浅谈2701B型无核密度仪在沥青面层压实度检测中的应用

肖立波

(中铁二局 工程测试中心，成都 610031)

在沥青路面施工过程中，沥青混凝土面层压实度是一个重要控制指标。怎样快速、准确地检测出路面压实度对保证施工进度和及时反映施工质量显得尤为重要。目前检测沥青路面压实度主要方法有传统的钻芯(表干法、蜡封法、水中重法)和核子密度仪法等。钻芯取样对路面会造成不同程度的破坏、沥青面层各层密度通常是先通过在施工现场钻芯取样，然后将样芯送往实验室。采用表干法、水中重法、蜡封法等进行测定。钻芯取样费时费力，试验结果受人为因素和设备等影响较大，准确性和可靠性难以保证且具滞后性，不能满足在沥青路面面层碾压过程中进行实时检测的要求。核子密度仪虽然能够做到对路面实行无损的快速检测，但是需要向路面发射放射线，对人体的健康造成危害，并且测试速度相对2701B型无核密度仪较慢，本文针对2701B无核密度仪用于检测沥青面层压实度时的检测精度和应用与水中重法进行了对比分析和详细研究。

1 无核密度仪

2701B型无核密度仪是由美国 Troxler公司生产的一种新型密度检测仪器，该仪器使用电磁敏感技术作为密度测试原理，能快速、可靠地给出测试结果。2701B既能用于现有的沥青道路，也能用于现铺的沥青面层。也可以用于快速检查离析、低密度区及道路的均一性。2701B具有以下特点。

1)仪器重量轻，测量速度快，在2 s内显示测量结果，能节省检测时间和费用，具有高效、易用及灵活等特点。

2)采用无放射源电磁敏感技术作密度测试，故不需要政府许可证或特殊培训。

3)不需要对测试结果进行湿度和温度修正。

4)能存储999个测试数据供以后查阅、打印或下载。仪器有30个按键和带背光的4行20个字符的大屏幕LCD显示，使其不仅在白天还是黑夜均可让操作人员更容易看清。

5)运输箱内含有一块作为仪器与工厂标准密度计数使用的金属板，方便在现场进行标准计数标定。

6)在其底部有一块可更换的保护盖。该保护盖对仪器的内部电子元件起到热保护及防止底部磨损的作用。

7)先进软件提供三种测试模式(连续、平均和离析)，使其更灵活，用途更广。为了更容易使用，该软件还提供自动计算功能(如平均密度、压实度、空隙率等)。

8)仪器的测试结果可以用密度偏差补偿、综合标定(斜率调整)来提高测试精度。

2 仪器标定

2701B通过测定得到沥青面层的不同特性值(介电常数)，然后同已知密度的混合料的特性值进行比较。对于不同类型的沥青混合料，2701B测定的特性值也不同。因此，为了得到准确的密度测定值，须对测定的混合料进行标定。一旦对于每种特定的混合料标定后，如果该种混合料被继续使用，标定参数在以后仍将有效。2701B标定有密度偏差补偿、综合标定(斜率调整)两种方法，具体标定步骤如下述。

1)在测试路面上选定一个干燥而没有污染的区域，在此区域内随机选定10个测试点(分别为1#，2#，…，10#测点)，用粉笔在各测点上做好标记以备取芯用。

2)将仪器置于1#测点位置，按下 ＜Enter/Start＞键，不要接触仪器，然后等待读数完成，记录密度值。将仪器顺(逆)时针方向转动 90°、180°、270°。用同样的方法和步骤测定这3个方向的密度值，取以上4个读数的平均值作为此点的密度值。这样可以减小路面材料可能存在的各向异性和人为操作对测试结果的影响，提高试验结果的准确度。

3)采用相同的测试方法分别测定剩余测点位置的密度值。

4)分别在10个测点处钻芯取样，记录10个芯样的实验室密度。

5)计算2701B密度值和芯样密度的净差值，由于测量值的最大最小值之差 ＜48 kg/m3，所以不能使用综合标定(斜率调整)方法校正，取10个净差值的平均值作为标定的密度偏差补偿储存在仪器中，相关数据如表1所示。

表1 2701B标定过程中的相关数据 kg/m3

3 2701B型无核密度仪在压实度检测中的应用

云南广南(鸡街)至砚山高速公路是国家“五纵七横”国道主干线衡阳—南宁—昆明公路滇境中的一段，地处云南东南部，是云南通往广西及沿海港口的运输大动脉。路线总体走向为由东向西，路线起于广南县曙光乡小水井(K151+600)，连接拟建的富宁至广南高速公路，路线从鸡街向西展线升坡，经曙光、晒甲，过珠街、那洒，沿贵马河右岸布线、六诏、者腊，向西止于砚山城脚村(K225+500)，扣除断链后路线里程长73.900 46 km。主线设计为双向四车道，设计时速为80 km/h，主线面层结构为8 cm AC-25C沥青混凝土下面层+6 cm AC-20C沥青混凝土中面层+4 cm AC-16C沥青混凝土上面层(改性沥青)。其中中、下面层沥青为中石油广东茂名分公司产70号A级道路石油沥青，上面层改性沥青为浙江兰亭高科产SBS聚合物改性沥青(Ⅰ-D型)，面层各层沥青混合料生产配合比见表2、表3、表4所示。

表2 云南广砚高速公路路面2合同段下面层AC-25C生产配合比

表3 云南广砚高速公路路面2合同段中面层AC-20C生产配合比

表4 云南广砚高速公路路面2合同段上面层AC-16C生产配合比

3.1 实测一

2008年2月，在广砚高速公路路面2合同段所施工的AC-25C型沥青下面层中选择K182+770—K183+650右幅为测试路段，随机选取10个点位作为测试点，先用2701B无核密度仪进行测试，取4个不同方向测试值(0°、90°、180°、270°)的平均值，然后在相同的位置进行钻芯取样，芯样密度采用室内水中重法测定。测试结果及分析如表5、图1所示。

表5 AC-25C型下面层测试数据与芯样密度统计

图1 AC-25C型芯样密度与2701B测试密度的对比关系

由表5、图1可以看出:AC-25C型沥青下面层的2701B测定密度单点4个方向数值变化较大，密度最大均方差为72.7 kg/m3，说明离散性较大，平均值与取芯密度值的误差有1处超过1.5%(为1.97%)，其他各处误差均在1.5%之内。

3.2 实测二

2008年3月，在广砚高速公路路面2合同段所施工的AC-20C型沥青中面层中选择K190+770—K191+470右幅为测试路段，随机选取10个点位作为测试点，先用2701B无核密度仪进行测试，取4个不同方向测试值(0°、90°、180°、270°)的平均值，然后在相同的位置进行钻芯取样，芯样密度采用室内水中重法测定。测试结果及分析如表6所示。

表6 AC-20C型中面层测试数据与芯样密度统计

由表6可以看出:AC-20C型沥青中面层的2701B测定密度单点4个方向数值变化较小，最大均方差为18.2 kg/m3，其余均方差均在10 kg/m3以下，说明离散性较小，平均值与取芯密度值的误差均没有超过1%。

3.3 实测三

2008年4月，在广砚高速公路路面2合同段所施工的AC-16C型改性沥青上面层中选择K185+000—K186+000左幅为测试路段，随机选取10个点位作为测试点，先用2701B无核密度仪进行测试，取4个不同方向测试值(0°、90°、180°、270°)的平均值，然后在相同的位置进行钻芯取样，芯样密度采用室内水中重法测定。测试结果及分析如表7所示。

表7 AC-16C型上面层测试数据与芯样密度统计

由表7可以看出:AC-16C型沥青上面层的2701B测定密度单点4个方向数值变化较小，最大均方差为13.0 kg/m3，其余均方差均在10 kg/m3以下，说明离散性较小，平均值与取芯密度值的误差均没有超过1%。

4 2701B型无核密度仪在压实度检测中的应用分析

2701B值反映的是仪器底面下材料密度的平均值，因此在检测时要求仪器底面必须摊铺平整，确保仪器底面与被测定层完全接触。测定层表面不干净、有松散体或测定层路面潮湿等都会对测试结果有较大影响。通过对以上三个路段的实测数据分析，AC-25C，AC-20C及AC-16C实测数据与芯样密度的相关线性关系 R2分别为0.703 1，0.839 4和0.893 3，说明 AC-20C及AC-16C线性关系较好，而 AC-25C离散性稍大。显然，2701B较适用于构造深度小、公称最大粒径较小的沥青层密度测定，测定结果比较可靠。而对于构造深度较大、公称最大粒径较大的沥青层密度测定结果离散性要大一些，因为沥青混合料的粒径较大，在施工过程中发生集料离析的可能性增加。使得路面的均匀性降低，路面材料表现出更大的各向异性。因此2701B测定较大粒径的沥青混合料路面的密度时，试验结果的离散性也相对较大一些。

5 结语

沥青面层的密度检测是路面工程质量控制中最重要的工作内容之一。通过以上的现场试验研究，证明使用经过标定的2701B无核密度仪测量公称最大粒径较小沥青面层密度具有较高的精度，测量误差能够控制在2%以内，可以用于沥青面层施工中密度的实时、快速无损检测，对保证工程进度、确保施工质量具重要意义，具有良好的应用前景。

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