无核密度仪检测沥青路面压实度的影响因素研究

2021-09-13谭楷模禤炜安

西部交通科技 2021年6期

谭楷模，禤炜安

(1.广西交科集团有限公司，广西南宁 530007；2.广西道路结构与材料重点实验室，广西南宁 530007)

0 引言

根据国家统计局数据显示，截至2019年年底，我国现有高速公路总里程为14.96万km，一级公路总里程为1.71万km，沥青路面因其行车舒适性好、铺筑效率高、维修成本低等优点，在高速公路及一级公路路面中占有较大比例。沥青路面作为高等级公路的主要结构形式，通车运营后，却极易出现拥包、车辙、推移等病害，这些病害通常是由于沥青混合料压实度不足，在行车荷载作用下发生“再压实”，导致路面变形，甚至出现裂缝，进而引发更严重的病害，缩短路面使用寿命，因此压实度是沥青路面重要的质量评定指标。目前沥青路面压实度常见的检测方法有钻芯取样法、无核密度仪法、核子密度仪法。施工现场压实度检测最常用的是钻芯取样法，其操作简单，可靠性高，但存在检测效率低、对路面造成破损等缺点[1]。无核密度仪则弥补了这些缺陷，具有良好的应用前景。

无核密度仪最早由美国TransTech发明，但是初代无核密度的检测深度≤3 cm，且受到环境因素影响较大，检测精度较低，而后经过多代发展与改进，目前市面上的无核密度仪已具有较高的检测精度。无核密度仪是通过测定材料本身的导电特性来计算材料密度从而测定出压实度，因此其会受到材料内部特性、表面特性、温度、湿度等众多因素的影响。沥青混合料作为沥青、集料及各种外加剂组成的复合复杂材料，无核密度仪对其的检测将更加困难并值得探讨研究。本文将从无核密度仪检测原理及检测精度影响因素出发进行研究，以期对施工现场的压实检测提供建议。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

1.1.1 基质沥青

本文试验用沥青选择东海牌70#基质沥青，其技术指标测试结果如表1所示。

表1 70#基质沥青技术指标检测结果表

1.1.2 矿料

本文试验用的粗细集料均采用安徽省青阳县产石灰岩，矿粉由石灰岩磨制，其主要性能指标如表2所示。

表2 矿料主要性能指标检测结果表

1.2 试验方案

本文压实度检测采用无核密度仪与钻芯法测定。参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)采用轮碾法成型300 mm×300 mm×50 mm车辙板试件，在常温下冷却24 h后脱模，再采用室内小型钻芯机进行钻芯取样，然后分别采用无核密度仪法与钻芯法测定试件压实度。

1.3 评价指标

本文通过计算无核密度仪与钻芯法检测的压实度差值，然后采用5组平行试验差值的均值作为检测精度评价指标，如式(1)所示：

(1)

Ci1——无核密度仪压实度检测值；

Ci2——钻芯法压实度检测值。

2 无核密度仪检测原理与影响因素

无核密度仪通过脉冲发生器对被测材料释放阶梯式的电磁脉冲，电磁脉冲通过被测物体时会因材料的介电常数不同而发生不同程度的衰减，无核密度仪再通过环形电子电容感应场收集信息，利用时域反射计技术，测定脉冲在材料中的传播时间和电压信号，再通过主机对获得的时间与电压信息进行计算，获得被测材料的介电常数和电导率值，最后换算成材料的密度[2]。无核密度仪的工作原理及过程如图1所示。

图1 无核密度仪工作原理及过程示意图

因此，无核密度仪在检测沥青路面时的压实度会受到材料本身特性、温度、湿度等因素的影响。据此，本文开展沥青混合料级配、温度及表面湿度对无核密度仪检测精度影响的研究。

3 检测精度影响因素研究

3.1 级配对检测精度的影响

采用AC-25型密级配和ATPB-25型开级配作为本节研究级配，得出对无核密度仪检测精度产生影响的试验级配。有关级配组成如表3所示。

表3 AC-25型与ATPB-25型级配组成表

按照试验方法测定的混合料压实度并计算无核密度仪测试精度，如表4所示。

表4 级配对检测精度影响结果表

由表4可知，无核密度仪对AC-25及ATPB-25的检测精度分别为1.14、1.76，对密级配混合料的检测精度较高。AC-25型密级配中各粒径集料相互嵌挤密实，混合料空隙率较低[3]，而ATPB-25型级配中粗集料较多，矿料相互拨开形成骨架，混合料空隙率较低，说明无核密度仪更适合密级配混合料的压实度检测。

3.2 温度对检测精度的影响

沥青路面碾压终压温度通常为80 ℃。本文选取80 ℃、60 ℃、40 ℃、20 ℃作为温度对检测精度的影响因素，采用AC-25型级配成型试件，取同一车辙板钻芯试件进行同组平行试验。先将试件置于烘箱中加热至试验温度，然后进行无核密度仪测试，在常温条件下进行钻芯法密度测试。试验结果如表5和图2所示。

表5 温度对检测精度影响表

图2 温度关系曲线图

3.3 表面湿度对检测精度的影响

水分会对无核密度仪的测试材料介电常数产生影响，本节将就湿度对混合料压实度测试精度的影响展开研究。采用洒水壶以试件圆心为中心，顺时针在试件表面均匀洒水，洒水量依次为10mL、20mL、30mL、40mL，然后采用无核密度仪测试试件压实度。对照组为取自同一车辙板的表面干燥的试件，并采用钻芯法测试压实度。试验结果如后页表6所示，并根据洒水量与试验结果绘制关系图如后页图3所示。