無(wú)核密度儀測(cè)量瀝青路面壓實(shí)度的技術(shù)分析

沈貴琳

（貴州路橋集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

壓實(shí)度是公路工程路面施工中的主控項(xiàng)目，直接決定路面承載性能和使用年限，實(shí)際施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)壓實(shí)度控制[1]。目前常用的壓實(shí)度測(cè)量方式較多，包括鉆芯檢測(cè)法、核子密度儀檢測(cè)法、無(wú)核密度儀檢測(cè)法。壓實(shí)度檢測(cè)時(shí)影響檢測(cè)準(zhǔn)確性的因素較多，若不能合理選擇檢測(cè)方式，勢(shì)必會(huì)造成檢測(cè)結(jié)果偏差較大。該文針對(duì)各種檢測(cè)方式在相同部位壓實(shí)度檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)出了無(wú)核密度儀最佳檢測(cè)方式。

1 檢測(cè)儀器和檢測(cè)方案

1.1 檢測(cè)儀器及標(biāo)定方法

該項(xiàng)目壓實(shí)度檢測(cè)儀器選擇Trans-Tech制造商生產(chǎn)的新一代無(wú)核密度儀PQI380，主要指標(biāo)如表1所示。該設(shè)備是目前最先進(jìn)的壓實(shí)度檢測(cè)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)壓實(shí)度、溫度、含水量綜合檢測(cè)。

表1 無(wú)核密度儀PQI380的性能指標(biāo)

無(wú)核密度儀利用電磁感應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量檢測(cè)物質(zhì)的介電常數(shù)，根據(jù)路面此材料介電常數(shù)與其密實(shí)度之間的密切聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)各測(cè)量信號(hào)間的相互轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過(guò)具體運(yùn)算得到瀝青混合料的密度。無(wú)核密度儀工作原理如圖1所示，主要利用環(huán)狀電磁感應(yīng)區(qū)對(duì)路面材料阻抗性實(shí)施檢測(cè)，經(jīng)專業(yè)計(jì)算，獲得路面材料介電常數(shù)，并將發(fā)射信號(hào)傳輸至微處理器，經(jīng)數(shù)據(jù)整合，獲得壓實(shí)度、溫度及含水量等相關(guān)參數(shù)。

圖1 無(wú)核密度儀檢測(cè)原理

采用無(wú)核密度儀檢測(cè)時(shí)，應(yīng)對(duì)其精度實(shí)施標(biāo)定。常用的標(biāo)定方式為誤差修正技術(shù)[2]。具體操作方式為：在平整、潔凈的路面上隨機(jī)選擇5個(gè)部位先后通過(guò)無(wú)核密度儀法、鉆芯法兩種方式實(shí)施對(duì)比檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)信息，分析比較得出誤差修正值。

無(wú)核密度儀檢測(cè)壓實(shí)度的方式較多，現(xiàn)階段普遍采用的方式為Troxler Electronics lab集團(tuán)和Trans-Tech集團(tuán)分別研發(fā)的檢測(cè)方式，如圖2、圖3所示。前者按照90°角度間隔，在同一位置連續(xù)檢測(cè)4次，其檢測(cè)數(shù)據(jù)的平均值為該點(diǎn)電磁密度。后者主要是根據(jù)感應(yīng)盤形狀在測(cè)點(diǎn)位置繪制環(huán)形區(qū)域，并檢測(cè)密度，然后依次在圓周60°、120°、240°、300°位置繪制相同的圓，并依次檢測(cè)各點(diǎn)密度大小，5次檢測(cè)數(shù)據(jù)平均值為該位置的電磁密度。

圖2 Troxler Electronics lab集團(tuán)研發(fā)的密實(shí)度檢測(cè)方法

圖3 Trans-Tech集團(tuán)研發(fā)的密實(shí)度檢測(cè)方法

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1 測(cè)量方法

為探索出一種簡(jiǎn)便有效、精度較高的測(cè)量方式，對(duì)9種方案實(shí)施綜合比較，具體情況如表2所示。方法（01）和方法（09）分別采用Troxler Electronics lab集團(tuán)和Trans-Tech集團(tuán)研制的檢測(cè)方式，方法（02）~方法（08）則嚴(yán)格按照表2中指定位置實(shí)施檢測(cè)，各方法測(cè)得的壓實(shí)度為各部位檢測(cè)數(shù)據(jù)的平均值。

1.2.2 壓實(shí)度檢測(cè)

對(duì)某橋面項(xiàng)目實(shí)施壓實(shí)度檢測(cè)，上面層結(jié)構(gòu)為SMA-10改性瀝青混合料，其最大理論密度為2 625 kg/m3。在無(wú)核密度儀中依次設(shè)定最大理論密度、檢測(cè)厚度、集料規(guī)格等相關(guān)指標(biāo)，按照偏差補(bǔ)償法對(duì)儀器精度實(shí)施標(biāo)定[3]。標(biāo)定妥當(dāng)后，采用表2中測(cè)量方式，依次在平整、潔凈的路面上隨機(jī)選擇測(cè)點(diǎn)進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，各種方式分別檢測(cè)15次。

表2 檢測(cè)方式具體方案

2 檢測(cè)數(shù)據(jù)處理和分析

2.1 檢測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)表2檢測(cè)方式對(duì)同一部位按照方法（01）~（09）依次實(shí)施檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 不同檢測(cè)方法的壓實(shí)度測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.2 粗大誤差處理

試驗(yàn)時(shí)，人為因素造成的測(cè)量誤差可能導(dǎo)致檢測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常值，粗大誤差會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)論造成不利影響。處理異常值的方式主要有拉依達(dá)準(zhǔn)則、肖維勒準(zhǔn)則、格拉布斯準(zhǔn)則。對(duì)異常值進(jìn)行處理時(shí)，主要利用關(guān)系式υi＞kσ（k表示臨界系數(shù)）確定異常值，臨界系數(shù)k和檢測(cè)數(shù)量n之間具體關(guān)系如圖4所示。

通過(guò)圖4能夠看出，檢測(cè)數(shù)量相同的情況下，3種標(biāo)準(zhǔn)的臨界系數(shù)存在顯著差異。按照二者之間的具體關(guān)系，確定3種標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用條件：當(dāng)檢測(cè)數(shù)量n＜25時(shí)，選擇狄克遜準(zhǔn)則或格拉布斯（a=0.01）準(zhǔn)則；當(dāng)25次≤n≤185次時(shí)，選擇格拉布斯（a=0.05）或肖維勒準(zhǔn)則；當(dāng)n＞185時(shí)，則選擇拉伊達(dá)準(zhǔn)則。

圖4 3種準(zhǔn)則統(tǒng)計(jì)臨界系數(shù)對(duì)比

該公路工程檢測(cè)數(shù)量為15次，確定采用狄克遜準(zhǔn)則對(duì)異常值實(shí)施檢測(cè)。操作流程如下：1）檢測(cè)結(jié)果按照由低到高的順序排布x1，x2，…，xn，n表示檢測(cè)數(shù)量。2）根據(jù)算式（1）、（2）依次得到異常值γ和γ′。3）應(yīng)用狄克遜準(zhǔn)則確定臨界值為D（a，n），γ＞γ′、γ＞D（a，n）時(shí)，xn表示異常值；γ＞γ′、γ＞D（a，n）時(shí)，x1表示異常值，此外無(wú)異常值。

2.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)狄克遜準(zhǔn)則去除表3中的異常值，算出方法（01）~（09）檢測(cè)結(jié)果的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)，如表4所示。通過(guò)同一無(wú)核密度儀依次按照方法（01）~（09）對(duì)同一測(cè)點(diǎn)實(shí)施檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)精確度存在顯著差異，方法（05）、方法（07）及方法（09）檢測(cè)結(jié)果變異系數(shù)較小。

表4 不同測(cè)量方法測(cè)量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果

無(wú)核密度儀測(cè)量方式主要包含相切法和相交法兩種形式，根據(jù)具體方式分別獲取其變異系數(shù)，并繪制具體的變異系數(shù)曲線，如圖5所示。通過(guò)圖5能夠看出：1）上述兩種方式檢測(cè)壓實(shí)度時(shí)，其檢測(cè)結(jié)果變異系數(shù)變化趨勢(shì)存在顯著差異；2）通過(guò)相切法檢測(cè)壓實(shí)度，其變異系數(shù)處于0.2%前后，且與測(cè)量圓數(shù)量變化無(wú)直接關(guān)聯(lián)；3）通過(guò)相交法檢測(cè)壓實(shí)度，其變異系數(shù)在3個(gè)圓相交時(shí)[即方法（05）]發(fā)生顯著變化，降低至0.06%，且測(cè)量圓數(shù)量越多，其下降趨勢(shì)越明顯，最終在0.04%位置恒定不變。充分表明當(dāng)測(cè)量圓個(gè)數(shù)超過(guò)3個(gè)時(shí)，通過(guò)相交法測(cè)得的壓實(shí)度變異系數(shù)相對(duì)較小。主要因?yàn)椴捎孟嘟环z測(cè)其測(cè)點(diǎn)更加密集，周邊測(cè)點(diǎn)對(duì)實(shí)際測(cè)點(diǎn)壓實(shí)度干擾性較??；4）采用無(wú)核密度儀檢測(cè)壓實(shí)度時(shí)，測(cè)量圓個(gè)數(shù)低于2個(gè)時(shí)，相交法、相切法得到的檢測(cè)結(jié)果變異系數(shù)基本相同；5）當(dāng)測(cè)量圓個(gè)數(shù)超過(guò)3個(gè)時(shí)，通過(guò)相交法檢測(cè)得到的壓實(shí)度變異系數(shù)呈現(xiàn)先驟降后不變的趨勢(shì)。

圖5 兩種檢測(cè)方式變異系數(shù)曲線

綜上所述，通過(guò)相交法檢測(cè)壓實(shí)度，其變異系數(shù)在3個(gè)圓相交時(shí)發(fā)生顯著變化，且測(cè)量圓達(dá)到一定數(shù)量后，其下降趨勢(shì)逐漸變緩。因此，施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)采用相交法檢測(cè)壓實(shí)度，且測(cè)量圓個(gè)數(shù)不得低于3個(gè)。

無(wú)核密度儀壓實(shí)度標(biāo)定時(shí)，為保證其精度更高，應(yīng)選用檢測(cè)試驗(yàn)中變異系數(shù)較小的檢測(cè)方式。通過(guò)圖5能夠看出，當(dāng)測(cè)量圓個(gè)數(shù)為4個(gè)時(shí)，其變異系數(shù)達(dá)到最小值，因此檢測(cè)標(biāo)定時(shí)測(cè)量圓數(shù)量至少為4個(gè)。

3 結(jié)論

無(wú)核密度儀檢測(cè)公路工程路面壓實(shí)度，必須結(jié)合檢測(cè)精度科學(xué)選擇檢測(cè)方式。儀器標(biāo)定時(shí)，測(cè)量圓數(shù)量至少為4個(gè)，確保無(wú)核密度儀標(biāo)定的精確度。施工現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度試驗(yàn)，應(yīng)采用相交法進(jìn)行檢測(cè)，且測(cè)量圓數(shù)量至少為3個(gè)，以有效保證檢測(cè)精度。