無核密度儀檢測瀝青路面壓實度的影響因素研究

譚楷模，禤煒安

(1.廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007；2.廣西道路結構與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007)

0 引言

根據國家統計局數據顯示，截至2019年年底，我國現有高速公路總里程為14.96萬km，一級公路總里程為1.71萬km，瀝青路面因其行車舒適性好、鋪筑效率高、維修成本低等優點，在高速公路及一級公路路面中占有較大比例。瀝青路面作為高等級公路的主要結構形式，通車運營后，卻極易出現擁包、車轍、推移等病害，這些病害通常是由于瀝青混合料壓實度不足，在行車荷載作用下發生“再壓實”，導致路面變形，甚至出現裂縫，進而引發更嚴重的病害，縮短路面使用壽命，因此壓實度是瀝青路面重要的質量評定指標。目前瀝青路面壓實度常見的檢測方法有鉆芯取樣法、無核密度儀法、核子密度儀法。施工現場壓實度檢測最常用的是鉆芯取樣法，其操作簡單，可靠性高，但存在檢測效率低、對路面造成破損等缺點[1]。無核密度儀則彌補了這些缺陷，具有良好的應用前景。

無核密度儀最早由美國TransTech發明，但是初代無核密度的檢測深度≤3 cm，且受到環境因素影響較大，檢測精度較低，而后經過多代發展與改進，目前市面上的無核密度儀已具有較高的檢測精度。無核密度儀是通過測定材料本身的導電特性來計算材料密度從而測定出壓實度，因此其會受到材料內部特性、表面特性、溫度、濕度等眾多因素的影響。瀝青混合料作為瀝青、集料及各種外加劑組成的復合復雜材料，無核密度儀對其的檢測將更加困難并值得探討研究。本文將從無核密度儀檢測原理及檢測精度影響因素出發進行研究，以期對施工現場的壓實檢測提供建議。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

1.1.1 基質瀝青

本文試驗用瀝青選擇東海牌70#基質瀝青，其技術指標測試結果如表1所示。

表1 70#基質瀝青技術指標檢測結果表

1.1.2 礦料

本文試驗用的粗細集料均采用安徽省青陽縣產石灰巖，礦粉由石灰巖磨制，其主要性能指標如表2所示。

表2 礦料主要性能指標檢測結果表

1.2 試驗方案

本文壓實度檢測采用無核密度儀與鉆芯法測定。參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)采用輪碾法成型300 mm×300 mm×50 mm車轍板試件，在常溫下冷卻24 h后脫模，再采用室內小型鉆芯機進行鉆芯取樣，然后分別采用無核密度儀法與鉆芯法測定試件壓實度。

1.3 評價指標

本文通過計算無核密度儀與鉆芯法檢測的壓實度差值，然后采用5組平行試驗差值的均值作為檢測精度評價指標，如式(1)所示：

(1)

Ci1——無核密度儀壓實度檢測值；

Ci2——鉆芯法壓實度檢測值。

2 無核密度儀檢測原理與影響因素

無核密度儀通過脈沖發生器對被測材料釋放階梯式的電磁脈沖，電磁脈沖通過被測物體時會因材料的介電常數不同而發生不同程度的衰減，無核密度儀再通過環形電子電容感應場收集信息，利用時域反射計技術，測定脈沖在材料中的傳播時間和電壓信號，再通過主機對獲得的時間與電壓信息進行計算，獲得被測材料的介電常數和電導率值，最后換算成材料的密度[2]。無核密度儀的工作原理及過程如圖1所示。

圖1 無核密度儀工作原理及過程示意圖

因此，無核密度儀在檢測瀝青路面時的壓實度會受到材料本身特性、溫度、濕度等因素的影響。據此，本文開展瀝青混合料級配、溫度及表面濕度對無核密度儀檢測精度影響的研究。

3 檢測精度影響因素研究

3.1 級配對檢測精度的影響

采用AC-25型密級配和ATPB-25型開級配作為本節研究級配，得出對無核密度儀檢測精度產生影響的試驗級配。有關級配組成如表3所示。

表3 AC-25型與ATPB-25型級配組成表

按照試驗方法測定的混合料壓實度并計算無核密度儀測試精度，如表4所示。

表4 級配對檢測精度影響結果表

由表4可知，無核密度儀對AC-25及ATPB-25的檢測精度分別為1.14、1.76，對密級配混合料的檢測精度較高。AC-25型密級配中各粒徑集料相互嵌擠密實，混合料空隙率較低[3]，而ATPB-25型級配中粗集料較多，礦料相互撥開形成骨架，混合料空隙率較低，說明無核密度儀更適合密級配混合料的壓實度檢測。

3.2 溫度對檢測精度的影響

瀝青路面碾壓終壓溫度通常為80 ℃。本文選取80 ℃、60 ℃、40 ℃、20 ℃作為溫度對檢測精度的影響因素，采用AC-25型級配成型試件，取同一車轍板鉆芯試件進行同組平行試驗。先將試件置于烘箱中加熱至試驗溫度，然后進行無核密度儀測試，在常溫條件下進行鉆芯法密度測試。試驗結果如表5和圖2所示。

表5 溫度對檢測精度影響表

圖2 溫度關系曲線圖

3.3 表面濕度對檢測精度的影響

水分會對無核密度儀的測試材料介電常數產生影響，本節將就濕度對混合料壓實度測試精度的影響展開研究。采用灑水壺以試件圓心為中心，順時針在試件表面均勻灑水，灑水量依次為10mL、20mL、30mL、40mL，然后采用無核密度儀測試試件壓實度。對照組為取自同一車轍板的表面干燥的試件，并采用鉆芯法測試壓實度。試驗結果如后頁表6所示，并根據灑水量與試驗結果繪制關系圖如后頁圖3所示。

表6 濕度對檢測精度影響表

圖3 灑水量關系曲線圖

4 結語

為探討無核密度儀在瀝青路面壓實度檢測時對精度影響的因素，本文對級配、溫度及表面濕度三個因素展開了研究，得出結論如下：無核密度儀對密級配混合料的檢測精度較高；當試件溫度>40 ℃后，溫度對檢測結果精度影響較大；當試件表面灑水量≤30mL時，無核密度儀檢測精度較高，檢測結果可靠。