譚楷模，禤煒安

(1.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007)

0 引言

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截至2019年年底，我國現(xiàn)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(yōu)點(diǎn)，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(jié)構(gòu)形式，通車運(yùn)營后，卻極易出現(xiàn)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(shí)度不足，在行車荷載作用下發(fā)生“再壓實(shí)”，導(dǎo)致路面變形，甚至出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而引發(fā)更嚴(yán)重的病害，縮短路面使用壽命，因此壓實(shí)度是瀝青路面重要的質(zhì)量評定指標(biāo)。目前瀝青路面壓實(shí)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(xiàn)場壓實(shí)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(diǎn)[1]。無核密度儀則彌補(bǔ)了這些缺陷，具有良好的應(yīng)用前景。

無核密度儀最早由美國TransTech發(fā)明，但是初代無核密度的檢測深度≤3 cm，且受到環(huán)境因素影響較大，檢測精度較低，而后經(jīng)過多代發(fā)展與改進(jìn)，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(dǎo)電特性來計(jì)算材料密度從而測定出壓實(shí)度，因此其會受到材料內(nèi)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(fù)合復(fù)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(fā)進(jìn)行研究，以期對施工現(xiàn)場的壓實(shí)檢測提供建議。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

1.1.1 基質(zhì)瀝青

本文試驗(yàn)用瀝青選擇東海牌70#基質(zhì)瀝青，其技術(shù)指標(biāo)測試結(jié)果如表1所示。

表1 70#基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果表

1.1.2 礦料

本文試驗(yàn)用的粗細(xì)集料均采用安徽省青陽縣產(chǎn)石灰?guī)r，礦粉由石灰?guī)r磨制，其主要性能指標(biāo)如表2所示。

表2 礦料主要性能指標(biāo)檢測結(jié)果表

1.2 試驗(yàn)方案

本文壓實(shí)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(yàn)規(guī)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(nèi)小型鉆芯機(jī)進(jìn)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(shí)度。

1.3 評價(jià)指標(biāo)

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

(1)

Ci1——無核密度儀壓實(shí)度檢測值；

Ci2——鉆芯法壓實(shí)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(fā)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(shí)會因材料的介電常數(shù)不同而發(fā)生不同程度的衰減，無核密度儀再通過環(huán)形電子電容感應(yīng)場收集信息，利用時(shí)域反射計(jì)技術(shù)，測定脈沖在材料中的傳播時(shí)間和電壓信號，再通過主機(jī)對獲得的時(shí)間與電壓信息進(jìn)行計(jì)算，獲得被測材料的介電常數(shù)和電導(dǎo)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(shí)的壓實(shí)度會受到材料本身特性、溫度、濕度等因素的影響。據(jù)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(jié)研究級配，得出對無核密度儀檢測精度產(chǎn)生影響的試驗(yàn)級配。有關(guān)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(yàn)方法測定的混合料壓實(shí)度并計(jì)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(jié)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(shí)，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(shí)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(jìn)行同組平行試驗(yàn)。先將試件置于烘箱中加熱至試驗(yàn)溫度，然后進(jìn)行無核密度儀測試，在常溫條件下進(jìn)行鉆芯法密度測試。試驗(yàn)結(jié)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(guān)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(shù)產(chǎn)生影響，本節(jié)將就濕度對混合料壓實(shí)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(shí)針在試件表面均勻?yàn)⑺?，灑水量依次?0mL、20mL、30mL、40mL，然后采用無核密度儀測試試件壓實(shí)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(shí)度。試驗(yàn)結(jié)果如后頁表6所示，并根據(jù)灑水量與試驗(yàn)結(jié)果繪制關(guān)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(guān)系曲線圖

4 結(jié)語

為探討無核密度儀在瀝青路面壓實(shí)度檢測時(shí)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(jié)論如下：無核密度儀對密級配混合料的檢測精度較高；當(dāng)試件溫度>40 ℃后，溫度對檢測結(jié)果精度影響較大；當(dāng)試件表面灑水量≤30mL時(shí)，無核密度儀檢測精度較高，檢測結(jié)果可靠。