無核密度儀在控制路面碾壓方式中的研究

孟勇軍，朱琴忠，馮祖國，崔龍錫，盛 昆

（1.華南理工大學(xué)，廣東廣州510640；2.江蘇偉信工程咨詢有限公司，江蘇南京210029；3.重慶交通大學(xué)，重慶市400074；4.中國有色金屬工業(yè)第十四冶金建設(shè)公司建材科研所，云南昆明650120）

0 引言

控制瀝青路面的壓實度是保證道路路用性能的必要手段，壓實度不僅決定了瀝青道面的高溫、抗水損害性能，同樣也決定了其耐久性。傳統(tǒng)的檢測方法是通過碾壓成型后的路面現(xiàn)場鉆芯取樣，在實驗室里進行密度測定，而且是碾壓后進行的測試，無法現(xiàn)場模擬每遍碾壓與壓實度的曲線關(guān)系，對現(xiàn)場壓實度控制沒有實際意義，而采用核子密度儀又會因向路面發(fā)射射線影響工作人員的健康安全。因此近年來，無核密度儀（Pavement Quality Indicator，簡寫為PQI）作為一種無放射源的無損檢測設(shè)備也逐漸應(yīng)用于道路施工檢測中。

無核密度儀（PQI），能在現(xiàn)場方便、快速、實時地檢測瀝青面層施工碾壓后的壓實度和密度。本次研究便是依托某跨海連路大橋橋面鋪裝工程，采用無核密度儀檢測路面碾壓時的密度，嘗試以此控制壓實度，提出合理的碾壓工藝。

1 PQI 工作原理

無核密度儀利用發(fā)射的電磁波在材料中的能量吸收和損耗來檢測材料的密度。主要包括一個電磁波發(fā)射器、一個隔離環(huán)和一個電磁波接收器（見圖1）。其檢測原理是向被檢測材料中發(fā)射電磁波，電磁波是指電場和磁場相互作用，振動而產(chǎn)生的波動，是放射線、光、電波的總稱。電磁波在材料中傳播時，其能量發(fā)生吸收和損耗，材料對電磁波能量的吸收和損耗取決于材料的介電常數(shù)。介電常數(shù)是指物質(zhì)保持電荷的能力。

瀝青混合料的各種組成成分中，如瀝青、集料、空氣和水等都有不同的介電常數(shù)。如果瀝青混合料被碾壓（即密度增加），混合料中各種成分的排列方式發(fā)生變化，材料總的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而對電磁波的能量吸收的能力產(chǎn)生變化。電磁密度儀通過檢測電磁波能量的吸收和損耗的程度，來反映材料的密度變化。PQI 主要測試新鋪瀝青路面材料的密度（瀝青路面結(jié)構(gòu)層的上、中、下面層），測試瀝青面層厚度范圍一般為25.4～152.4 mm。

2 PQI 測定壓實度方案

2.1 PQI 的標定

PQI 的標定方法是采用現(xiàn)場鉆芯實測密度值進行標定，所鉆芯樣至少為3 個。鉆芯之前運用PQI 按照圖2 所示方法進行讀數(shù)，取這5 個讀數(shù)的平均值作為路面此點的PQI 密度值，同時可作方差分析，以減小路面材料可能存在的各向異性和認為操作等對測試結(jié)果的影響，提高實驗結(jié)果的準確度。計算PQI 密度值和芯樣密度的凈差值，取5 個凈差值的平均值作為標定的偏差。

經(jīng)過標定，PQI 可提供準確可靠的瀝青面層的密度值，為實際工程的壓實度評定提供依據(jù)。

2.2 PQI 測試瀝青路面密度

選取不同的路段，每段100 m 左右，首先對PQI進行標定，采用標定后的PQI 緊跟壓路機進行瀝青路面密度測定，每壓實一遍即讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)實測數(shù)據(jù)，計算通過標定后的瀝青面層密度，繪出碾壓次數(shù)與每次碾壓后密度的關(guān)系曲線，從而根據(jù)與標準密度的比較，確定出在何次碾壓后即可達到所要求的壓實度。

3 數(shù)據(jù)分析

通過對AC-25 型瀝青混合料路面進行PQI測定，選取不同試驗路段，確定出不同碾壓次數(shù)下的壓實度，從而得出合理的壓實工藝。

3.1 PQI 試驗數(shù)據(jù)的標定

在碾壓檢測采集數(shù)據(jù)的相關(guān)斷面上取5 個測點，用粉筆做出標記，進行PQI 測定，然后鉆芯取樣，在實驗室中測定芯樣密度，標定結(jié)果如表1所示。

3.2 數(shù)據(jù)分析

對不同的測定點進行PQI 密度測量，由于鋼輪壓路機與膠輪壓路機是反復(fù)混合進行碾壓作業(yè)，因此在第三遍開始以后測定的一些測點是膠輪碾壓后的密度，一些是鋼輪碾壓后的密度，膠輪與鋼輪的碾壓重疊，并不影響對整體壓實度的判定。表2 列出了AC-25 路面的不同標段碾壓遍數(shù)的密度值，圖3 表征了碾壓遍數(shù)與密度的關(guān)系曲線。

在實際壓實過程中，初壓、復(fù)壓交錯進行，故所采集的密度值為二者交錯碾壓后統(tǒng)計的結(jié)果，膠輪代表膠輪壓路機碾壓后的密度值，未標記的為初壓鋼輪壓路機碾壓后的密度值。理論最大密度為2 505 kg/m3，實驗室馬歇爾密度為2 399 kg/m3，在現(xiàn)場檢測密度值在2 420～2 450 kg/m3之間，均達到壓實度96%以上。在前3～5 次鋼輪碾壓下，密度增加明顯，后面在膠輪壓路機搓揉碾壓后，骨料重新排列，密度降低；但在鋼輪壓路機再次碾壓后，密度再次增加明顯，壓實度進一步增加。在碾壓到12～15 次之后，密度穩(wěn)定，壓實度不再增加。因此建議在以后的瀝青路面施工過程中，包括初壓、復(fù)壓和終壓在內(nèi)的碾壓總次數(shù)不宜超過12次，這樣既可以保證了壓實度，又避免了壓路機做無用功，或進一步增加壓實次數(shù)導(dǎo)致過壓實狀態(tài)。

表1 AC-2 瀝青路面PQI 標定

表2 AC-25 路面碾壓- 密度數(shù)據(jù)二

4 結(jié)論

（1）無核密度儀可進行路面施工過程中的質(zhì)量控制，通過碾壓與密度之間的曲線關(guān)系，可實際模擬路面壓實度形成過程；但由于受混合料溫度、現(xiàn)場灑水、路面不平等影響，PQI 所測數(shù)據(jù)略顯偏大，密度值一般在最大理論密度之間；而在路面溫度降低、成型后，PQI 檢測出的密度會降低，與實驗室馬歇爾密度值接近。

（2）通過無核密度儀檢測，發(fā)現(xiàn)路面壓實過程中早期壓實度增加明顯，后期隨著溫度的下降壓實度提高并不明顯。因此，建議在施工過程中，加強攤鋪、初壓、復(fù)壓的連續(xù)性和快捷性，以獲得足夠的壓實度，并可適當降低壓實次數(shù)。

（3）通過無核密度儀檢測，發(fā)現(xiàn)AC 路面壓實過程中，膠輪壓路機的搓揉作用，使混合料骨料重新排列，互相靠近，骨料松散后壓實度降低，而經(jīng)初壓再次碾壓后，壓實度增加明顯。因此，建議在AC 路面施工過程中，加強復(fù)壓輪胎壓路機與初壓鋼輪壓路機的配合，輪胎壓路機應(yīng)緊跟初壓，迅速、快捷地碾壓。

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