Heb je je ooit afgevraagd waarom er op je woon-werkverkeer of vakantieroute een rijstrook is afgesloten voor dagen of zelfs maanden?

Het kan zijn dat een bouwproject is afgerond voordat het beton klaar was om zwaar vrachtverkeer aan te kunnen, waardoor de bestrating te snel bezwijkt en vaker moet worden gerepareerd gedurende het jaar.

Indiana, het "Kruispunt van Amerika, " doet er iets aan:onderzoekers vragen om precies te weten hoe lang het duurt voordat beton op een snelweg rijpt.

Het Indiana Department of Transportation (INDOT) heeft een team van Purdue University-ingenieurs belast met het verzamelen van gegevens over de rijpheid van beton door middel van geselecteerde snelwegpatches en bestratingsprojecten. Het team zal de gegevens gebruiken om een ​​nieuwe, op feiten gebaseerde aanbeveling te geven over het optimale moment om het verkeer na een bouwproject open te stellen.

Het nieuwe beleid kan jaarlijks miljoenen dollars besparen, de onderzoekers zeggen - om nog maar te zwijgen, bezuinigen op het verkeer.

Het team, onder leiding van Luna Lu, een universitair hoofddocent in Purdue's Lyles School of Civil Engineering, verzamelt gegevens via sensoren die de groep heeft ontworpen om de ontwikkeling van betonsterkte in realtime te volgen door middel van metingen van hydratatie, stijfheid, druksterkte en andere eigenschappen van beton. Na het testen, INDOT is van plan om de sensoren te adopteren, waardoor ze permanent op snelwegen kunnen wonen en aannemers continu op de hoogte kunnen worden gehouden van concrete nood.

Tot dusver, de onderzoekers en INDOT-ingenieurs hebben de sensoren ingebed in drie snelwegen in Indiana:I-70, I-74 en I-465 in de buurt van Indianapolis. Het Purdue-team werkt ook samen met de Federal Highway Administration aan een landelijke studie van gepoolde fondsen om de technologie in andere staten te implementeren. Californië, Texas, Kansas en Missouri zijn van plan om zich bij de studie aan te sluiten.

"Betonverharding moet een bepaald sterkteniveau bereiken om het vrachtverkeer op te vangen vanwege de belasting en het opkrullen en kromtrekken van het wegdek. Door deze sensoren, een aannemer zal precies weten wanneer het beton volwassen genoeg is om zware vrachtwagenladingen en de krul- en kromtrekkingsspanning op te vangen, " zei Tommy Nantung, onderzoeks- en ontwikkelingsplanning en productiemanager voor INDOT.

In Indiana, De richtlijnen van het Department of Transportation vereisen dat enkele concrete patchprojecten binnen een bepaalde tijd worden voltooid, zodat het verkeer zich kan openen. Maar de huidige methoden om de openingstijden van het verkeer te bepalen zijn vaak onbetrouwbaar, waardoor het verkeer wordt hervat voordat het beton goed is uitgerijpt. De methoden kunnen ook inefficiënt en duur zijn, waardoor bouwvertragingen en kostenoverschrijdingen ontstaan.

Een soort toets, buigsterkte testen, vereist dat bouwvakkers een zware, twee meter lange betonnen balk ter plaatse en breng deze vervolgens over naar een mobiel laboratorium ter plaatse of een externe faciliteit om te weten of het beton volwassen genoeg is. De test brengt niet alleen de veiligheid van werknemers in gevaar, maar is ook onnauwkeurig vanwege verschillen tussen laboratorium- en veldomstandigheden.

Een andere methode, maturiteitstesten genoemd, is niet praktisch omdat het de temperatuur gebruikt als een indicatie van de sterkte voor elk type beton. Omdat er duizenden verschillende betonmixen zijn, dit betekent dat u duizenden verschillende temperatuur-sterkte-correlatiecurven moet gebruiken om te weten of het beton rijp is. De wiskundige curven zijn ook vaak misleidend vanwege de invloed van de buitentemperatuur.

"De impact van deze studie kan revolutionair zijn omdat er geen conventionele mechanische tests of dure en zware testopstellingen in het veld voor nodig zijn. Er is geen kalibratie nodig voor elk verschillend mengselontwerp, " zei Lu, die ook een American Concrete Pavement Association Scholar in Concrete Pavement and Materials Science is.

De door het team van Lu ontwikkelde sensor is nauwkeuriger omdat hij in het beton leeft. Terwijl elke sensor slechts een stuk beton van 11 inch meet, het is niet duur om veel van de sensoren langs een betonnen gedeelte in te bedden, zegt het team.

Een sensor patch is ingebed op het betonnen oppervlak. Draden verbinden de patch met een meetsysteem. Met behulp van een zogenaamd piëzo-elektrisch effect, de opstelling zet elektrische energie om in mechanische energie, de sensor opwinden en het beton laten trillen om de stijfheid te detecteren. Mechanische energie wordt vervolgens weer omgezet in elektrische energie. De sensor meet de weerstand van beton tegen de stroom van elektriciteit door een uitlezing van elektrische gegevens, het verstrekken van nauwkeurige metingen van vele concrete eigenschappen tegelijk.

De sensoren zijn beschermd tegen corrosie en niet gemakkelijk verpletterd door bouwmachines. De opstelling maakt het ook mogelijk om gegevens te verzamelen tot jaren nadat het beton is gelegd. In tegenstelling tot, conventionele laboratoriumtestmethoden verzamelen gegevens gedurende slechts 28 dagen, waardoor er hiaten ontstaan ​​in het begrip van hoe beton na dat punt sterker wordt.

"Als ingenieurs de sterkte van het beton over een langere periode kunnen volgen, kunnen ingenieurs weten of ze over- of onderontworpen wegen hebben en beter kunnen bepalen wanneer het beton moet worden vervangen. ' zei Lu.

Momenteel, metingen moeten elk uur ter plaatse worden uitgevoerd, maar het team is van plan om de sensoren in de toekomst draadloos te laten werken, bijvoorbeeld via een app.