路面雷达在沥青路面密度和压实度检测中的应用

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中图分类号：U416.217文献标识码： A 文章编号：

摘要:沥青路面是我国主要路面类型之一,其密度与压实度是沥青路面质量控制的关键。因此，沥青路面的密度和压实度的检测，无论是对沥青路面的施工还是养护都有重要意义。路面雷达检测技术，具有高效、快速、连续、无损的特点，本文就路面雷达在沥青路面密度与压实度检测中的应用进行探讨。

关键词:沥青路面；密度；压实度；路面雷达；检测

Abstract: the asphalt pavement is one of the main road surface type, its density and the degree of compaction is the key to the quality control of asphalt pavement. Therefore, the density of the asphalt pavement and the degree of compaction test, no matter whether the construction or maintenance of the asphalt pavement are of significance. Pavement radar detection technology, with efficient, fast and continuous and nondestructive characteristics, this paper radar on the road asphalt pavement compaction degree density and the detection of application are discussed.

Key words: the asphalt pavement; Density; Compaction degree; Pavement radar; detection

沥青路面是我国公路建设中一种广泛采用的路面类型，具有行车安全、舒适性好等优点。但近年来，一些公路沥青路面出现了早期损坏现象，不仅造成经济损失，而且影响到交通业的发展。沥青路面的密度与压实质量是提高路面整体性能的关键，也是路面质量评定中也是一个重要指标，科学、高效的进行沥青路面的密度与压实度检测，是有利于提高沥青路面的使用性能，减少早期损坏，延长使用年限的重要措施。近年来，路面雷达作为一种高效、快速、连续、无损的路面检测设备，已经较为广泛的应用于沥青路面压实质量检测中，取得了较好的效果。为此，本文就路面雷达检测的相关问题进行详细分析。

1基本测试原理

路面雷达的最大优点就是它是一种非破坏性检测技术，应用也非常广泛。在此，以复合介质均方根模型为例解释路面雷达检测沥青路面压实质量测试原理，复合介质均方根模型也称为体积模型，也就是复折射率法(CRIM)。

假设复合介质由空气、沥青以及固体填料三相介质组成，显然，探地雷达所发射的脉冲电磁波在复合介质层内的旅行时间等于各段脉冲旅行时间之和:

Δt=Δta+Δtw+Δts(1)

式中:Δt，Δta，Δtw和Δts分别为复合介质层及空气、沥青和固体填料段的反射脉冲旅行时间(也称为双程走时)。

探地雷达所发射的脉冲电磁波在介质中传播的速度为:

v=c/ (2)

式中:c为真空中的光速(0.3m/ns)；εr为介质的相对介电常数。

脉冲电磁波在介质中双程走时为:

Δt=2h/v(3)

考虑式(2)和式(3)，则式(1)可转化为:

=θa+θw+θs (4)

式中:εa，εw和εs分别为复合介质中空气、沥青和固体填料的介电常数；h为总厚度；ha，hw和hs分别为空气、沥青及固体填料段的厚度；θa，θw和θs分别为空气、沥青和固体填料的体积百分含量。

式(4)即是考虑三相介质(空气、沥青、固体)时复合介质介电常数的体积模型公式。

在对新铺沥青面层的压实度进行检测评定时，由于其含水量微弱可忽略，路面雷达实时分析路面材料的介电常数，利用沥青混合料的介电常数、体积比、密度三者之间的内在联系，实现密度、压实度的快速检测。

2沥青混合料介电常数与密度、压实度关系的试验研究

某高速公路为双向4车道，全封闭。设计车速为120km/h。沥青路面结构为:8cm厚AC-25粗粒式沥青混凝土下面层+6cm厚AC-20中粒式沥青混凝土中面层+4cm厚AC-13改进型抗滑表层。

结合该高速公路沥青下面层施工进度情况，选取有代表性路段，利用路面雷达检测沥青混凝土介电特性，取芯验证芯样毛体积密度和压实度，研究现场摊铺情况下沥青混凝土介电特性与压实指标的相关性。

本次试验采用美国Pulse Radar公司的路面雷达检测系统Rodar V，配置中心频率为1GHz天线。主要技术指标如下:①天线类型双基型空气耦合式天线；②系统测速可达110km/h；③采样频率5MHz；④雷达信号采集速率50波迹/s/通道，1024点/波迹；⑤自动测距仪每秒记录50次位置信息。

2.1同一段落试验

（1）试验段1

试验段1选取在该高速公路沥青面层下面层左幅K26+400―K27+000段，长600m，利用路面雷达检测其压实质量。实测数据如图1a所示。

从试验段1试验结果来看，芯样毛体积密度与介电常数相关性较好，R2=0.7972。

（2）试验段2

试验段2选取在该高速公路沥青面层下面层右幅K53+500―K54+000段，长500m，利用路面雷达检测其压实质量。实测数据如图1b所示。从试验段2试验结果来看，芯样毛体积密度与介电常数相关性较好，R2=0.8142。

图1现场试验结果示意

2.2同一断面试验

在试验段1中随机选取3个断面，检测该断面沥青混合料介电特性，并在该断面上选取有代表性的位置取芯3～4处验证。从同一断面毛体积密度结果来看，3断面汇总比较实测毛体积密度和反算毛体积密度最大差值达到了平均值的4.4%和6.0%，两者变异系数分别为1.234和1.459。考虑到实测毛体积密度数量较少，且实测毛体积密度数值变化较小，3断面汇总相关性R2=0.8515，有很好的相关性。

2.3同一区域试验

在试验段2中各选取2个2m2大小的区域，检测该区域沥青混合料介电特性，并在该区域上随机选取代表性点取芯验证，实测数据如图2所示。

图2 现场试验结果示意

由于所选沥青下面层试验区域为离析较大区域，两个区域内部测得毛体积密度和介电常数之间相关性较好，R2分别达到0.939和0.8799；汇总相关性R2达到0.8532，两者有很好的相关性。

2.4现场试验数据汇总分析

将该高速公路两个试验段数据汇总分析，汇总结果如图3所示。

图3现场试验结果汇总示意

从现场试验汇总结果来看，现场试验毛体积密度和介电常数线性相关关系R2达到了0.7927，两者有很好的相关性。认为反算毛体积密度可以真实地反映沥青路面实际压实情况。

3工程应用

在该高速公路，运用路面雷达对K34+500―K36+500左幅下面层沥青面层压实质量进行了检测评价。路面雷达检测采取20m一个数据，取芯6处，检测结果如表1和图4所示。

表1 沥青下面层压实质量检测评定汇总

注: 介电常数变化范围5.5～6.5，最佳介电常数5. 8，相关性公式:y = 8. 878 6x－15.515

图4 现场沥青下面层检测结果示意

4结语

总之，沥青路面密度与压实度质量是影响着道路通行性能的重要指标，是路面设计、施工和养护的重要参考。路面雷达检测技术的高效、快速、连续、无损性等特点，因此，它在沥青路面密度与压实度的检测中的应用，无疑是推动了路面设计、施工和养护的进步，这对我国的公路建设事业具有重要的意义。

参考文献

[1] 王子彬 蔡迎春 郭成超，路面雷达在沥青路面密度和压实度检测中的试验研究[J].中南公路工程,2006.04