基于無損檢測技術的瀝青路面非均勻性評價

周 浩

(湖南省交通科學研究院有限公司，湖南 長沙 410015)

基于無損檢測技術的瀝青路面非均勻性評價

周 浩

(湖南省交通科學研究院有限公司，湖南 長沙 410015)

介紹了瀝青混凝土路面非均勻性的無損檢測方法，使用無核密度儀PQI和激光紋理儀MTM分析評價了某高速公路瀝青路面的非均勻性狀況，使用結果證明PQI和MTM無損檢測技術對指導瀝青路面施工、提高瀝青路面施工質量效果明顯。

非均勻性，離析，MTM，PQI

0 引言

我國高速公路建設速度非常快，如今已超過美國通車總里程位居世界第一，同時建造技術也有很大的提高，公路建設質量得到了有效保障。但是有的瀝青路面開放交通后，不久就會出現不同程度的車轍、開裂、泛油、沉陷等早期破壞，交通部門為此每年都要投入一筆很大的維護費用。經研究發現，瀝青路面發生的早期破壞現象同瀝青混合料的離析密切相關。離析是指路面某一區域內瀝青混合料的非均勻性，瀝青路面施工過程中如發生混合料離析將會使瀝青路面的破壞速度加快。

非均勻性是瀝青路面早期病害的重要原因，而缺乏瀝青路面非均勻性實時檢測控制的方法和標準是路面病害始終不能得到解決的關鍵。現在非均勻性越來越受到重視，出現了許多非均勻性無損檢測的新方法，如熱成像、探地雷達、激光紋理儀、無核密度儀等。然而，實踐證明其中一些技術方法并不完全適用。本文綜合國內外非均勻性無損檢測方法，提出了結合無核密度儀PQI和激光紋理儀MTM對瀝青路面進行非均勻性的綜合評價方法。

1 無核密度儀評價瀝青路面非均勻性

1.1 無核密度儀工作原理

無核密度儀(PQI)通過無損檢測路面密度來反映瀝青混合料的非均勻性，PQI主要檢測瀝青路面的內部離析，檢測速度快。PQI的工作原理是遵循瀝青混凝土材料密度和電感成正比的關系，通過儀器內部電路信號發射電磁波和吸收電磁波實測電感轉換計算出瀝青路面的密度(見圖1)。

1.2 無核密度儀評價標準

由于PQI檢測不同的瀝青混合料其特性值不同，所以，要想提高瀝青路面所檢測部位的現場密度的準確度，在開始檢測之前，我們首先應該當場對PQI做標定。下面推薦一種比較實用的無核密度儀標定方法：首先在瀝青混凝土路面上選擇一個干凈平整無雜物的試驗段，長度取150 cm，寬度取75 cm，在這個矩形面內劃分五個圓形圖案，如圖2所示。然后我們將無核密度儀逐步放在矩形面內的五個圓圈上方，逐一按如圖3所示測量圓形圖案5個位置的密度。測量后逐一在5個圓形圖案中心鉆芯，測量所取芯樣的實際密度。分別算出無核密度儀在5個圓形圖案的測量均值和所取芯樣的實際密度凈差值，凈差值代表無核密度儀所測密度值和實測密度值的相對差值。把相對差值輸入無核密度儀，在檢測過程中起校正的作用，大大提高無核密度儀檢測結果的真實性與準確度。

瀝青混合料密度和空隙率有很好的相關性，依照PQI現場測量出的混合料密度數據，通過最大相對理論密度算出各測量位置的空隙率，按照空隙率范圍劃分推薦離析程度評判標準，見表1。

表1 某高速公路中下面層PQI離析程度評判標準

1.3 無核密度儀實測結果評價

本研究通過PQI實測對湖南省某高速公路瀝青路面中面層全幅攤鋪路段進行了測量，采用上述表1無核密度儀離析程度評判標準評價路面施工非均勻性。通過實測路面空隙率并對照表1推薦的PQI判斷方法，得出該瀝青混凝土中面層：離析程度重度粗離析比例為1.82%，中度粗離析比例為18.18%，細離析比例為11.81%，非離析比例為68.19%。根據檢測結果統計后得到了測量路段前15 m范圍內的離析分析灰度圖(見圖4)。

離析分析灰度圖可直觀反映出路面施工均勻性狀況，該段路面施工均勻性控制不是很好，并得到如下信息：

1)在灰度圖中有一條比較清楚的沿攤鋪方向的細離析帶，該位置發生了級配離析，測量路段正中央細集料比較集中。具體處置方法可通過調整螺旋布料器使瀝青混合料在攤鋪機中均勻地填充，來避免這種現象。

2)全幅攤鋪必然增加了布料的長度和時間，輸料造成粗集料過多地集中在攤鋪機兩端，這樣會使混合料的溫度降低更多，發生溫度離析使混合料壓實更加困難，在灰度圖上形成了縱向粗離析帶，所以在施工中應當合理控制攤鋪機的寬度，減少端部離析。

3)另外在混合料壓實過程中技術人員指導不到位，壓實方法不正確，壓實不均勻都會造成路面局部離析。

2 激光紋理儀評價瀝青路面非均勻性

2.1 激光紋理儀工作原理

激光紋理儀(MTM)設備輕便，檢測結果精度高，連續測量速度快。MTM工作原理通過發射紅外光線到瀝青路面表面，再接收路面反射回來的反射光，然后確定MTM發射光與道路反射光之間的夾角。根據角度得到兩者的距離再算出路表的構造深度(見圖5)。

2.2 激光紋理儀評價標準

MTM采集整段被檢測路面的構造深度數據相對容易完成，但是不同的評價分析方法的最終結果差別明顯，所以對MTM測量數據使用哪一種分析方法是正確評價路面施工非均勻性的關鍵。因而，研究一種可以減少人為干擾，可以切實反映路表面非均勻性的方法，對于MTM評價瀝青路表的非均勻性、指導施工意義重大。

在發生離析地段的瀝青路面構造將比沒有發生離析的路段表面更加粗糙或者致密，本文提出了以上述2種路表面的構造深度比值作為評價指標，分析離析程度通過直接測量的構造深度值同期望值的比值來確定。確認路面的構造深度期望值時，可通過MTM測量沒有發生離析的路表構造深度值的均值，也可以通過按目標配合比和獲批的生產配合比制作出來的標準試件測量得到的構造深度值作為期望值。

綜合國內外關于MTM的研究成果，本研究把離析程度劃分成5個等級：細離析、非離析、輕度離析、中度離析和重度離析。路面的構造深度期望值確定以后，離析程度分級定量界限采用路面構造深度MTM測量值同期望值的比值，然后依據等級標準分級。

2.3 激光紋理儀實測結果評價

本文選擇某高速K34+50～K35+40左幅和K14+000～K14+100左幅2段有代表性的路段，每段路面長度為100 m，用度量尺對這兩個路段區域內的面積劃分出縱向和橫向的網格線，測量時用手推動MTM沿著選定的路段按縱向以3 km/h～6 km/h的行進速度前進，如圖6所示，推動前進每10 m就可以得到一個測區的測量平均值。

表2 檢測路面離析統計表

%

通過計算MTM測量路段的構造深度值和期望值兩者的比值，參照MTM測量判斷標準得到所測兩段路面的離析灰度圖，如圖7,圖8所示，該圖形能夠很好地反映施工路段表面離析程度，通過MTM測量的路段表面離析統計表如表2所示。從圖7，圖8分析試驗結果可知K34+50～K35+40左幅路段整體施工的表面均勻性相對控制較好，并且K34+50～K35+40左幅路段的路面施工效果要好于K14+000～K14+100左幅路段，而K14+000～K14+100左幅路段施工不夠理想，該段路面施工中細離析占比32.4%，從灰度圖中發現在靠近路肩的一側以及在攤鋪機的中間位置出現了非常突出的細離析帶，這個檢測結果同PQI檢測結果基本一致。該結果同樣說明攤鋪機的質量存在瑕疵，施工路段上在一定范圍內出現了級配離析，施工單位應該引起重視，對設備進行調整。

3 結語

非均勻性是瀝青路面早期病害的重要原因，非均勻性嚴重降低了瀝青路面的路用性能和使用壽命。本研究使用無核密度儀PQI和激光紋理儀MTM進行檢測，同時能快捷、方便地獲取大量的測量數據進行數理統計和分析。通過MTM路表檢測和PQI內部檢測相結合綜合評價瀝青混凝土路面的非均勻性狀況，分析路面的施工質量控制水準。總之，無損檢測技術通過實時分析非均勻性，對指導瀝青路面施工、提高瀝青路面施工質量有很好的效果，意義重大。

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Non uniformity evaluation of asphalt pavement based on nondestructive testing technology

Zhou Hao

(HunanCommunicationsScienceResearchInstituteCo.,Ltd,Changsha410015,China)

This paper introduces the nondestructive testing method for the heterogeneity of asphalt concrete pavement. The non uniformity of asphalt pavement on a highway is evaluated by using nuclear density meter PQI and laser texturing analyzer MTM. The result shows that the nondestructive testing technology of PQI and MTM is effective in guiding the construction of asphalt pavement and improving the quality of asphalt pavement construction.

non-uniformity, segregation, MTM, PQI

1009-6825(2017)20-0158-03

2017-05-04

周 浩(1990- )，男，碩士，助理工程師

U416.217

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