沥青路面压实度无损检测技术与应用研究
- 格式:pdf
- 大小:935.17 KB
- 文档页数:6
CONSTRUCTION MACHINERY 392021/04总第542期
沥青路面压实度无损检测技术与应用研究
何 禹1
,高新民2,3
,杨永强2,3
,郭宏军3
(1. 长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室,陕西 西安 710064;2. 公路建设与养护技术材料及装备交通运输
行业研发中心,甘肃 兰州 730030;3. 甘肃路桥第三公路工程有限责任公司,甘肃 兰州 730030)
[摘要]为了更好的应用无损检测方法,提高沥青路面压实质量监测水平,根据无核密度仪、探地
雷达法和车载检测法的技术原理,通过分析它们的技术特点,明确了各方法的使用条件和应用场合。无
核密度仪操作简单,实时性较好,可用于沥青路面压实度测量和离析判别;探地雷达自动化程度高,可
用于沥青层的压实度、厚度以及缺陷探测;车载检测技术与压路机械相结合,可用于压实施工过程,实
现压实度在线检测。
[关键词]路面工程;施工质量;压实度检测;无损检测
[中图分类号]U453.5 [文献标识码]B [文章编号]1001-554X(2021)04-0039-06
Research on nondestructive testing technology and application of asphalt
pavement compactness
HE Yu,GAO Xin-min,YANG Yong-qiang,GUO Hong-jun
压实是路面施工中影响路面性能和工程质量
的重要工序,若压实度达不到要求可能会导致路
面过早损坏并影响交通运营,造成经济损失。沥
青路面压实质量控制指标主要有压实度和压实均匀
度[1]
。但这两个指标中压实度是关键指标,没有
合格的压实度,后面的指标就无从谈起。所以,压
实度测量及其测量的准确性、快速性在公路等施工
建设的质量保障中就显得十分重要。在新一轮道路
新建的大背景下,各种无损检测技术在施工中的应
用引起了学者的广泛关注[2]
。
王海涛[3]
、Plati[4]
等研究了路面雷达无损检
测在不同沥青路面压实度测量中的使用,结果表明
该技术可以对全线路面的工程质量实现快速、连
续、无损的检测,并且能准确评价路面压实度质
量;吴泳钿等[5]
将无核密度仪和激光纹理仪结合
起来,实现了对施工压实度质量的动态控制;陈晓
亮等[6]
通过对无损检测技术在高速公路施工检测
中的应用研究,提出可以建立对压实度等关键指标
的评价体系;汪学斌等[7]
通过国内外文献调研,
分析了国外压实度在线无损检测技术的现状,并得
出其可以准确反映铺层材料压实情况的结论。近年
来,国外压实度检测技术不断发展,连续压实检测不断地应用在路面施工质量的监控系统中[8,9]
。
因此,无损检测技术的应用研究对今后压实度检测
技术的发展和工程应用具有重要的参考意义。
1 取芯法
取芯法是我国施工技术规范规定的测量沥青
混凝土路面密实度的方法。取芯法采用取芯机在沥
青路面上取芯,送往实验室测定芯样的毛体积密度
ρ
s以及确定标准密度ρ
0,最后将芯样的毛体积密度
与标准密度的比值作为压实度δ用来评定。压实度
按式(1)计算
0=100s
%
=+++VVVV
沥沥混合空空水水集集
0
031
=.
2r
rM
N
=++
amjtttt
/
rvc
=++
haammjjVVV
1 (1)
根据沥青混合料类型的不同,采用不同的测
定方法来测定芯样的毛体积密度,国内外常用的方法有蜡封法、水中重法、体积法等。
DOI:10.14189/j.cnki.cm1981.2021.04.002
[收稿日期]2020-11-18
[基金项目]甘肃省交通运输科技项目(2019-12),中央
高校基本科研业务费专项资金资助(300102250109)
[通讯地址]何禹,陕西省西安市长安大学本部科技大厦
Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.
专题研究
SPECIAL RESEARCH
40
建筑机械取芯法属于直接测量方法,能够准确反映取
芯部位的压实度情况。但是此方法用来评定一个路
段时需要多次取样,会对路面结构造成一定程度的
破坏,而且测量效率非常低。
2 无损检测方法
目前,压实度无损检测以核子及无核密度
仪、探地雷达波检测方法以及车载检测方法等为代
表性方法。
2.1 无核密度仪(PQI)
无核密度仪是相对于核子密度仪的一类密度
检测方法的总称,其在检测中不含放射性元素,
故名无核。之前,核子密度仪在国内外被广泛应
用,核子密度仪利用部分放射性元素(伽马源)发
出的伽马射线与被测材料相互作用时发生的康普
顿散射来判断被测材料的密实度。核子密度仪测量
速度快,测量所需人员少,用于测量各种路基路面
材料的密实度与含水量。但是核子密度仪因有放射
性,对健康不利,所以逐渐被无核密度仪等新技术
取代。
2.1.1 原理与系统组成
每一种材料都具有不同的介电常数和电导
率,被压材料的介电常数和电导率会随着其密实度
的不同而变化。利用这种介电特性测量密实度,最
具代表性的就是电磁密度仪。无核密度仪(PQI)
就是通过某种电磁波测得被压材料的介电常数和电
导率,然后对其介电常数和电导率进行分析,间接
导出被压材料的密实度[10,11]
。一台无核密度仪包
含了一个电磁波的发生器和对应的接收器,其间是
隔离环,原理如图1所示。
无核密度仪工作时利用仪器自带的发生器发
射某种电磁波,该电磁波在被压材料中传播时,
会因为材料的介电特性而发生能量的吸收和损
耗[12]
。由于材料的介电常数和电导率不同,电磁
波能量被吸收和损耗情况也存在差异。无核密度仪
通过一种由感应板和被测材料组成的环状电子电容
感应场来测定并推导材料的介电常数,然后通过其
中的微处理器将电信号处理运算成材料的密度。研
究表明,沥青混合料的介电常数与其组分(集料、
沥青、空气等)的介电常数具有函数关系。实际中,应用最广泛的介电混合模型是沥青面层的均方
根模型和线性模型[12],如下
%
=+++VVVV
沥沥混合空空水水集集
0
031
=.
2r
rM
N
=++
amjtttt
/
rvc
=++
haammjjVVV
1
11
.+.h
mb
bs
bsbmmG
PP
GGG
2=
MVA
CS
A
d
effBEFs
11
dd
deff
effBB
szE
PFsFvt
TTT
fFFmavt
(2)
%
=+++VVVV
沥沥混合空空水水集集
=+++VVVV
沥沥混合空空水水集集
=++
amjtttt
/
rvc
=++
haammjjVVV
1
11
.+.h
mb
bs
bsbmmG
PP
GGG
2=
MVA
CS
A
d
effBEFs
11
dd
deff
effBB
szE
PFsFvt
TTT
fFFmavt
(3)
显示器键盘
微处理器
测量电路
隔离环
测量区域电磁波发生器接收器接收器
被测材料Sensor
图1 无核密度仪原理图
沥青混合物极其复杂,要考虑到多方面的因
素才能让介电模型更准确。目前使用的无核密度仪
(PQI)的参数变量已经达到40~50个,充分考虑
了各因素的影响。有了比较准确的介电模型,然后
根据Lorentz假设和Clausius-Mossotti equation(克
劳修斯-莫索提方程)推导出介电常数与密度之间
的关系如下
%
=+++VVVV
沥沥混合空空水水集集
=+++VVVV
沥沥混合空空水水集集
0
031
=.
2r
rM
N
=++
haammjjVVV
1
11
.+.h
mb
bs
bsbmmG
PP
GGG
2=
MVA
CS
A
d
effBEFs
11
ddeff
effBBE
PFsFvt
TTT
(4)
式中 M为电介质的摩尔质量;ρ为电介质的密
度;N
0为阿伏伽德罗常数;α为质点的极化率;ε
0
为真空介电常数;ε
r为材料介电常数。
当电介质一定时,式(4)中极化率α就为常
数,则密度ρ与((ε
r-1)/(ε
r+2))就成正比。那
么介质的介电常数就与其密度具有很大的相关性,
所以可以利用这个原理建立密度预测模型来预测介
质的密度。
无核密度仪正是运用了这个原理,通过环形
电场测得混合料的介电常数,然后通过内置的电路
和处理器将其计算转化成我们所需的压实度值。
Copyright©博看网 www.bookan.com.cn. All Rights Reserved.