无核密度仪测量沥青路面压实度的技术分析

沈贵琳

（贵州路桥集团有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

压实度是公路工程路面施工中的主控项目，直接决定路面承载性能和使用年限，实际施工时应加强压实度控制[1]。目前常用的压实度测量方式较多，包括钻芯检测法、核子密度仪检测法、无核密度仪检测法。压实度检测时影响检测准确性的因素较多，若不能合理选择检测方式，势必会造成检测结果偏差较大。该文针对各种检测方式在相同部位压实度检测数据进行对比，总结出了无核密度仪最佳检测方式。

1 检测仪器和检测方案

1.1 检测仪器及标定方法

该项目压实度检测仪器选择Trans-Tech制造商生产的新一代无核密度仪PQI380，主要指标如表1所示。该设备是目前最先进的压实度检测设备，可实现压实度、温度、含水量综合检测。

表1 无核密度仪PQI380的性能指标

无核密度仪利用电磁感应准确测量检测物质的介电常数，根据路面此材料介电常数与其密实度之间的密切联系，实现各测量信号间的相互转换，并经过具体运算得到沥青混合料的密度。无核密度仪工作原理如图1所示，主要利用环状电磁感应区对路面材料阻抗性实施检测，经专业计算，获得路面材料介电常数，并将发射信号传输至微处理器，经数据整合，获得压实度、温度及含水量等相关参数。

图1 无核密度仪检测原理

采用无核密度仪检测时，应对其精度实施标定。常用的标定方式为误差修正技术[2]。具体操作方式为：在平整、洁净的路面上随机选择5个部位先后通过无核密度仪法、钻芯法两种方式实施对比检测，根据检测信息，分析比较得出误差修正值。

无核密度仪检测压实度的方式较多，现阶段普遍采用的方式为Troxler Electronics lab集团和Trans-Tech集团分别研发的检测方式，如图2、图3所示。前者按照90°角度间隔，在同一位置连续检测4次，其检测数据的平均值为该点电磁密度。后者主要是根据感应盘形状在测点位置绘制环形区域，并检测密度，然后依次在圆周60°、120°、240°、300°位置绘制相同的圆，并依次检测各点密度大小，5次检测数据平均值为该位置的电磁密度。

图2 Troxler Electronics lab集团研发的密实度检测方法

图3 Trans-Tech集团研发的密实度检测方法

1.2 试验方案

1.2.1 测量方法

为探索出一种简便有效、精度较高的测量方式，对9种方案实施综合比较，具体情况如表2所示。方法（01）和方法（09）分别采用Troxler Electronics lab集团和Trans-Tech集团研制的检测方式，方法（02）~方法（08）则严格按照表2中指定位置实施检测，各方法测得的压实度为各部位检测数据的平均值。

1.2.2 压实度检测

对某桥面项目实施压实度检测，上面层结构为SMA-10改性沥青混合料，其最大理论密度为2 625 kg/m3。在无核密度仪中依次设定最大理论密度、检测厚度、集料规格等相关指标，按照偏差补偿法对仪器精度实施标定[3]。标定妥当后，采用表2中测量方式，依次在平整、洁净的路面上随机选择测点进行压实度检测，各种方式分别检测15次。

表2 检测方式具体方案

2 检测数据处理和分析

2.1 检测数据

根据表2检测方式对同一部位按照方法（01）~（09）依次实施检测，检测数据如表3所示。

表3 不同检测方法的压实度测量数据统计

2.2 粗大误差处理

试验时，人为因素造成的测量误差可能导致检测数据出现异常值，粗大误差会对检测结论造成不利影响。处理异常值的方式主要有拉依达准则、肖维勒准则、格拉布斯准则。对异常值进行处理时，主要利用关系式υi＞kσ（k表示临界系数）确定异常值，临界系数k和检测数量n之间具体关系如图4所示。

通过图4能够看出，检测数量相同的情况下，3种标准的临界系数存在显著差异。按照二者之间的具体关系，确定3种标准应用条件：当检测数量n＜25时，选择狄克逊准则或格拉布斯（a=0.01）准则；当25次≤n≤185次时，选择格拉布斯（a=0.05）或肖维勒准则；当n＞185时，则选择拉伊达准则。

图4 3种准则统计临界系数对比

该公路工程检测数量为15次，确定采用狄克逊准则对异常值实施检测。操作流程如下：1）检测结果按照由低到高的顺序排布x1，x2，…，xn，n表示检测数量。2）根据算式（1）、（2）依次得到异常值γ和γ′。3）应用狄克逊准则确定临界值为D（a，n），γ＞γ′、γ＞D（a，n）时，xn表示异常值；γ＞γ′、γ＞D（a，n）时，x1表示异常值，此外无异常值。

2.3 数据分析

根据狄克逊准则去除表3中的异常值，算出方法（01）~（09）检测结果的平均值、标准差及变异系数，如表4所示。通过同一无核密度仪依次按照方法（01）~（09）对同一测点实施检测，检测数据精确度存在显著差异，方法（05）、方法（07）及方法（09）检测结果变异系数较小。

表4 不同测量方法测量数据的处理结果

无核密度仪测量方式主要包含相切法和相交法两种形式，根据具体方式分别获取其变异系数，并绘制具体的变异系数曲线，如图5所示。通过图5能够看出：1）上述两种方式检测压实度时，其检测结果变异系数变化趋势存在显著差异；2）通过相切法检测压实度，其变异系数处于0.2%前后，且与测量圆数量变化无直接关联；3）通过相交法检测压实度，其变异系数在3个圆相交时[即方法（05）]发生显著变化，降低至0.06%，且测量圆数量越多，其下降趋势越明显，最终在0.04%位置恒定不变。充分表明当测量圆个数超过3个时，通过相交法测得的压实度变异系数相对较小。主要因为采用相交法检测其测点更加密集，周边测点对实际测点压实度干扰性较小；4）采用无核密度仪检测压实度时，测量圆个数低于2个时，相交法、相切法得到的检测结果变异系数基本相同；5）当测量圆个数超过3个时，通过相交法检测得到的压实度变异系数呈现先骤降后不变的趋势。

图5 两种检测方式变异系数曲线

综上所述，通过相交法检测压实度，其变异系数在3个圆相交时发生显著变化，且测量圆达到一定数量后，其下降趋势逐渐变缓。因此，施工现场应采用相交法检测压实度，且测量圆个数不得低于3个。

无核密度仪压实度标定时，为保证其精度更高，应选用检测试验中变异系数较小的检测方式。通过图5能够看出，当测量圆个数为4个时，其变异系数达到最小值，因此检测标定时测量圆数量至少为4个。

3 结论

无核密度仪检测公路工程路面压实度，必须结合检测精度科学选择检测方式。仪器标定时，测量圆数量至少为4个，确保无核密度仪标定的精确度。施工现场压实度试验，应采用相交法进行检测，且测量圆数量至少为3个，以有效保证检测精度。