Har du någonsin undrat varför din pendlings- eller semesterrutt har ett körfält avstängt i dagar eller till och med månader åt gången?

Det kan bero på att ett byggprojekt avslutades innan betongen var redo att ta sig an tung lastbilstrafik, vilket gör att beläggningen misslyckas för tidigt och behöver repareras oftare under året.

Indiana, "Crossroads of America, " gör något åt ​​det:Be forskare ta reda på exakt hur lång tid det tar för betong att mogna på en motorväg.

Indiana Department of Transportation (INDOT) gav ett team av Purdue University-ingenjörer i uppdrag att samla in data om betongmognad genom utvalda motorvägspatchnings- och beläggningsprojekt. Teamet kommer att använda data för att ge en ny evidensbaserad rekommendation om den optimala tiden för att öppna upp trafik efter ett byggprojekt.

De nya policyerna kan spara miljontals dollar varje år, forskarna säger – för att inte tala om, minska trafiken.

Laget, ledd av Luna Lu, en docent vid Purdues Lyles School of Civil Engineering, samlar in data genom sensorer som gruppen utformat för att spåra betongens hållfasthetsutveckling i realtid genom mätningar av hydratisering, styvhet, tryckhållfasthet och andra egenskaper hos betong. Efter testning, INDOT planerar att adoptera sensorerna, tillåta dem att permanent bo på motorvägar och kontinuerligt hålla entreprenörer informerade om konkreta nödsituationer.

Än så länge, forskarna och INDOT-ingenjörerna har bäddat in sensorerna i tre motorvägar i Indiana:I-70, I-74 och I-465 nära Indianapolis. Purdue-teamet arbetar också med Federal Highway Administration på en rikstäckande samlad fondstudie för att implementera tekniken i andra stater. Kalifornien, Texas, Kansas och Missouri planerar att gå med i studien.

"Betongbeläggningslappning måste uppnå en viss hållfasthetsnivå för att klara lastbilstrafiken på grund av belastningen och trottoarens krökning och skevhet. Genom dessa sensorer, en entreprenör kommer att veta exakt när betongen är tillräckligt mogen för att klara tunga lastbilar och krullnings- och vridningsspänningar, sa Tommy Nantung, forsknings- och utvecklingsplanerings- och produktionschef för INDOT.

I Indiana, Department of Transportation riktlinjer kräver att vissa konkreta lappningsprojekt slutförs inom en viss tid så att trafiken kan öppnas. Men nuvarande metoder för att bestämma trafiköppningstider är ofta opålitliga, får trafiken att återupptas innan betongen har mognat ordentligt. Metoderna kan också vara ineffektiva och dyra, vilket resulterar i byggförseningar och kostnadsöverskridanden.

En typ av test, böjhållfasthetstestning, kräver att byggnadsarbetare gjuter och placerar en tung, två fot lång betongbalk på plats och överför den sedan till antingen ett mobilt labb på plats eller en annan anläggning för att veta om betongen är tillräckligt mogen. Testet riskerar inte bara arbetarnas säkerhet, men är också felaktig på grund av skillnader mellan labb- och fältförhållanden.

En annan metod, kallas mognadstest, är inte praktiskt eftersom det använder temperatur som en indikation på hållfasthet för varje typ av betong. Eftersom det finns tusentals olika betongblandningar, det innebär att gå genom tusentals olika temperatur-hållfasthetskorrelationskurvor för att veta om betongen är mogen. De matematiska kurvorna tenderar också att vara missvisande på grund av påverkan av utomhustemperaturen.

"Effekten av denna studie kan vara revolutionerande eftersom den inte kräver några konventionella mekaniska tester eller dyra och tunga testuppsättningar på fältet. Det finns inget behov av kalibrering för varje olika mixdesign, sa Lu, som också är en American Concrete Pavement Association Scholar in Concrete Pavement and Materials Science.

Sensorn som utvecklats av Lus team är mer exakt eftersom den bor i betongen. Medan varje sensor bara mäter en 11-tums yta av betong, det är billigt att bädda in många av sensorerna längs en betongsektion, säger laget.

En sensorlapp är inbäddad på betongytan. Kablar ansluter plåstret till ett mätsystem. Med hjälp av en så kallad piezoelektrisk effekt, installationen omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi, excitera sensorn och vibrerar betongen för att upptäcka dess styvhet. Mekanisk energi omvandlas sedan tillbaka till elektrisk energi. Sensorn mäter betongens motstånd mot strömflödet genom en utläsning av elektriska data, ger noggranna mätningar av många betongegenskaper samtidigt.

Sensorerna är skyddade från korrosion och krossas inte lätt av byggutrustning. Inställningen tillåter också att data samlas in i flera år efter att betongen lagts ned. I kontrast, konventionella laboratorietestmetoder samlar in data i endast 28 dagar, lämnar luckor i förståelsen för hur betong stärker efter den punkten.

"Att kunna spåra betongens styrka över en längre tidsperiod skulle hjälpa ingenjörer att veta om de har över- eller underkonstruerade vägar och bättre avgöra när betongen ska bytas ut, " sa Lu.

För närvarande, mätningar måste göras varje timme på plats, men teamet planerar att få sensorerna att fungera trådlöst i framtiden, till exempel genom en app.