王義強(qiáng)，孫緒康，楊 磊，關(guān) 戈

(1.遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 沈陽市 110015； 2.遼寧交投公路科技養(yǎng)護(hù)有限責(zé)任公司 沈陽市 110000；3.遼寧省交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展中心 沈陽市 110005)

0 引言

壓實(shí)度是瀝青路面施工工藝、施工質(zhì)量評(píng)價(jià)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，良好的壓實(shí)度才能保證良好的使用性能。路面現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度主要利用鉆芯法進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)，鉆芯法需要在檢測(cè)位置鉆取一個(gè)直徑100mm左右的芯樣，會(huì)對(duì)路面造成一定程度的損壞，因此無法大面積取樣，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)路面離析情況或壓實(shí)均一性情況的全面評(píng)價(jià)[1-2]。

目前，可實(shí)現(xiàn)對(duì)瀝青路面壓實(shí)度無損檢測(cè)的手段有兩種：一是核子密度儀法，一種是無核密度儀法。核子密度儀利用同位素放射原理，向被測(cè)材料發(fā)射射線，利用返回射線的計(jì)數(shù)來計(jì)算被測(cè)物體的密度；無核密度儀向被測(cè)物體發(fā)出電磁波，通過檢測(cè)電磁波波形的變化來分析被測(cè)物體的介電常數(shù)，再利用介電常數(shù)與密度的相關(guān)性來分析被測(cè)物體的密度。核子密度儀法和無核密度儀法均不會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生損壞，皆為無損檢測(cè)方式。與核子密度儀相比，無核密度儀在使用過程中僅發(fā)出電磁波，因此使用安全性更高。近年來，無核密度儀在道路工程檢測(cè)中的應(yīng)用研究較多，王江生等人對(duì)無核密度儀的測(cè)量方法與測(cè)量精度進(jìn)行研究，指出采用相交法精度更高，且測(cè)量圓應(yīng)不少于3個(gè)[3]；王少華對(duì)使用無核密度儀對(duì)鋼橋面瀝青混凝土鋪裝的壓實(shí)度進(jìn)行了檢測(cè)與分析，研究指出，含水量的不同可導(dǎo)致修正密度較大的誤差，而現(xiàn)場(chǎng)系數(shù)修正可消除檢測(cè)結(jié)果的離散性和含水量對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響[4]。魯華英等人研究表明，瀝青鋪裝含水量和干燥時(shí)間的不同可使SMA-13電磁密度測(cè)試數(shù)據(jù)相對(duì)誤差達(dá)到8.74%，而基于現(xiàn)場(chǎng)修正常數(shù)的二次修正法可降低這種影響，提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性[5]。許建超利用無核密度儀對(duì)瀝青路面的適宜碾壓溫度進(jìn)行了分析[6]。

在沈山高速公路路面維修工程中開展了無核密度儀檢測(cè)瀝青路面壓實(shí)度的一些試驗(yàn)研究工作，對(duì)無核密度儀檢測(cè)瀝青路面壓實(shí)度的數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性以及大面積檢測(cè)方法進(jìn)行了分析。

1 無核密度儀的測(cè)試原理

1.1 測(cè)試原理

無核密度儀是相對(duì)于核子密度儀來說的多種不使用同位素放射源檢測(cè)土工材料及瀝青混合料的密度的各種檢測(cè)儀器的統(tǒng)稱。無核密度儀一般采用的是高頻無線電波來測(cè)量壓實(shí)土壤或者瀝青路面的介電性，然后根據(jù)介電性與密度之間的特定關(guān)系來測(cè)算所測(cè)結(jié)構(gòu)物的密度。當(dāng)電磁波通過土壤或者瀝青路面時(shí)，由于受到土壤或者瀝青路面的密實(shí)程度的不同，進(jìn)一步會(huì)影響到電磁波的波形，也就是說電磁波通過土壤或者瀝青路面時(shí)，其本身的相位和幅值都會(huì)受到相應(yīng)的影響，然后我們通過對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)的模塊的衰減參數(shù)，便可以計(jì)算出被測(cè)土樣或者瀝青路面的密實(shí)度。

1.2 無核密度儀的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

無核密度儀與鉆芯法相比，具有諸多優(yōu)勢(shì)，例如，測(cè)量速度快、效率高，無核密度儀測(cè)量時(shí)間最大為2s，典型值1s，即接觸路面開始測(cè)試后，立即可測(cè)得路面的密實(shí)度，并計(jì)算出壓實(shí)度，而取芯法通常需要24h以上；無核密度儀檢測(cè)時(shí)對(duì)路面無損害，可進(jìn)行大面積的測(cè)量評(píng)價(jià)以及不適于取芯的路面材料的壓實(shí)度快速檢測(cè)，例如鋼橋面瀝青混凝土鋪裝的壓實(shí)度如果采用取芯法，則容易造成鋼橋面板損傷。

2 試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)參數(shù)

本次試驗(yàn)采用的無核檢測(cè)設(shè)備是美國(guó)Troxler(特克斯勒)公司的PaveTracker Plus 2701-B無核密度儀。

其主要技術(shù)參數(shù)如下：

操作溫度要求周圍環(huán)境溫度0～70℃，表面溫度最高175℃；測(cè)量模式分為連續(xù)、離析、平均三種模式；測(cè)量時(shí)間1s；測(cè)量精度±3.2kg/m3；探測(cè)深度4.44cm；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)999條。

3 沈山高速公路檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 測(cè)量值與芯樣數(shù)據(jù)的比較

無核密度儀測(cè)得的數(shù)據(jù)是一個(gè)相對(duì)值，需要將測(cè)得的相對(duì)密度按照實(shí)測(cè)密度進(jìn)行修正。測(cè)試時(shí)，首先將無核密度儀的補(bǔ)償值設(shè)定為0，然后鋪砂進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試后，在測(cè)試位置鉆取芯樣進(jìn)行測(cè)試測(cè)點(diǎn)處的芯樣密度，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，本次測(cè)試，無核密度儀測(cè)試結(jié)果與芯樣實(shí)際密度之間的差值在88～95kg/m3之間，標(biāo)準(zhǔn)差為3.8kg/m3，以三個(gè)差值的均值90.7kg/m3作為修正值。

3.2 同一測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析

為分析設(shè)備測(cè)試的穩(wěn)定性以及人為操作方面對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的影響，在同一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了四次測(cè)量，測(cè)量時(shí)，首先進(jìn)行了鋪砂，然后以90°為間隔改變?cè)O(shè)備角度進(jìn)行了4次測(cè)量，測(cè)量值如表2所示，其中補(bǔ)償值設(shè)定為89.0kg/m3。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，對(duì)于同一位置，測(cè)試4次時(shí)，由于設(shè)備及人為操作等方面的因素導(dǎo)致的變異性較小，數(shù)據(jù)之間的極差為36～53kg/m3，各個(gè)測(cè)試中，與平均值之間的最大差值為33kg/m3，如果馬歇爾密度按照2435kg/m3計(jì)算，極差之間的壓實(shí)度差值為2.2%，各測(cè)值與平均值之間的壓實(shí)度的最大差值為1.4%，即各測(cè)點(diǎn)只進(jìn)行一次測(cè)試時(shí)，可能造成的最大誤差為1.4%，因此，建議在使用無核密度儀進(jìn)行壓實(shí)度分析時(shí)，對(duì)同一點(diǎn)，至少進(jìn)行3次測(cè)量。

3.3 不鋪砂與鋪砂比較

為了嘗試不鋪砂的可行性，以提高大面積檢測(cè)時(shí)的試驗(yàn)效率，選擇三個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了鋪砂與不鋪砂測(cè)試結(jié)果的比較，試驗(yàn)時(shí)，先進(jìn)行不鋪砂的試驗(yàn)，然后在同一測(cè)試點(diǎn)鋪砂再進(jìn)行一次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)均進(jìn)行4次，然后取平均值作為最終結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于相同路段的不同測(cè)點(diǎn)，不鋪砂與鋪砂試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差值之間差異較大，最大差值為100kg/m3，其原因應(yīng)該與不同測(cè)試點(diǎn)表面的密實(shí)程度及平整程度有關(guān)，因此，用未鋪砂的測(cè)試數(shù)據(jù)來推算鋪砂數(shù)據(jù)很可能導(dǎo)致較大誤差，建議在使用無核密度儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度離析程度分析或評(píng)價(jià)時(shí)，首先應(yīng)選擇平整測(cè)試面，并鋪砂進(jìn)一步整平，然后再開始測(cè)試。

3.4 無核密度儀用于壓實(shí)度離析程度分析的初步嘗試

利用無核密度儀對(duì)邊車道兩處位置進(jìn)行了橫斷面和縱斷面的壓實(shí)度檢測(cè)，橫向測(cè)量時(shí)以平等間隔取5個(gè)測(cè)點(diǎn)，縱向測(cè)量時(shí)，沿車道的縱向中線每隔30m取一點(diǎn)，共取9個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，最后進(jìn)行了離析程度分析。結(jié)果整理如表4所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于所測(cè)路段，縱向與橫向相比，壓實(shí)度在縱向的變異性更小，橫向的變異性更大，約高1%左右。

橫向檢測(cè)結(jié)果與縱向檢測(cè)壓實(shí)度分布如圖1～圖3所示。

圖1 位置1壓實(shí)度橫向分布

圖2 位置2壓實(shí)度橫向分布

圖3 位置2壓實(shí)度縱向分布

由圖中可以看出，對(duì)于單個(gè)車道，在橫斷面上壓實(shí)度總體表現(xiàn)為中部壓實(shí)度較高，而邊緣處壓實(shí)度略低，其主要原因可能有以下兩個(gè)方面：一方面為邊緣處容易產(chǎn)生離析，另一方面邊緣處溫度降低較快，且位于壓路機(jī)鋼輪的邊緣，壓實(shí)效率較低?？v向的壓實(shí)度與橫向壓實(shí)度離析程度相比，其變異性更小。

4 結(jié)語

在沈山高速公路路面維修工程中開展了無核密度儀瀝青路面壓實(shí)度檢測(cè)分析工作，得出以下結(jié)論：

(1)經(jīng)過修正后，無核密度儀測(cè)試的路面壓實(shí)度與芯樣數(shù)據(jù)較為接近，與實(shí)測(cè)芯樣密度的誤差值在3kg/m3以內(nèi)，無核密度儀檢測(cè)可作為路面壓實(shí)度大面積檢測(cè)及離析程度總體評(píng)價(jià)的技術(shù)手段，尤其可以作為難以取芯的橋面鋪裝層等結(jié)構(gòu)層的壓實(shí)度的檢測(cè)評(píng)價(jià)手段。

(2)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)表明，不鋪砂與鋪砂試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差值之間差異較大，不鋪砂的檢測(cè)數(shù)據(jù)變異性較大，建議在使用無核密度儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度檢測(cè)時(shí)，首先應(yīng)選擇平整測(cè)試面，并鋪砂進(jìn)一步整平，然后再開始正式測(cè)試。

(3)無核密度儀可實(shí)現(xiàn)對(duì)路面壓實(shí)度的大面積、快速檢測(cè)，是壓實(shí)度離析程度全面分析的重要手段，對(duì)于優(yōu)化施工工藝以及路面設(shè)計(jì)指標(biāo)完善均具有重要的參考意義，應(yīng)持續(xù)進(jìn)行實(shí)踐，不斷總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。