淺談2701B型無核密度儀在瀝青面層壓實度檢測中的應用

肖立波

(中鐵二局 工程測試中心，成都 610031)

在瀝青路面施工過程中，瀝青混凝土面層壓實度是一個重要控制指標。怎樣快速、準確地檢測出路面壓實度對保證施工進度和及時反映施工質量顯得尤為重要。目前檢測瀝青路面壓實度主要方法有傳統的鉆芯(表干法、蠟封法、水中重法)和核子密度儀法等。鉆芯取樣對路面會造成不同程度的破壞、瀝青面層各層密度通常是先通過在施工現場鉆芯取樣，然后將樣芯送往實驗室。采用表干法、水中重法、蠟封法等進行測定。鉆芯取樣費時費力，試驗結果受人為因素和設備等影響較大，準確性和可靠性難以保證且具滯后性，不能滿足在瀝青路面面層碾壓過程中進行實時檢測的要求。核子密度儀雖然能夠做到對路面實行無損的快速檢測，但是需要向路面發射放射線，對人體的健康造成危害，并且測試速度相對2701B型無核密度儀較慢，本文針對2701B無核密度儀用于檢測瀝青面層壓實度時的檢測精度和應用與水中重法進行了對比分析和詳細研究。

1 無核密度儀

2701B型無核密度儀是由美國 Troxler公司生產的一種新型密度檢測儀器，該儀器使用電磁敏感技術作為密度測試原理，能快速、可靠地給出測試結果。2701B既能用于現有的瀝青道路，也能用于現鋪的瀝青面層。也可以用于快速檢查離析、低密度區及道路的均一性。2701B具有以下特點。

1)儀器重量輕，測量速度快，在2 s內顯示測量結果，能節省檢測時間和費用，具有高效、易用及靈活等特點。

2)采用無放射源電磁敏感技術作密度測試，故不需要政府許可證或特殊培訓。

3)不需要對測試結果進行濕度和溫度修正。

4)能存儲999個測試數據供以后查閱、打印或下載。儀器有30個按鍵和帶背光的4行20個字符的大屏幕LCD顯示，使其不僅在白天還是黑夜均可讓操作人員更容易看清。

5)運輸箱內含有一塊作為儀器與工廠標準密度計數使用的金屬板，方便在現場進行標準計數標定。

6)在其底部有一塊可更換的保護蓋。該保護蓋對儀器的內部電子元件起到熱保護及防止底部磨損的作用。

7)先進軟件提供三種測試模式(連續、平均和離析)，使其更靈活，用途更廣。為了更容易使用，該軟件還提供自動計算功能(如平均密度、壓實度、空隙率等)。

8)儀器的測試結果可以用密度偏差補償、綜合標定(斜率調整)來提高測試精度。

2 儀器標定

2701B通過測定得到瀝青面層的不同特性值(介電常數)，然后同已知密度的混合料的特性值進行比較。對于不同類型的瀝青混合料，2701B測定的特性值也不同。因此，為了得到準確的密度測定值，須對測定的混合料進行標定。一旦對于每種特定的混合料標定后，如果該種混合料被繼續使用，標定參數在以后仍將有效。2701B標定有密度偏差補償、綜合標定(斜率調整)兩種方法，具體標定步驟如下述。

1)在測試路面上選定一個干燥而沒有污染的區域，在此區域內隨機選定10個測試點(分別為1#，2#，…，10#測點)，用粉筆在各測點上做好標記以備取芯用。

2)將儀器置于1#測點位置，按下 ＜Enter/Start＞鍵，不要接觸儀器，然后等待讀數完成，記錄密度值。將儀器順(逆)時針方向轉動 90°、180°、270°。用同樣的方法和步驟測定這3個方向的密度值，取以上4個讀數的平均值作為此點的密度值。這樣可以減小路面材料可能存在的各向異性和人為操作對測試結果的影響，提高試驗結果的準確度。

3)采用相同的測試方法分別測定剩余測點位置的密度值。

4)分別在10個測點處鉆芯取樣，記錄10個芯樣的實驗室密度。

5)計算2701B密度值和芯樣密度的凈差值，由于測量值的最大最小值之差 ＜48 kg/m3，所以不能使用綜合標定(斜率調整)方法校正，取10個凈差值的平均值作為標定的密度偏差補償儲存在儀器中，相關數據如表1所示。

表1 2701B標定過程中的相關數據 kg/m3

3 2701B型無核密度儀在壓實度檢測中的應用

云南廣南(雞街)至硯山高速公路是國家“五縱七橫”國道主干線衡陽—南寧—昆明公路滇境中的一段，地處云南東南部，是云南通往廣西及沿海港口的運輸大動脈。路線總體走向為由東向西，路線起于廣南縣曙光鄉小水井(K151+600)，連接擬建的富寧至廣南高速公路，路線從雞街向西展線升坡，經曙光、曬甲，過珠街、那灑，沿貴馬河右岸布線、六詔、者臘，向西止于硯山城腳村(K225+500)，扣除斷鏈后路線里程長73.900 46 km。主線設計為雙向四車道，設計時速為80 km/h，主線面層結構為8 cm AC-25C瀝青混凝土下面層+6 cm AC-20C瀝青混凝土中面層+4 cm AC-16C瀝青混凝土上面層(改性瀝青)。其中中、下面層瀝青為中石油廣東茂名分公司產70號A級道路石油瀝青，上面層改性瀝青為浙江蘭亭高科產SBS聚合物改性瀝青(Ⅰ-D型)，面層各層瀝青混合料生產配合比見表2、表3、表4所示。

表2 云南廣硯高速公路路面2合同段下面層AC-25C生產配合比

表3 云南廣硯高速公路路面2合同段中面層AC-20C生產配合比

表4 云南廣硯高速公路路面2合同段上面層AC-16C生產配合比

3.1 實測一

2008年2月，在廣硯高速公路路面2合同段所施工的AC-25C型瀝青下面層中選擇K182+770—K183+650右幅為測試路段，隨機選取10個點位作為測試點，先用2701B無核密度儀進行測試，取4個不同方向測試值(0°、90°、180°、270°)的平均值，然后在相同的位置進行鉆芯取樣，芯樣密度采用室內水中重法測定。測試結果及分析如表5、圖1所示。

表5 AC-25C型下面層測試數據與芯樣密度統計

圖1 AC-25C型芯樣密度與2701B測試密度的對比關系

由表5、圖1可以看出:AC-25C型瀝青下面層的2701B測定密度單點4個方向數值變化較大，密度最大均方差為72.7 kg/m3，說明離散性較大，平均值與取芯密度值的誤差有1處超過1.5%(為1.97%)，其他各處誤差均在1.5%之內。

3.2 實測二

2008年3月，在廣硯高速公路路面2合同段所施工的AC-20C型瀝青中面層中選擇K190+770—K191+470右幅為測試路段，隨機選取10個點位作為測試點，先用2701B無核密度儀進行測試，取4個不同方向測試值(0°、90°、180°、270°)的平均值，然后在相同的位置進行鉆芯取樣，芯樣密度采用室內水中重法測定。測試結果及分析如表6所示。

表6 AC-20C型中面層測試數據與芯樣密度統計

由表6可以看出:AC-20C型瀝青中面層的2701B測定密度單點4個方向數值變化較小，最大均方差為18.2 kg/m3，其余均方差均在10 kg/m3以下，說明離散性較小，平均值與取芯密度值的誤差均沒有超過1%。

3.3 實測三

2008年4月，在廣硯高速公路路面2合同段所施工的AC-16C型改性瀝青上面層中選擇K185+000—K186+000左幅為測試路段，隨機選取10個點位作為測試點，先用2701B無核密度儀進行測試，取4個不同方向測試值(0°、90°、180°、270°)的平均值，然后在相同的位置進行鉆芯取樣，芯樣密度采用室內水中重法測定。測試結果及分析如表7所示。

表7 AC-16C型上面層測試數據與芯樣密度統計

由表7可以看出:AC-16C型瀝青上面層的2701B測定密度單點4個方向數值變化較小，最大均方差為13.0 kg/m3，其余均方差均在10 kg/m3以下，說明離散性較小，平均值與取芯密度值的誤差均沒有超過1%。

4 2701B型無核密度儀在壓實度檢測中的應用分析

2701B值反映的是儀器底面下材料密度的平均值，因此在檢測時要求儀器底面必須攤鋪平整，確保儀器底面與被測定層完全接觸。測定層表面不干凈、有松散體或測定層路面潮濕等都會對測試結果有較大影響。通過對以上三個路段的實測數據分析，AC-25C，AC-20C及AC-16C實測數據與芯樣密度的相關線性關系 R2分別為0.703 1，0.839 4和0.893 3，說明 AC-20C及AC-16C線性關系較好，而 AC-25C離散性稍大。顯然，2701B較適用于構造深度小、公稱最大粒徑較小的瀝青層密度測定，測定結果比較可靠。而對于構造深度較大、公稱最大粒徑較大的瀝青層密度測定結果離散性要大一些，因為瀝青混合料的粒徑較大，在施工過程中發生集料離析的可能性增加。使得路面的均勻性降低，路面材料表現出更大的各向異性。因此2701B測定較大粒徑的瀝青混合料路面的密度時，試驗結果的離散性也相對較大一些。

5 結語

瀝青面層的密度檢測是路面工程質量控制中最重要的工作內容之一。通過以上的現場試驗研究，證明使用經過標定的2701B無核密度儀測量公稱最大粒徑較小瀝青面層密度具有較高的精度，測量誤差能夠控制在2%以內，可以用于瀝青面層施工中密度的實時、快速無損檢測，對保證工程進度、確保施工質量具重要意義，具有良好的應用前景。

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