обслуживания бетонного покрытия. Это нововведение повышает устойчивость дороги и значительно снижает выбросы углекислого газа.
Встроенный непосредственно в заливку бетона датчик отправляет инженерам более точные и непротиворечивые данные о прочности бетона и необходимости ремонта, чем это возможно с помощью используемых в настоящее время инструментов и методов.
Луна Лу разработала технологию, которая может заменить методы, которые строительная отрасль использовала более ста лет для проверки готовности бетонных конструкций к внешним нагрузкам.
«Пробки на дорогах, вызванные ремонтом инфраструктуры, ежегодно приводят к потере 4 миллиардов часов и 3 миллиардов галлонов газа. Это в первую очередь связано с недостаточным знанием и пониманием уровней прочности бетона», — заявила Луна Лу, профессор Рейли и исполняющий обязанности главы Школы гражданского строительства Лайлса Purdue, которая возглавляет разработку датчиков с 2017 года. «Например, неизвестно, когда бетон достигнет нужной прочности, необходимой для выдерживания транспортных нагрузок сразу после строительства. Бетон может преждевременно выйти из строя, что приведет к частому ремонту».
По данным Федерального управления автомобильных дорог, бетонное покрытие составляет менее 2% дорог США, но примерно 20% межгосударственной системы США. Исследования Лу в первую очередь были сосредоточены на улучшении состояния бетонного покрытия, потому что это самый сложный дорожный материал для ремонта. Бетонное межштатное покрытие также должно надежно поддерживать большую часть дорожного движения страны.
Более половины штатов США с бетонным межгосударственным покрытием подписались на участие в исследовании объединенного фонда Федерального управления автомобильных дорог для внедрения датчиков. Штатами-участниками являются Индиана, Миссури, Северная Дакота, Канзас, Калифорния, Техас, Теннесси, Колорадо и Юта.
Больше материала по этой теме может посмотреть на нашем сайте DailySci.
Ожидается, что дополнительные штаты присоединятся к исследованию, которое начнется в ближайшие месяцы. Два штата — Индиана и Техас — уже начали испытывать датчики в проектах по укладке дорожного покрытия.
Эта технология также находится на пути к выходу на рынок в конце этого года как система измерения прочности бетона REBEL, продукт компании WaveLogix. Лу основала WaveLogix в 2021 году для масштабного производства этой технологии. Компания лицензирует технологию в Отделе коммерциализации технологий Purdue Research Foundation, который подал заявку на патентную защиту интеллектуальной собственности.
Изобретение Purdue постепенно становится лучшей альтернативой тестам, которые были отраслевым стандартом с начала 1900-х годов.
Лу и ее лаборатория приступили к разработке технологии в 2017 году, когда Министерство транспорта Индианы обратилось за помощью в устранении преждевременного выхода из строя недавно отремонтированного бетонного покрытия путем более точного определения того, когда тротуар готов к открытию для движения.
Внедрив ранний прототип датчика в участки различных автомагистралей Индианы, INDOT добавила сенсорную технологию в свой указатель методов испытаний в Индиане . В этом указателе перечислены тесты, которые подрядчики и строители должны использовать для обеспечения качества дорожного покрытия. .
Методы, которые используются в промышленности более века, требуют испытаний больших образцов бетона в лаборатории или на объекте. Используя эти данные, инженеры оценивают уровень прочности, которого достигнет конкретная бетонная смесь после того, как она будет залита и оставлена для созревания на строительной площадке. Несмотря на то, что эти испытания хорошо известны в отрасли, расхождения между лабораторными и внешними условиями могут привести к неточным оценкам прочности бетона из-за различных составов цемента и температуры окружающей среды.
Благодаря технологии, изобретенной Лу и ее командой, инженерам больше не нужно полагаться на образцы бетона, чтобы оценить, когда свежий бетон достаточно созреет. Вместо этого они могут напрямую контролировать свежий бетон и одновременно точно измерять многие его свойства.
Датчик связывается с инженерами через приложение для смартфона именно тогда, когда дорожное покрытие достаточно прочное, чтобы выдерживать интенсивное движение. Чем прочнее будет дорожное покрытие до использования автотранспортом, тем реже потребуется его ремонт. Возможность мгновенного получения информации об уровнях прочности бетона также позволяет открывать дороги для движения вовремя или раньше после заливки свежего бетона.
Строители могут установить датчики, просто бросив их на землю бетонной опалубки и покрыв их бетоном. Затем они подключают кабель датчика к многоразовому портативному устройству, которое автоматически начинает регистрацию данных. С помощью приложения рабочие могут получать информацию об изменениях прочности бетона в режиме реального времени до тех пор, пока требуются данные о прочности.
Сокращая сроки ремонта дорог и строительства, эта технология может уменьшить выбросы углекислого газа, который транспортные средства выбрасывали бы, ожидая в пробке, чтобы объехать строительную площадку.
Лу считает, что этот новый метод с использованием искусственного интеллекта потенциально может сократить на 20-25% количество цемента, используемого в бетонных смесях, и одновременно сделать дорожное покрытие более прочным и менее дорогим.