无核密度仪在控制路面碾压方式中的研究

2010-11-14孟勇军朱琴忠冯祖国崔龙锡

城市道桥与防洪 2010年12期

孟勇军，朱琴忠，冯祖国，崔龙锡，盛昆

（1.华南理工大学，广东广州510640；2.江苏伟信工程咨询有限公司，江苏南京210029；3.重庆交通大学，重庆市400074；4.中国有色金属工业第十四冶金建设公司建材科研所，云南昆明650120）

0 引言

控制沥青路面的压实度是保证道路路用性能的必要手段，压实度不仅决定了沥青道面的高温、抗水损害性能，同样也决定了其耐久性。传统的检测方法是通过碾压成型后的路面现场钻芯取样，在实验室里进行密度测定，而且是碾压后进行的测试，无法现场模拟每遍碾压与压实度的曲线关系，对现场压实度控制没有实际意义，而采用核子密度仪又会因向路面发射射线影响工作人员的健康安全。因此近年来，无核密度仪（Pavement Quality Indicator，简写为PQI）作为一种无放射源的无损检测设备也逐渐应用于道路施工检测中。

无核密度仪（PQI），能在现场方便、快速、实时地检测沥青面层施工碾压后的压实度和密度。本次研究便是依托某跨海连路大桥桥面铺装工程，采用无核密度仪检测路面碾压时的密度，尝试以此控制压实度，提出合理的碾压工艺。

1 PQI 工作原理

无核密度仪利用发射的电磁波在材料中的能量吸收和损耗来检测材料的密度。主要包括一个电磁波发射器、一个隔离环和一个电磁波接收器（见图1）。其检测原理是向被检测材料中发射电磁波，电磁波是指电场和磁场相互作用，振动而产生的波动，是放射线、光、电波的总称。电磁波在材料中传播时，其能量发生吸收和损耗，材料对电磁波能量的吸收和损耗取决于材料的介电常数。介电常数是指物质保持电荷的能力。

沥青混合料的各种组成成分中，如沥青、集料、空气和水等都有不同的介电常数。如果沥青混合料被碾压（即密度增加），混合料中各种成分的排列方式发生变化，材料总的介电常数发生变化，从而对电磁波的能量吸收的能力产生变化。电磁密度仪通过检测电磁波能量的吸收和损耗的程度，来反映材料的密度变化。PQI 主要测试新铺沥青路面材料的密度（沥青路面结构层的上、中、下面层），测试沥青面层厚度范围一般为25.4～152.4 mm。

2 PQI 测定压实度方案

2.1 PQI 的标定

PQI 的标定方法是采用现场钻芯实测密度值进行标定，所钻芯样至少为3 个。钻芯之前运用PQI 按照图2 所示方法进行读数，取这5 个读数的平均值作为路面此点的PQI 密度值，同时可作方差分析，以减小路面材料可能存在的各向异性和认为操作等对测试结果的影响，提高实验结果的准确度。计算PQI 密度值和芯样密度的净差值，取5 个净差值的平均值作为标定的偏差。

经过标定，PQI 可提供准确可靠的沥青面层的密度值，为实际工程的压实度评定提供依据。

2.2 PQI 测试沥青路面密度

选取不同的路段，每段100 m 左右，首先对PQI进行标定，采用标定后的PQI 紧跟压路机进行沥青路面密度测定，每压实一遍即读取数据，根据实测数据，计算通过标定后的沥青面层密度，绘出碾压次数与每次碾压后密度的关系曲线，从而根据与标准密度的比较，确定出在何次碾压后即可达到所要求的压实度。

3 数据分析

通过对AC-25 型沥青混合料路面进行PQI测定，选取不同试验路段，确定出不同碾压次数下的压实度，从而得出合理的压实工艺。

3.1 PQI 试验数据的标定

在碾压检测采集数据的相关断面上取5 个测点，用粉笔做出标记，进行PQI 测定，然后钻芯取样，在实验室中测定芯样密度，标定结果如表1所示。

3.2 数据分析

对不同的测定点进行PQI 密度测量，由于钢轮压路机与胶轮压路机是反复混合进行碾压作业，因此在第三遍开始以后测定的一些测点是胶轮碾压后的密度，一些是钢轮碾压后的密度，胶轮与钢轮的碾压重叠，并不影响对整体压实度的判定。表2 列出了AC-25 路面的不同标段碾压遍数的密度值，图3 表征了碾压遍数与密度的关系曲线。

在实际压实过程中，初压、复压交错进行，故所采集的密度值为二者交错碾压后统计的结果，胶轮代表胶轮压路机碾压后的密度值，未标记的为初压钢轮压路机碾压后的密度值。理论最大密度为2 505 kg/m3，实验室马歇尔密度为2 399 kg/m3，在现场检测密度值在2 420～2 450 kg/m3之间，均达到压实度96%以上。在前3～5 次钢轮碾压下，密度增加明显，后面在胶轮压路机搓揉碾压后，骨料重新排列，密度降低；但在钢轮压路机再次碾压后，密度再次增加明显，压实度进一步增加。在碾压到12～15 次之后，密度稳定，压实度不再增加。因此建议在以后的沥青路面施工过程中，包括初压、复压和终压在内的碾压总次数不宜超过12次，这样既可以保证了压实度，又避免了压路机做无用功，或进一步增加压实次数导致过压实状态。