苏家驹

（海南省环境地质勘察院，海南 三亚 572000）

公路工程中路基工程是关键工程之一，路基工程的质量的好坏，关系到整条公路质量的优劣。要控制好路基的工程质量，除控制好路基用土的质量外，主要是控制路基的压实情况，要了解压实情况，主要的检测手段就是抽检路基的压实度，抽检压实度可以利用核子仪进行。

1 无核密度仪介绍

无核密度仪是相对于核子密度仪来说的多种不使用同位素放射源检测土工材料的密度的各种检测仪器的统称。

这种测试方法用一个电磁表面接触仪器装置来测量在压实过程中导致的电磁场的变化。它可以用来测定现场的密度以及沥青混凝土路面铺筑混合料的相关压实性能。

2 检测原理及检测方法

一套MDI无核密度仪主要由基本MDI主机（MD－2020）及PDA掌上电脑构成，其原理是通过脉冲发生器发出的阶梯式电磁脉冲在通过打入土壤中的4根金属钢针的传播时间和采集到的电压信号，经过对信号处理和计算获得土的电介质常数及土体的电导率值，利用专用的计算软件据此参数算得所测土体含水率和密度，结果显示在PDA掌上电脑上。

美国材料和试验学会的标准测试法（ASTM）规定了两种现场TDR测试方法：首先开发的是两步法，随后又开发了经简化后的一步法。

两步测试法。包括用MDI密度仪量测现场土和现场击实土的电介质常数。用MDI密度仪在现场确定电介质常数，将现场测试的土壤挖出来，在击实模内压实。靠测量有土样的击实模的毛重和已知模的毛重和体积，确定击实模内土壤的湿密度，然后用MDI密度仪测量击实模内土壤的电介质。击实模内的土壤含水率是根据电介质常数、湿度含量和土壤密度之间相联关系确定的。现场的水含量和击实模内的水含量一样，现场土壤的密度可从击实模内的土壤密度来确定的，电介质常数是由击实模内和现场测试得到的。

一步（简化）测试法。包括现场一步测定土的电介质常数和土体电导率，一步法试验方法与两步法现场测试方法基本相同。

3 沥青混合料

无核密度仪测量沥青混合料通常使用反射式测量方法。对厚度大于71mm的面层可以使用BS反射法，此法使辐射源位置离开地面，阻止光子沿测试表面行进的通路，使表面粗糙度误差得以减到最小。对于大于51mm，小于71mm的面层可以使用AC反射法。如果面层厚度小于51mm，必须使用薄层测试模式。有的核子仪没有这种薄层测试功能。测试热沥青混合料，测试完成应将仪器移至路外冷却，以免高温损坏仪器。

为使测量结果准确，如果沥青路面有空隙，应用细沙填充。如果已经很平整则不必使用填充沙，因为这时细沙反而将仪器顶离表面引起密度低的误差。使用薄层测试模式时，需向仪器输入测试层的厚度以及其下层材料的密度，仪器会自动计算被测试层的密度。

使用核子仪检测沥青混合料时，国内多用取芯法的测试结果为标准值与核子仪的测试结果进行回归分析来校正仪器。在美国多数州，核子仪的测试结果直接用于质量控制和质量保证（QC/QA），有些州使用取芯法校正的核子仪法，校正需要的取芯试样的个数为3-12个。具体校正方法各州都有自己的规定。亚拉巴马州交通部（ALDOT）采用的方法比较有代表性。ALDOT现场密度测试规程规定：ALDOT与建筑方的核子仪测试结果的差额不能大于2.2个百分点。每台核子仪的测试结果与取芯法的差额必须小于取芯法的1.5%。

大量实践证明，经过合格检定的核子仪的测试结果与取芯法非常接近。Sanders等对3524个测试结果进行计算后发现，取芯法与核子法的测试结果平均相差14.42kg/m3。但取芯法的成本比核子仪法高出很多。达到相当的检测满意度，取芯法的费用比核子仪法高5倍。

4 碾压混凝土

根据碾压混凝土（RCC）路面的特点，碾压混凝土路面的压实度可用灌砂法和核子密度仪等方法测定。灌砂法测试速度慢、对路面结构有破坏作用，只适用于少量的监测或标定。

采用核子仪测试碾压混凝土，最好的办法是采用双杆核子仪分层测量 。在没有双杆核子仪时，采用浅层核子仪透射法也能间接地反应出不同深度的压实度变化 。三峡大坝、龙滩大坝等都在大规模地浇筑RCC混合料时，使用了浅层核子仪的透射法成功地控制了的现场压实质量。

对于压实度已经接近或达到预定压实度的RCC，打孔非常困难，BS反射法和透射法的测值的对比研究发现BS法的测值与5cm、10cm源杆深度时的测值接近，与20cm时的测值相差约2%.从试验路上钻取的芯样用锯石机从中间锯开，分别测定了上、下两部分密度，测定结果表明，上下层混凝土的压实度约差2%～3%，平均相差2.5%，与核子仪测定结果比较接近。核子仪测定的源杆深度20cm的路面压实度与钻芯压实度的比较，从大量的测试数据可以看出，平均值仅相差0.6个百分点。

此外，核子仪还在水泥稳定土、软土路基、软质红层泥岩，风积砂、过湿土和水泥稳定碎石基层等土工材料的压实度检测中得到了研究和应用。

5 与传统方法的对比

任何一种测试方法都有误差，传统方法与核子仪法的测试结果的差值应该至少是两种方法的误差的和。

如果测试的试样或其它条件不一样，两种测试方法的测试结果也会存在差距。

即使取芯法被认为是最准确的密度测试方法，也有很多因素造成误差。有人认为取芯法和核子仪法两种方法测定的密度不完全相同。进行对比测试时，必须尽量保证两种方法检测的是相同的材料试样。若要材料试样用于核子仪与其它密度测试方法做比较，方法应该是：从放射源和探测器之间的连线的中点正下方，取一直径为200mm的圆柱体作为对比试样。如果使用透射法，试样高度等于探测杆的深度；用散射法，为75mm。如果试样用于湿度比较，圆柱体的高度为12.5～15cm。

Schmitt等 和M.Buchanan研究发现密度低时核子法低估取芯密度，当密度高时，核子法高估取芯密度。M.Buchanan分析认为当密度较低时，取芯试样的空隙更加开放，空隙之间的连接程度更大。试样因此会吸收更多的水分，使试样体积偏低，从而导致测试的密度结果比真实值偏高。M.Buchanan认为如果这种情况属实的话，那么核子密度仪就是一种比取芯法更接近真实密度值的测试方法。用真空法测试的取芯试样密度应该与核子仪更加接近。

6 结论

6.1 无核密度仪作为一种先进的元损检测方法，可以进行沥青路面施工过程的质量控制。

6.2 通过无核密度仪检测，发现路面压实过程中早期压实度增加明显，后期随着温度的降低提高并不明显。由此，建议施工过程中加强摊铺、初压、复压的连续性，以获得足够的压实度。

6.3 无核密度仪检测技术以其无损性、安全性将在高速公路施工过程中得到更进一步的应用。

[1]陈少幸.PQI在沥青路面压实度检测中的应用[J].压实机械与施工技术，2005，(7):54-56.

[2]张蓓元.核密度仪PQI在沥青路面施工质量控制中的应用[JJ.公路交通科技应用技术版，2006，(4):16-18.

[3]沈金安.沥青及沥青泪合料路用性能[MJ.北京:人民交通出版社，2001.