基于无损检测技术的沥青路面非均匀性评价

周 浩

(湖南省交通科学研究院有限公司，湖南 长沙 410015)

基于无损检测技术的沥青路面非均匀性评价

周 浩

(湖南省交通科学研究院有限公司，湖南 长沙 410015)

介绍了沥青混凝土路面非均匀性的无损检测方法，使用无核密度仪PQI和激光纹理仪MTM分析评价了某高速公路沥青路面的非均匀性状况，使用结果证明PQI和MTM无损检测技术对指导沥青路面施工、提高沥青路面施工质量效果明显。

非均匀性，离析，MTM，PQI

0 引言

我国高速公路建设速度非常快，如今已超过美国通车总里程位居世界第一，同时建造技术也有很大的提高，公路建设质量得到了有效保障。但是有的沥青路面开放交通后，不久就会出现不同程度的车辙、开裂、泛油、沉陷等早期破坏，交通部门为此每年都要投入一笔很大的维护费用。经研究发现，沥青路面发生的早期破坏现象同沥青混合料的离析密切相关。离析是指路面某一区域内沥青混合料的非均匀性，沥青路面施工过程中如发生混合料离析将会使沥青路面的破坏速度加快。

非均匀性是沥青路面早期病害的重要原因，而缺乏沥青路面非均匀性实时检测控制的方法和标准是路面病害始终不能得到解决的关键。现在非均匀性越来越受到重视，出现了许多非均匀性无损检测的新方法，如热成像、探地雷达、激光纹理仪、无核密度仪等。然而，实践证明其中一些技术方法并不完全适用。本文综合国内外非均匀性无损检测方法，提出了结合无核密度仪PQI和激光纹理仪MTM对沥青路面进行非均匀性的综合评价方法。

1 无核密度仪评价沥青路面非均匀性

1.1 无核密度仪工作原理

无核密度仪(PQI)通过无损检测路面密度来反映沥青混合料的非均匀性，PQI主要检测沥青路面的内部离析，检测速度快。PQI的工作原理是遵循沥青混凝土材料密度和电感成正比的关系，通过仪器内部电路信号发射电磁波和吸收电磁波实测电感转换计算出沥青路面的密度(见图1)。

1.2 无核密度仪评价标准

由于PQI检测不同的沥青混合料其特性值不同，所以，要想提高沥青路面所检测部位的现场密度的准确度，在开始检测之前，我们首先应该当场对PQI做标定。下面推荐一种比较实用的无核密度仪标定方法：首先在沥青混凝土路面上选择一个干净平整无杂物的试验段，长度取150 cm，宽度取75 cm，在这个矩形面内划分五个圆形图案，如图2所示。然后我们将无核密度仪逐步放在矩形面内的五个圆圈上方，逐一按如图3所示测量圆形图案5个位置的密度。测量后逐一在5个圆形图案中心钻芯，测量所取芯样的实际密度。分别算出无核密度仪在5个圆形图案的测量均值和所取芯样的实际密度净差值，净差值代表无核密度仪所测密度值和实测密度值的相对差值。把相对差值输入无核密度仪，在检测过程中起校正的作用，大大提高无核密度仪检测结果的真实性与准确度。

沥青混合料密度和空隙率有很好的相关性，依照PQI现场测量出的混合料密度数据，通过最大相对理论密度算出各测量位置的空隙率，按照空隙率范围划分推荐离析程度评判标准，见表1。

表1 某高速公路中下面层PQI离析程度评判标准

1.3 无核密度仪实测结果评价

本研究通过PQI实测对湖南省某高速公路沥青路面中面层全幅摊铺路段进行了测量，采用上述表1无核密度仪离析程度评判标准评价路面施工非均匀性。通过实测路面空隙率并对照表1推荐的PQI判断方法，得出该沥青混凝土中面层：离析程度重度粗离析比例为1.82%，中度粗离析比例为18.18%，细离析比例为11.81%，非离析比例为68.19%。根据检测结果统计后得到了测量路段前15 m范围内的离析分析灰度图(见图4)。

离析分析灰度图可直观反映出路面施工均匀性状况，该段路面施工均匀性控制不是很好，并得到如下信息：

1)在灰度图中有一条比较清楚的沿摊铺方向的细离析带，该位置发生了级配离析，测量路段正中央细集料比较集中。具体处置方法可通过调整螺旋布料器使沥青混合料在摊铺机中均匀地填充，来避免这种现象。

2)全幅摊铺必然增加了布料的长度和时间，输料造成粗集料过多地集中在摊铺机两端，这样会使混合料的温度降低更多，发生温度离析使混合料压实更加困难，在灰度图上形成了纵向粗离析带，所以在施工中应当合理控制摊铺机的宽度，减少端部离析。

3)另外在混合料压实过程中技术人员指导不到位，压实方法不正确，压实不均匀都会造成路面局部离析。

2 激光纹理仪评价沥青路面非均匀性

2.1 激光纹理仪工作原理

激光纹理仪(MTM)设备轻便，检测结果精度高，连续测量速度快。MTM工作原理通过发射红外光线到沥青路面表面，再接收路面反射回来的反射光，然后确定MTM发射光与道路反射光之间的夹角。根据角度得到两者的距离再算出路表的构造深度(见图5)。

2.2 激光纹理仪评价标准

MTM采集整段被检测路面的构造深度数据相对容易完成，但是不同的评价分析方法的最终结果差别明显，所以对MTM测量数据使用哪一种分析方法是正确评价路面施工非均匀性的关键。因而，研究一种可以减少人为干扰，可以切实反映路表面非均匀性的方法，对于MTM评价沥青路表的非均匀性、指导施工意义重大。

在发生离析地段的沥青路面构造将比没有发生离析的路段表面更加粗糙或者致密，本文提出了以上述2种路表面的构造深度比值作为评价指标，分析离析程度通过直接测量的构造深度值同期望值的比值来确定。确认路面的构造深度期望值时，可通过MTM测量没有发生离析的路表构造深度值的均值，也可以通过按目标配合比和获批的生产配合比制作出来的标准试件测量得到的构造深度值作为期望值。

综合国内外关于MTM的研究成果，本研究把离析程度划分成5个等级：细离析、非离析、轻度离析、中度离析和重度离析。路面的构造深度期望值确定以后，离析程度分级定量界限采用路面构造深度MTM测量值同期望值的比值，然后依据等级标准分级。

2.3 激光纹理仪实测结果评价

本文选择某高速K34+50～K35+40左幅和K14+000～K14+100左幅2段有代表性的路段，每段路面长度为100 m，用度量尺对这两个路段区域内的面积划分出纵向和横向的网格线，测量时用手推动MTM沿着选定的路段按纵向以3 km/h～6 km/h的行进速度前进，如图6所示，推动前进每10 m就可以得到一个测区的测量平均值。

表2 检测路面离析统计表

%

通过计算MTM测量路段的构造深度值和期望值两者的比值，参照MTM测量判断标准得到所测两段路面的离析灰度图，如图7,图8所示，该图形能够很好地反映施工路段表面离析程度，通过MTM测量的路段表面离析统计表如表2所示。从图7，图8分析试验结果可知K34+50～K35+40左幅路段整体施工的表面均匀性相对控制较好，并且K34+50～K35+40左幅路段的路面施工效果要好于K14+000～K14+100左幅路段，而K14+000～K14+100左幅路段施工不够理想，该段路面施工中细离析占比32.4%，从灰度图中发现在靠近路肩的一侧以及在摊铺机的中间位置出现了非常突出的细离析带，这个检测结果同PQI检测结果基本一致。该结果同样说明摊铺机的质量存在瑕疵，施工路段上在一定范围内出现了级配离析，施工单位应该引起重视，对设备进行调整。

3 结语

非均匀性是沥青路面早期病害的重要原因，非均匀性严重降低了沥青路面的路用性能和使用寿命。本研究使用无核密度仪PQI和激光纹理仪MTM进行检测，同时能快捷、方便地获取大量的测量数据进行数理统计和分析。通过MTM路表检测和PQI内部检测相结合综合评价沥青混凝土路面的非均匀性状况，分析路面的施工质量控制水准。总之，无损检测技术通过实时分析非均匀性，对指导沥青路面施工、提高沥青路面施工质量有很好的效果，意义重大。

[1] 李 智，张肖宁，雷尊贵，等.激光纹理仪在广惠高速公路沥青路面施工中的应用[J]．湖南交通科技，2006，32(3)：21-23.

[2] 王端宜，张肖宁，王绍怀．表面离析作为沥青混凝土路面施工质量评价指标的研究[J]．公路，2005(1)：14-16.

[3] 张 蓓，蔡迎春，王复明，等．无核密度仪(PQI)在沥青路面施工质量控制中的应用[J]．公路交通科技(应用技术版)，2006(4):17-19．

[4] 王端宜，李维杰，张肖宁．用数字图像技术评价和测量沥青路表面构造深度[J]．华南理工大学学报(自然科学版)，2004，32(2):42-45．

[5] 查旭东，黄 雷．PQI快速检测评价沥青路面压实质量的应用研究[J]．长沙理工大学学报(自然科学版)，2008(5)：7-10．

[6] 彭余华，沙爱民，罗志华，等．沥青混合料温度离析特性[J]．长安大学学报(自然科学版)，2008(28)：5-10．

Non uniformity evaluation of asphalt pavement based on nondestructive testing technology

Zhou Hao

(HunanCommunicationsScienceResearchInstituteCo.,Ltd,Changsha410015,China)

This paper introduces the nondestructive testing method for the heterogeneity of asphalt concrete pavement. The non uniformity of asphalt pavement on a highway is evaluated by using nuclear density meter PQI and laser texturing analyzer MTM. The result shows that the nondestructive testing technology of PQI and MTM is effective in guiding the construction of asphalt pavement and improving the quality of asphalt pavement construction.

non-uniformity, segregation, MTM, PQI

1009-6825(2017)20-0158-03

2017-05-04

周 浩(1990- )，男，硕士，助理工程师

U416.217

A