美国各州间考虑普渡发明以减少道路维修

印第安纳州西拉斐特——越来越多的美国州际公路将尝试普渡大学的一项发明，这项发明可以节省数百万纳税人的钱，并大大减少交通延误。

这项发明是一种允许混凝土“说话”的传感器，它减少了施工时间和混凝土路面需要维修的频率，同时提高了道路的可持续性并减少了其碳足迹。

与目前使用的工具和方法相比，传感器直接嵌入混凝土浇筑中，可向工程师发送更精确、一致的混凝土强度和修复需求数据。

“基础设施维修造成的交通堵塞每年浪费了40亿小时和30亿加仑汽油。这主要是由于对混凝土强度水平的认识和理解不足，”他说卢娜（Luna Lu）雷利教授，普渡大学代理校长莱尔斯土木工程学院自2017年以来，他一直在领导传感器的开发。“例如，我们不知道混凝土在施工结束后何时达到适应交通荷载所需的适当强度。混凝土可能会过早失效，导致频繁修复。”

根据来自联邦公路管理局的数据混凝土路面占美国道路的不到2%，但约占美国州际公路系统的20%。卢的研究首先关注改善混凝土路面的状况，因为它是最具挑战性的道路材料。混凝土州际路面也必须能够可靠地支撑国家大部分的交通。

美国有一半以上州际水泥路面的州已签署协议，参与联邦公路管理局（Federal Highway Administration）的集资研究，以实施传感器。参与州包括印第安纳州、密苏里州、北达科他州、堪萨斯州、加利福尼亚州、德克萨斯州、田纳西州、科罗拉多州和犹他州。

随着研究在未来几个月开始，预计还会有更多州加入。印地安那州和德克萨斯州已经开始在公路铺设项目中试用传感器。

该技术也有望在今年晚些时候上市，因为REBEL混凝土强度传感系统，是的产品WaveLogix公司卢于2021年成立WaveLogix，以更大规模地制造该技术。该公司从普渡研究基金会技术商业化办公室已申请知识产权专利保护。

Fast Company杂志命名为该发明其中一个2022年科技的下一个大事件它承认项目已经对现实问题产生了影响，同时也显示出在未来几年产生更大影响的希望。美国土木工程师学会2021年美国基础设施报告卡还将该技术选为今年的“游戏爱好者”之一。其他组织，例如美国国家公路和运输官员协会，已遵循技术的发展因为它初始介绍2019年。

取代百年工业标准，延长道路使用寿命

普渡大学的发明逐渐兴起，成为自20世纪初以来行业标准测试的更好替代品。

Lu和她的实验室于2017年开始开发这项技术，当时印第安纳州交通部要求帮助消除新修复的混凝土路面的过早损坏，方法是更准确地确定路面何时可以通车。

嵌入后传感器的早期原型印地安那州各条公路的路段，INDOT添加了传感器技术至其印第安纳州试验方法索引本索引列出了承包商和施工人员用于确保路面质量的测试。

该行业使用了一个多世纪的方法，要求在实验室或现场设施测试大样本混凝土。利用这些数据，工程师们估计了特定混凝土混合料在施工现场浇筑和成熟后将达到的强度水平。尽管行业对这些测试很了解，但由于周围地区的水泥成分和温度不同，实验室和室外条件之间的差异可能导致对混凝土强度的不准确估计。

随着卢和她的团队发明的技术，工程师不再需要依赖混凝土样本来估计新拌混凝土何时成熟。相反，他们可以直接监测新浇混凝土，并同时准确测量其许多性能。

该传感器通过智能手机应用程序与工程师进行通信，准确地判断路面是否足够坚固，能够处理大量交通。路面在被车辆使用之前越坚固，就越不需要维修。即时接收混凝土强度等级信息的能力也使道路能够按时或在新浇混凝土后更快地通车。

建筑工人只需将传感器扔到混凝土模板的地面上并用混凝土覆盖即可安装传感器。接下来，他们将传感器电缆插入可重复使用的手持设备，该设备会自动开始记录数据。只要需要强度数据，工人就可以使用该应用程序接收混凝土强度实时变化的信息。

通过减少交通和水泥来减少碳排放

通过减少道路维修和施工时间表，这项技术可以减少车辆在施工现场等待交通时排放的二氧化碳。

Lu的初创公司WaveLogix也正在开发一种方法，通过减少混凝土混合料中所需的水泥量来控制碳排放。水泥制造负责全球8%的碳足迹WaveLogix在一种解决方案上取得了进展，该解决方案使用人工智能，根据传感器将从全国公路收集的数据优化混凝土配合比的设计。

施工规范要求混凝土混合物中的水泥含量更高，以确保混凝土样品测试符合要求的强度阈值。过量的水泥会导致路面过早开裂。根据这些规范要求和来自全球水泥和混凝土协会Lu估计，混凝土配合比过度设计每年导致超过10亿吨的碳排放。

卢说：“混凝土混合料最大的问题是，我们使用更多的水泥来提高混凝土的强度。这无助于道路早日通车。”。

这些规范是基于20世纪初混凝土混合料的制备方法，而20世纪50年代还没有研制出将水泥磨成细粉的设备。由于今天混凝土混合料使用的是更细的粉末，它们的水灰比应该与一百年前不同。这些规范也没有考虑不同州的天气如何影响混凝土混合料。例如，印第安纳州冬天浇筑混凝土需要不同的混凝土混合料才能达到适当的强度水平，而不是在加利福尼亚州冬天浇筑。

卢认为，这种使用人工智能的新方法可能会将混凝土混合料中使用的水泥量减少20%至25%，同时使路面更加耐用，成本更低。

“我有一种强烈的责任感，那就是通过开发新型技术来影响我们的基础设施。在土木工程领域，如果我们不对世界产生影响，就不会有世界值得担忧，”卢说。

关于普渡大学

普渡大学是一所顶尖的公共研究机构，为当今最严峻的挑战开发实用的解决方案。普渡大学在过去五年中每年都被《美国新闻与世界报道》评为美国十大最具创新性大学之一，它提供了改变世界的研究和世界外的发现。普渡大学致力于实践和在线学习，为所有人提供变革性的教育。普渡大学致力于负担能力和可获得性，已将学费和大部分费用冻结在2012-13年的水平，使更多的学生能够毕业时无需偿还债务。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。