無核密度儀在控制路面碾壓方式中的研究

孟勇軍，朱琴忠，馮祖國，崔龍錫，盛 昆

（1.華南理工大學，廣東廣州510640；2.江蘇偉信工程咨詢有限公司，江蘇南京210029；3.重慶交通大學，重慶市400074；4.中國有色金屬工業第十四冶金建設公司建材科研所，云南昆明650120）

0 引言

控制瀝青路面的壓實度是保證道路路用性能的必要手段，壓實度不僅決定了瀝青道面的高溫、抗水損害性能，同樣也決定了其耐久性。傳統的檢測方法是通過碾壓成型后的路面現場鉆芯取樣，在實驗室里進行密度測定，而且是碾壓后進行的測試，無法現場模擬每遍碾壓與壓實度的曲線關系，對現場壓實度控制沒有實際意義，而采用核子密度儀又會因向路面發射射線影響工作人員的健康安全。因此近年來，無核密度儀（Pavement Quality Indicator，簡寫為PQI）作為一種無放射源的無損檢測設備也逐漸應用于道路施工檢測中。

無核密度儀（PQI），能在現場方便、快速、實時地檢測瀝青面層施工碾壓后的壓實度和密度。本次研究便是依托某跨海連路大橋橋面鋪裝工程，采用無核密度儀檢測路面碾壓時的密度，嘗試以此控制壓實度，提出合理的碾壓工藝。

1 PQI 工作原理

無核密度儀利用發射的電磁波在材料中的能量吸收和損耗來檢測材料的密度。主要包括一個電磁波發射器、一個隔離環和一個電磁波接收器（見圖1）。其檢測原理是向被檢測材料中發射電磁波，電磁波是指電場和磁場相互作用，振動而產生的波動，是放射線、光、電波的總稱。電磁波在材料中傳播時，其能量發生吸收和損耗，材料對電磁波能量的吸收和損耗取決于材料的介電常數。介電常數是指物質保持電荷的能力。

瀝青混合料的各種組成成分中，如瀝青、集料、空氣和水等都有不同的介電常數。如果瀝青混合料被碾壓（即密度增加），混合料中各種成分的排列方式發生變化，材料總的介電常數發生變化，從而對電磁波的能量吸收的能力產生變化。電磁密度儀通過檢測電磁波能量的吸收和損耗的程度，來反映材料的密度變化。PQI 主要測試新鋪瀝青路面材料的密度（瀝青路面結構層的上、中、下面層），測試瀝青面層厚度范圍一般為25.4～152.4 mm。

2 PQI 測定壓實度方案

2.1 PQI 的標定

PQI 的標定方法是采用現場鉆芯實測密度值進行標定，所鉆芯樣至少為3 個。鉆芯之前運用PQI 按照圖2 所示方法進行讀數，取這5 個讀數的平均值作為路面此點的PQI 密度值，同時可作方差分析，以減小路面材料可能存在的各向異性和認為操作等對測試結果的影響，提高實驗結果的準確度。計算PQI 密度值和芯樣密度的凈差值，取5 個凈差值的平均值作為標定的偏差。

經過標定，PQI 可提供準確可靠的瀝青面層的密度值，為實際工程的壓實度評定提供依據。

2.2 PQI 測試瀝青路面密度

選取不同的路段，每段100 m 左右，首先對PQI進行標定，采用標定后的PQI 緊跟壓路機進行瀝青路面密度測定，每壓實一遍即讀取數據，根據實測數據，計算通過標定后的瀝青面層密度，繪出碾壓次數與每次碾壓后密度的關系曲線，從而根據與標準密度的比較，確定出在何次碾壓后即可達到所要求的壓實度。

3 數據分析

通過對AC-25 型瀝青混合料路面進行PQI測定，選取不同試驗路段，確定出不同碾壓次數下的壓實度，從而得出合理的壓實工藝。

3.1 PQI 試驗數據的標定

在碾壓檢測采集數據的相關斷面上取5 個測點，用粉筆做出標記，進行PQI 測定，然后鉆芯取樣，在實驗室中測定芯樣密度，標定結果如表1所示。

3.2 數據分析

對不同的測定點進行PQI 密度測量，由于鋼輪壓路機與膠輪壓路機是反復混合進行碾壓作業，因此在第三遍開始以后測定的一些測點是膠輪碾壓后的密度，一些是鋼輪碾壓后的密度，膠輪與鋼輪的碾壓重疊，并不影響對整體壓實度的判定。表2 列出了AC-25 路面的不同標段碾壓遍數的密度值，圖3 表征了碾壓遍數與密度的關系曲線。

在實際壓實過程中，初壓、復壓交錯進行，故所采集的密度值為二者交錯碾壓后統計的結果，膠輪代表膠輪壓路機碾壓后的密度值，未標記的為初壓鋼輪壓路機碾壓后的密度值。理論最大密度為2 505 kg/m3，實驗室馬歇爾密度為2 399 kg/m3，在現場檢測密度值在2 420～2 450 kg/m3之間，均達到壓實度96%以上。在前3～5 次鋼輪碾壓下，密度增加明顯，后面在膠輪壓路機搓揉碾壓后，骨料重新排列，密度降低；但在鋼輪壓路機再次碾壓后，密度再次增加明顯，壓實度進一步增加。在碾壓到12～15 次之后，密度穩定，壓實度不再增加。因此建議在以后的瀝青路面施工過程中，包括初壓、復壓和終壓在內的碾壓總次數不宜超過12次，這樣既可以保證了壓實度，又避免了壓路機做無用功，或進一步增加壓實次數導致過壓實狀態。

表1 AC-2 瀝青路面PQI 標定

表2 AC-25 路面碾壓- 密度數據二

4 結論

（1）無核密度儀可進行路面施工過程中的質量控制，通過碾壓與密度之間的曲線關系，可實際模擬路面壓實度形成過程；但由于受混合料溫度、現場灑水、路面不平等影響，PQI 所測數據略顯偏大，密度值一般在最大理論密度之間；而在路面溫度降低、成型后，PQI 檢測出的密度會降低，與實驗室馬歇爾密度值接近。

（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，后期隨著溫度的下降壓實度提高并不明顯。因此，建議在施工過程中，加強攤鋪、初壓、復壓的連續性和快捷性，以獲得足夠的壓實度，并可適當降低壓實次數。

（3）通過無核密度儀檢測，發現AC 路面壓實過程中，膠輪壓路機的搓揉作用，使混合料骨料重新排列，互相靠近，骨料松散后壓實度降低，而經初壓再次碾壓后，壓實度增加明顯。因此，建議在AC 路面施工過程中，加強復壓輪胎壓路機與初壓鋼輪壓路機的配合，輪胎壓路機應緊跟初壓，迅速、快捷地碾壓。

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