肖立波

(中鐵二局 工程測(cè)試中心，成都 610031)

在瀝青路面施工過(guò)程中，瀝青混凝土面層壓實(shí)度是一個(gè)重要控制指標(biāo)。怎樣快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出路面壓實(shí)度對(duì)保證施工進(jìn)度和及時(shí)反映施工質(zhì)量顯得尤為重要。目前檢測(cè)瀝青路面壓實(shí)度主要方法有傳統(tǒng)的鉆芯(表干法、蠟封法、水中重法)和核子密度儀法等。鉆芯取樣對(duì)路面會(huì)造成不同程度的破壞、瀝青面層各層密度通常是先通過(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣，然后將樣芯送往實(shí)驗(yàn)室。采用表干法、水中重法、蠟封法等進(jìn)行測(cè)定。鉆芯取樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力，試驗(yàn)結(jié)果受人為因素和設(shè)備等影響較大，準(zhǔn)確性和可靠性難以保證且具滯后性，不能滿足在瀝青路面面層碾壓過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的要求。核子密度儀雖然能夠做到對(duì)路面實(shí)行無(wú)損的快速檢測(cè)，但是需要向路面發(fā)射放射線，對(duì)人體的健康造成危害，并且測(cè)試速度相對(duì)2701B型無(wú)核密度儀較慢，本文針對(duì)2701B無(wú)核密度儀用于檢測(cè)瀝青面層壓實(shí)度時(shí)的檢測(cè)精度和應(yīng)用與水中重法進(jìn)行了對(duì)比分析和詳細(xì)研究。

1 無(wú)核密度儀

2701B型無(wú)核密度儀是由美國(guó) Troxler公司生產(chǎn)的一種新型密度檢測(cè)儀器，該儀器使用電磁敏感技術(shù)作為密度測(cè)試原理，能快速、可靠地給出測(cè)試結(jié)果。2701B既能用于現(xiàn)有的瀝青道路，也能用于現(xiàn)鋪的瀝青面層。也可以用于快速檢查離析、低密度區(qū)及道路的均一性。2701B具有以下特點(diǎn)。

1)儀器重量輕，測(cè)量速度快，在2 s內(nèi)顯示測(cè)量結(jié)果，能節(jié)省檢測(cè)時(shí)間和費(fèi)用，具有高效、易用及靈活等特點(diǎn)。

2)采用無(wú)放射源電磁敏感技術(shù)作密度測(cè)試，故不需要政府許可證或特殊培訓(xùn)。

3)不需要對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行濕度和溫度修正。

4)能存儲(chǔ)999個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)供以后查閱、打印或下載。儀器有30個(gè)按鍵和帶背光的4行20個(gè)字符的大屏幕LCD顯示，使其不僅在白天還是黑夜均可讓操作人員更容易看清。

5)運(yùn)輸箱內(nèi)含有一塊作為儀器與工廠標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)數(shù)使用的金屬板，方便在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)標(biāo)定。

6)在其底部有一塊可更換的保護(hù)蓋。該保護(hù)蓋對(duì)儀器的內(nèi)部電子元件起到熱保護(hù)及防止底部磨損的作用。

7)先進(jìn)軟件提供三種測(cè)試模式(連續(xù)、平均和離析)，使其更靈活，用途更廣。為了更容易使用，該軟件還提供自動(dòng)計(jì)算功能(如平均密度、壓實(shí)度、空隙率等)。

8)儀器的測(cè)試結(jié)果可以用密度偏差補(bǔ)償、綜合標(biāo)定(斜率調(diào)整)來(lái)提高測(cè)試精度。

2 儀器標(biāo)定

2701B通過(guò)測(cè)定得到瀝青面層的不同特性值(介電常數(shù))，然后同已知密度的混合料的特性值進(jìn)行比較。對(duì)于不同類型的瀝青混合料，2701B測(cè)定的特性值也不同。因此，為了得到準(zhǔn)確的密度測(cè)定值，須對(duì)測(cè)定的混合料進(jìn)行標(biāo)定。一旦對(duì)于每種特定的混合料標(biāo)定后，如果該種混合料被繼續(xù)使用，標(biāo)定參數(shù)在以后仍將有效。2701B標(biāo)定有密度偏差補(bǔ)償、綜合標(biāo)定(斜率調(diào)整)兩種方法，具體標(biāo)定步驟如下述。

1)在測(cè)試路面上選定一個(gè)干燥而沒有污染的區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選定10個(gè)測(cè)試點(diǎn)(分別為1#，2#，…，10#測(cè)點(diǎn))，用粉筆在各測(cè)點(diǎn)上做好標(biāo)記以備取芯用。

2)將儀器置于1#測(cè)點(diǎn)位置，按下 ＜Enter/Start＞鍵，不要接觸儀器，然后等待讀數(shù)完成，記錄密度值。將儀器順(逆)時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng) 90°、180°、270°。用同樣的方法和步驟測(cè)定這3個(gè)方向的密度值，取以上4個(gè)讀數(shù)的平均值作為此點(diǎn)的密度值。這樣可以減小路面材料可能存在的各向異性和人為操作對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

3)采用相同的測(cè)試方法分別測(cè)定剩余測(cè)點(diǎn)位置的密度值。

4)分別在10個(gè)測(cè)點(diǎn)處鉆芯取樣，記錄10個(gè)芯樣的實(shí)驗(yàn)室密度。

5)計(jì)算2701B密度值和芯樣密度的凈差值，由于測(cè)量值的最大最小值之差 ＜48 kg/m3，所以不能使用綜合標(biāo)定(斜率調(diào)整)方法校正，取10個(gè)凈差值的平均值作為標(biāo)定的密度偏差補(bǔ)償儲(chǔ)存在儀器中，相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 2701B標(biāo)定過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù) kg/m3

3 2701B型無(wú)核密度儀在壓實(shí)度檢測(cè)中的應(yīng)用

云南廣南(雞街)至硯山高速公路是國(guó)家“五縱七橫”國(guó)道主干線衡陽(yáng)—南寧—昆明公路滇境中的一段，地處云南東南部，是云南通往廣西及沿海港口的運(yùn)輸大動(dòng)脈。路線總體走向?yàn)橛蓶|向西，路線起于廣南縣曙光鄉(xiāng)小水井(K151+600)，連接擬建的富寧至廣南高速公路，路線從雞街向西展線升坡，經(jīng)曙光、曬甲，過(guò)珠街、那灑，沿貴馬河右岸布線、六詔、者臘，向西止于硯山城腳村(K225+500)，扣除斷鏈后路線里程長(zhǎng)73.900 46 km。主線設(shè)計(jì)為雙向四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速為80 km/h，主線面層結(jié)構(gòu)為8 cm AC-25C瀝青混凝土下面層+6 cm AC-20C瀝青混凝土中面層+4 cm AC-16C瀝青混凝土上面層(改性瀝青)。其中中、下面層瀝青為中石油廣東茂名分公司產(chǎn)70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青，上面層改性瀝青為浙江蘭亭高科產(chǎn)SBS聚合物改性瀝青(Ⅰ-D型)，面層各層瀝青混合料生產(chǎn)配合比見表2、表3、表4所示。

表2 云南廣硯高速公路路面2合同段下面層AC-25C生產(chǎn)配合比

表3 云南廣硯高速公路路面2合同段中面層AC-20C生產(chǎn)配合比

表4 云南廣硯高速公路路面2合同段上面層AC-16C生產(chǎn)配合比

3.1 實(shí)測(cè)一

2008年2月，在廣硯高速公路路面2合同段所施工的AC-25C型瀝青下面層中選擇K182+770—K183+650右幅為測(cè)試路段，隨機(jī)選取10個(gè)點(diǎn)位作為測(cè)試點(diǎn)，先用2701B無(wú)核密度儀進(jìn)行測(cè)試，取4個(gè)不同方向測(cè)試值(0°、90°、180°、270°)的平均值，然后在相同的位置進(jìn)行鉆芯取樣，芯樣密度采用室內(nèi)水中重法測(cè)定。測(cè)試結(jié)果及分析如表5、圖1所示。

表5 AC-25C型下面層測(cè)試數(shù)據(jù)與芯樣密度統(tǒng)計(jì)

圖1 AC-25C型芯樣密度與2701B測(cè)試密度的對(duì)比關(guān)系

由表5、圖1可以看出:AC-25C型瀝青下面層的2701B測(cè)定密度單點(diǎn)4個(gè)方向數(shù)值變化較大，密度最大均方差為72.7 kg/m3，說(shuō)明離散性較大，平均值與取芯密度值的誤差有1處超過(guò)1.5%(為1.97%)，其他各處誤差均在1.5%之內(nèi)。

3.2 實(shí)測(cè)二

2008年3月，在廣硯高速公路路面2合同段所施工的AC-20C型瀝青中面層中選擇K190+770—K191+470右幅為測(cè)試路段，隨機(jī)選取10個(gè)點(diǎn)位作為測(cè)試點(diǎn)，先用2701B無(wú)核密度儀進(jìn)行測(cè)試，取4個(gè)不同方向測(cè)試值(0°、90°、180°、270°)的平均值，然后在相同的位置進(jìn)行鉆芯取樣，芯樣密度采用室內(nèi)水中重法測(cè)定。測(cè)試結(jié)果及分析如表6所示。

表6 AC-20C型中面層測(cè)試數(shù)據(jù)與芯樣密度統(tǒng)計(jì)

由表6可以看出:AC-20C型瀝青中面層的2701B測(cè)定密度單點(diǎn)4個(gè)方向數(shù)值變化較小，最大均方差為18.2 kg/m3，其余均方差均在10 kg/m3以下，說(shuō)明離散性較小，平均值與取芯密度值的誤差均沒有超過(guò)1%。

3.3 實(shí)測(cè)三

2008年4月，在廣硯高速公路路面2合同段所施工的AC-16C型改性瀝青上面層中選擇K185+000—K186+000左幅為測(cè)試路段，隨機(jī)選取10個(gè)點(diǎn)位作為測(cè)試點(diǎn)，先用2701B無(wú)核密度儀進(jìn)行測(cè)試，取4個(gè)不同方向測(cè)試值(0°、90°、180°、270°)的平均值，然后在相同的位置進(jìn)行鉆芯取樣，芯樣密度采用室內(nèi)水中重法測(cè)定。測(cè)試結(jié)果及分析如表7所示。

表7 AC-16C型上面層測(cè)試數(shù)據(jù)與芯樣密度統(tǒng)計(jì)

由表7可以看出:AC-16C型瀝青上面層的2701B測(cè)定密度單點(diǎn)4個(gè)方向數(shù)值變化較小，最大均方差為13.0 kg/m3，其余均方差均在10 kg/m3以下，說(shuō)明離散性較小，平均值與取芯密度值的誤差均沒有超過(guò)1%。

4 2701B型無(wú)核密度儀在壓實(shí)度檢測(cè)中的應(yīng)用分析

2701B值反映的是儀器底面下材料密度的平均值，因此在檢測(cè)時(shí)要求儀器底面必須攤鋪平整，確保儀器底面與被測(cè)定層完全接觸。測(cè)定層表面不干凈、有松散體或測(cè)定層路面潮濕等都會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果有較大影響。通過(guò)對(duì)以上三個(gè)路段的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，AC-25C，AC-20C及AC-16C實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與芯樣密度的相關(guān)線性關(guān)系 R2分別為0.703 1，0.839 4和0.893 3，說(shuō)明 AC-20C及AC-16C線性關(guān)系較好，而 AC-25C離散性稍大。顯然，2701B較適用于構(gòu)造深度小、公稱最大粒徑較小的瀝青層密度測(cè)定，測(cè)定結(jié)果比較可靠。而對(duì)于構(gòu)造深度較大、公稱最大粒徑較大的瀝青層密度測(cè)定結(jié)果離散性要大一些，因?yàn)闉r青混合料的粒徑較大，在施工過(guò)程中發(fā)生集料離析的可能性增加。使得路面的均勻性降低，路面材料表現(xiàn)出更大的各向異性。因此2701B測(cè)定較大粒徑的瀝青混合料路面的密度時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果的離散性也相對(duì)較大一些。

5 結(jié)語(yǔ)

瀝青面層的密度檢測(cè)是路面工程質(zhì)量控制中最重要的工作內(nèi)容之一。通過(guò)以上的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，證明使用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的2701B無(wú)核密度儀測(cè)量公稱最大粒徑較小瀝青面層密度具有較高的精度，測(cè)量誤差能夠控制在2%以內(nèi)，可以用于瀝青面層施工中密度的實(shí)時(shí)、快速無(wú)損檢測(cè)，對(duì)保證工程進(jìn)度、確保施工質(zhì)量具重要意義，具有良好的應(yīng)用前景。

［1］郭大進(jìn)，孫建華，王迪昀，等.無(wú)核密度儀在瀝青面層壓實(shí)度檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.公路交通科技，2007(6):50-52.

［2］彭余華，習(xí)紅軍，李芳芳，等.無(wú)核密度儀在瀝青路面密度測(cè)定中的應(yīng)用［J］.施工機(jī)械和施工技術(shù)，2008(6):47-50.

［3］張俊標(biāo)，徐科.無(wú)核密度儀在瀝青路面檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(6):13-16.

［4］中華人民共和國(guó)交通部.JTJ073.2—2001 公路瀝青面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2001.

［5］中華人民共和國(guó)交通部，JTG H20—2007 公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:人民交通出版社，2007.