建設スケジュールを短縮し、コンクリート高速道路、橋、その他の交通インフラの長期耐久性を高める可能性のあるパデュー大学の発明が、新たに注入されたコンクリートが重力に耐えられるほど成熟する時期を見積もるために数十年にわたって使用されてきた方法に代わる実行可能な代替手段として浮上している。トラックや他の車両からの荷物など。

米国州道路交通協会の材料および舗装に関する委員会 (AASHTO COMP) は、パデュー州が開発した方法を新しい国家標準として承認しました。AASHTO のメンバーシップは、全 50 州の運輸省 (DOT)、コロンビア特別区、プエルトリコで構成されています。の創造この規格水曜日（7月31日）に出版されたこの手法は、州や請負業者が新たな慣行として検討することを検討する道筋を示している。

パデューの発明は生コンクリートに直接埋め込まれており、センサー技術を使用してエンジニアに比較的正確で一貫した情報を提供します。リアルタイムデータコンクリートの上に強さこれは、現在のいくつかのツールや手法の精度に匹敵するか、あるいはそれを上回る可能性があります。

高速道路や橋の場合、コンクリート舗装が大型トラックの交通に耐えられる強度になる時期を判断する際の不確実性が減れば、新たに修復された道路区間がより早く開通できる可能性があり、その結果、修復に費やす費用が節約され、移動する一般の人々の利便性が向上する可能性があります。

長期的には、時間の経過に伴うコンクリートの強度増加をより正確に測定することにより、舗装に荷重がかかりすぎて早期の損傷や疲労が誘発され、耐久性に影響を与えないようにすることで、舗装を長持ちさせることもできます。

建設後より早く道路を開通し、道路の状態を改善することは、商品やサービスの輸送の遅延を減らし、長距離貨物トラックの磨耗を減らすことによって、商業部門の経済的節約にもつながる可能性があります。

「我が国のインフラの大部分は 1950 年代と 1960 年代に建設されました。当時、米国の人口は現在の人口の半分にすぎませんでした」と、パーデューのライルズ土木工学大学院のライリー教授、ルナ・ルー氏は語った。センサー技術。「これは、このすべてのインフラストラクチャーが、今日の交通量、使用頻度、人口に合わせて構築および設計されていないことを意味します。私たちは、より良い方法を考えなければなりません。インフラストラクチャと通信する。」

有望な新しいアイデアについて州と協力する

コンクリート舗装が構成されています米国の道路の 2% 未満ですが、米国の州間高速道路システムの約 20%、国の交通の大部分を支えています。

連邦道路局の共同資金研究の一環として、パーデューの研究者とウェーブロジックスルー氏が2021年に設立したスタートアップ企業で、インディアナ州、アイオワ州、カンザス州、ノースダコタ州、ミズーリ州、テネシー州、ルイジアナ州、テキサス州、コロラド州、ユタ州、カリフォルニア州でこの発明を商用ベータ製品としてテストしている。ルイ・ヘ博士パデューのライルズ土木建設工学大学院の学生である彼は、チームの作業を率いて過去 1 年間で 20 以上のテストを完了し、高速道路、橋の床版、擁壁にセンサーを設置しました。

これらの州での試験の初期結果は、センサー技術が「最先端」と考えられている既存のコンクリート強度試験の一部よりも正確で一貫性がある可能性があることを示しています。Purdue-Wavelogix チームは他の州でもテストする計画もあります。ただし、この新しい AASHTO 規格の認識を高めることは、DOT が州の建設および材料試験の仕様にこの方法を正式に採用するための重要なステップです。

意識が高まるにつれ、より多くの州の DOT が自らの経験と専門知識を検証し、獲得するために新しい方法を実験するようになるでしょう。このプロセス中に DOT がこの新しい方法が実行可能であると結論付けた場合、建設プロジェクト契約の仕様書を通じてその使用を段階的に実装する予定です。新しい AASHTO 標準がこの分野で注目を集め、広く受け入れられるようになるかどうかは、一般に技術革新と変化が徐々に起こるため、今後数年間は分からないでしょう。建設業。

センサー技術の開発当初から資金を提供してきたインディアナ州運輸省（INDOT）は、パデューの発明が商品化され始めていた昨年夏、AASHTO COMPの硬化コンクリートに関する技術小委員会にこの方法を標準として提案した。。

「研究室とテクノロジーでは常に勝利があった」と、このテクノロジーを新しい技術として確立する全プロセスを通じてルー氏と彼女のチームと協力してきた INDOT 材料試験部門のコンクリートエンジニア、マイク ネルソン氏は語った。コンクリートの強度試験。

このプロセスにはいくつかの手順が含まれますインディアナ州のいくつかの高速道路でテストWavelogix が 12 月に商用製品として市場に投入したモデルの開発への架け橋となります。REBEL コンクリート強度センシングシステム。Wavelogix は、知的財産に関する特許保護を申請した Purdue Innovates Office of Technology Commercialization からテクノロジーのライセンスを取得しています。

INDOTは現在、REBEL製品の独自検証テストを実施しており、このテクニックを追加しましたそのへのインディアナ州試験法索引、フィールド試験とパイロットプロジェクトによって検証されれば、この技術はインディアナ州で使用できるようになります。

「この技術の意味は驚くべきものです。なぜなら、コンクリートを流し込む人は皆、超高層ビルを建設しているのか道路を建設しているのかは関係ありません。建設を進めるために知りたいのは、コンクリートの強度なのです」これほど現場の具体的な強度を決定できるものは世界のどこにもありません」とネルソン氏は語った。

AASHTO COMP の硬化コンクリートに関する技術小委員会のメンバーであり、イリノイ州運輸局のコンクリート、土壌、金属のエンジニアである Daniel Tobias 氏も、この方法の価値を認め、INDOT の提案に基づく規格の草案作成を支援しました。11 月、小委員会の DOT 代表者と材料および舗装に関する親委員会は、この規格の公表を進めることに投票しました。

「委員会は、インディアナ州とそのスポンサーからの研究の導入に基づいて、このアイデアと研究には価値があることに同意したため、それを前進させようと試みることにしました」とトビアス氏は述べた。「コンクリートの強度について適切な推定値をすぐに得ることができれば、道路や橋をいつ開通できるかについてより早く答えが得られます。私たちは常にそのための新しい方法を探しています。これは斬新なアプリケーションでした。」それは誰も見たことのないゼロから開発されたものでした。」

コンクリート強度試験における現状への挑戦

ルーと彼女の研究室2017年にこの技術の開発を開始、INDOTが、いつ舗装が通行可能になるかをより正確に判断するための支援を要請したとき。

業界が数十年にわたって使用してきた最も一般的な方法では、研究室または現場施設で大量のサンプルまたは硬化コンクリートの「シリンダー」をテストする必要があります。エンジニアはそのデータを使用して、特定のコンクリート混合物が建設現場で注入され硬化するまで放置された後に達成される強度レベルを推定します。これらの試験は業界ではよく理解されていますが、実験室と屋外の条件に差異があると、セメント組成の違い、周囲の温度、その他の要因により、強度推定が不正確になる可能性があります。

強度を決定するためにあまり使用されないもう 1 つの方法は、成熟度の概念として知られています。これは、特定のコンクリートの最近確立された時間と温度の履歴を使用して、成熟度 - 強度曲線を作成します。セメントと水の化学反応中に時間の経過とともに放出される熱を測定​​すると、時間の経過による強度増加の妥当な推定値が得られますが、この方法は、特定の時間と場所で使用される特定の混合物に非常に固有です。

「コンクリートの強度を測定するのは非常に簡単だと思うかもしれませんが、それは思っているほど正確な科学ではありません」とトビアス氏は言う。

Lu 氏と彼女のチームが発明した技術により、エンジニアは、生コンクリートが十分に硬化する時期を推定するために、コンクリート サンプル シリンダーや成熟度の概念に依存する必要がなくなりました。代わりに、生コンクリートをより直接的に監視し、その強度と温度を正確に測定できます。

建設作業員は、センサーを鉄筋に固定するか、路床（コンクリート舗装の基礎となる土の層）にセンサーを設置します。コンクリートを流し込んだ後、コンクリートの型枠から伸びる各センサー ケーブルを再利用可能な手持ちデバイスに接続すると、自動的にデータの記録が開始されます。アプリを使用すると、作業者は強度データが必要な限り、コンクリート強度のリアルタイムの増加に関する情報を受け取ることができます。

「請負業者にセンサーを渡すたびに、彼らが私に尋ねる唯一の質問は、『これはいつ入手可能になりますか?』ということです。業界に付加される価値は、このテクノロジーを日常的に使用する人々にとって非常に明白です」とルー氏は語った。

ルーの研究室がこれを発明したセンサー技術その発見に基づいてコンクリートの振動を利用して、コンクリートの強度を伝える剛性やその他の機械的特性を検出できる可能性があると考えられています。この技術は、電気エネルギーを使用してセンサーを励起し、コンクリートを振動させ、これらの振動の機械エネルギーを電気エネルギーに変換します。センサーは、時間の経過に伴うコンクリートの振動周波数の変化を測定し、この変化をコンクリートの強度増加と関連付けます。

数学的モデルルーの研究室はこの物理現象を説明し、後に REBEL 製品用のソフトウェアを作成するために開発しました。アルフレッド・ノーブル賞を受賞しました「これは、人々がこれを非常に重要な発見とみなしているという科学的観点からの示唆でした」とルー氏は語った。このテクノロジーは、開発の過程で他にも数多くの賞を受賞しました。

4月にREBEL製品はエジソン賞の金賞受賞者重要な人的インフラのカテゴリー。イノベーションが現れたのは、2023 年のタイムズベスト発明リストとFast Companyの2022 年のテクノロジー業界の次なるビッグイベント、そしてそれはアメリカ土木学会の「ゲームチェンジャー」と名付けられました。アメリカのインフラに関する 2021 年のレポートカード。

この発明を商品化するプロセスは、国立科学財団からの複数の賞によっても支援されています。Wavelogix は最近、Rhapsody Venture Partners からの 300 万ドルの投資エンジェル投資家グループからの支援も確保しています。

Lu 氏は、このテクノロジーの将来と、それが米国全土の具体的なインフラストラクチャーにもたらす恩恵について楽観的です。

「私が本当に興奮しているのは、業界からフィードバックを得て、テクノロジーが問題に適合するのを見ることです」とルー氏は語った。「発明とは何かを開発することですが、その何かがより大きな問題を解決するとき、それがイノベーションです。」