淺談無核密度儀檢測路基壓實度的應用

蘇家駒

（海南省環境地質勘察院，海南 三亞 572000）

公路工程中路基工程是關鍵工程之一，路基工程的質量的好壞，關系到整條公路質量的優劣。要控制好路基的工程質量，除控制好路基用土的質量外，主要是控制路基的壓實情況，要了解壓實情況，主要的檢測手段就是抽檢路基的壓實度，抽檢壓實度可以利用核子儀進行。

1 無核密度儀介紹

無核密度儀是相對于核子密度儀來說的多種不使用同位素放射源檢測土工材料的密度的各種檢測儀器的統稱。

這種測試方法用一個電磁表面接觸儀器裝置來測量在壓實過程中導致的電磁場的變化。它可以用來測定現場的密度以及瀝青混凝土路面鋪筑混合料的相關壓實性能。

2 檢測原理及檢測方法

一套MDI無核密度儀主要由基本MDI主機（MD－2020）及PDA掌上電腦構成，其原理是通過脈沖發生器發出的階梯式電磁脈沖在通過打入土壤中的4根金屬鋼針的傳播時間和采集到的電壓信號，經過對信號處理和計算獲得土的電介質常數及土體的電導率值，利用專用的計算軟件據此參數算得所測土體含水率和密度，結果顯示在PDA掌上電腦上。

美國材料和試驗學會的標準測試法（ASTM）規定了兩種現場TDR測試方法：首先開發的是兩步法，隨后又開發了經簡化后的一步法。

兩步測試法。包括用MDI密度儀量測現場土和現場擊實土的電介質常數。用MDI密度儀在現場確定電介質常數，將現場測試的土壤挖出來，在擊實模內壓實。靠測量有土樣的擊實模的毛重和已知模的毛重和體積，確定擊實模內土壤的濕密度，然后用MDI密度儀測量擊實模內土壤的電介質。擊實模內的土壤含水率是根據電介質常數、濕度含量和土壤密度之間相聯關系確定的。現場的水含量和擊實模內的水含量一樣，現場土壤的密度可從擊實模內的土壤密度來確定的，電介質常數是由擊實模內和現場測試得到的。

一步（簡化）測試法。包括現場一步測定土的電介質常數和土體電導率，一步法試驗方法與兩步法現場測試方法基本相同。

3 瀝青混合料

無核密度儀測量瀝青混合料通常使用反射式測量方法。對厚度大于71mm的面層可以使用BS反射法，此法使輻射源位置離開地面，阻止光子沿測試表面行進的通路，使表面粗糙度誤差得以減到最小。對于大于51mm，小于71mm的面層可以使用AC反射法。如果面層厚度小于51mm，必須使用薄層測試模式。有的核子儀沒有這種薄層測試功能。測試熱瀝青混合料，測試完成應將儀器移至路外冷卻，以免高溫損壞儀器。

為使測量結果準確，如果瀝青路面有空隙，應用細沙填充。如果已經很平整則不必使用填充沙，因為這時細沙反而將儀器頂離表面引起密度低的誤差。使用薄層測試模式時，需向儀器輸入測試層的厚度以及其下層材料的密度，儀器會自動計算被測試層的密度。

使用核子儀檢測瀝青混合料時，國內多用取芯法的測試結果為標準值與核子儀的測試結果進行回歸分析來校正儀器。在美國多數州，核子儀的測試結果直接用于質量控制和質量保證（QC/QA），有些州使用取芯法校正的核子儀法，校正需要的取芯試樣的個數為3-12個。具體校正方法各州都有自己的規定。亞拉巴馬州交通部（ALDOT）采用的方法比較有代表性。ALDOT現場密度測試規程規定：ALDOT與建筑方的核子儀測試結果的差額不能大于2.2個百分點。每臺核子儀的測試結果與取芯法的差額必須小于取芯法的1.5%。

大量實踐證明，經過合格檢定的核子儀的測試結果與取芯法非常接近。Sanders等對3524個測試結果進行計算后發現，取芯法與核子法的測試結果平均相差14.42kg/m3。但取芯法的成本比核子儀法高出很多。達到相當的檢測滿意度，取芯法的費用比核子儀法高5倍。

4 碾壓混凝土

根據碾壓混凝土（RCC）路面的特點，碾壓混凝土路面的壓實度可用灌砂法和核子密度儀等方法測定。灌砂法測試速度慢、對路面結構有破壞作用，只適用于少量的監測或標定。

采用核子儀測試碾壓混凝土，最好的辦法是采用雙桿核子儀分層測量 。在沒有雙桿核子儀時，采用淺層核子儀透射法也能間接地反應出不同深度的壓實度變化 。三峽大壩、龍灘大壩等都在大規模地澆筑RCC混合料時，使用了淺層核子儀的透射法成功地控制了的現場壓實質量。

對于壓實度已經接近或達到預定壓實度的RCC，打孔非常困難，BS反射法和透射法的測值的對比研究發現BS法的測值與5cm、10cm源桿深度時的測值接近，與20cm時的測值相差約2%.從試驗路上鉆取的芯樣用鋸石機從中間鋸開，分別測定了上、下兩部分密度，測定結果表明，上下層混凝土的壓實度約差2%～3%，平均相差2.5%，與核子儀測定結果比較接近。核子儀測定的源桿深度20cm的路面壓實度與鉆芯壓實度的比較，從大量的測試數據可以看出，平均值僅相差0.6個百分點。

此外，核子儀還在水泥穩定土、軟土路基、軟質紅層泥巖，風積砂、過濕土和水泥穩定碎石基層等土工材料的壓實度檢測中得到了研究和應用。

5 與傳統方法的對比

任何一種測試方法都有誤差，傳統方法與核子儀法的測試結果的差值應該至少是兩種方法的誤差的和。

如果測試的試樣或其它條件不一樣，兩種測試方法的測試結果也會存在差距。

即使取芯法被認為是最準確的密度測試方法，也有很多因素造成誤差。有人認為取芯法和核子儀法兩種方法測定的密度不完全相同。進行對比測試時，必須盡量保證兩種方法檢測的是相同的材料試樣。若要材料試樣用于核子儀與其它密度測試方法做比較，方法應該是：從放射源和探測器之間的連線的中點正下方，取一直徑為200mm的圓柱體作為對比試樣。如果使用透射法，試樣高度等于探測桿的深度；用散射法，為75mm。如果試樣用于濕度比較，圓柱體的高度為12.5～15cm。

Schmitt等 和M.Buchanan研究發現密度低時核子法低估取芯密度，當密度高時，核子法高估取芯密度。M.Buchanan分析認為當密度較低時，取芯試樣的空隙更加開放，空隙之間的連接程度更大。試樣因此會吸收更多的水分，使試樣體積偏低，從而導致測試的密度結果比真實值偏高。M.Buchanan認為如果這種情況屬實的話，那么核子密度儀就是一種比取芯法更接近真實密度值的測試方法。用真空法測試的取芯試樣密度應該與核子儀更加接近。

6 結論

6.1 無核密度儀作為一種先進的元損檢測方法，可以進行瀝青路面施工過程的質量控制。

6.2 通過無核密度儀檢測，發現路面壓實過程中早期壓實度增加明顯，后期隨著溫度的降低提高并不明顯。由此，建議施工過程中加強攤鋪、初壓、復壓的連續性，以獲得足夠的壓實度。

6.3 無核密度儀檢測技術以其無損性、安全性將在高速公路施工過程中得到更進一步的應用。

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