CN109187668A - 基于沥青混合料介电特性的压实度无损检测方法 - Google Patents

基于沥青混合料介电特性的压实度无损检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于沥青混合料介电特性的压实度无损检测方法。本发明通过理论推导，建立沥青混合料压实度与介电特性之间的联系，利用已有设计资料获取沥青混合料的最大理论密度和沥青密度，并通过实验测量沥青与矿料的介电常数，将以上参数与测量的沥青混合料介电常数带入公式直接获取沥青混合料的压实度。该方法无论从测试方法的合理性还是可操作性上均有较大进步，另外其无损检测的特性，与常规的现场测量方法有着本质区别与优势。

Description

基于沥青混合料介电特性的压实度无损检测方法
技术领域
本发明属于道路工程领域，涉及一种基于沥青混合料介电特性的压实度无损检测方法。
背景技术
沥青路面早期病害的发展不仅与设计级配及沥青含量等设计参数相关，也同样与施工工艺与施工质量密切相关，例如路面早期病害车辙，即压实度不当导致。在我国规范中，沥青混合料设计方法通常采用马歇尔法，设计核心为通过空隙率控制沥青混合料稳定度、抗车辙性能、抗疲劳特性等性能。因此，保证路面实际空隙率为设计空隙率尤为重要。但是，实际施工中，无法对沥青混合料压实度快速检测，导致难以控制施工质量。但如果仅盲目考虑增加压实次数，则可能会导致沥青混合料空隙率偏小，从而降低沥青路面的热稳定性，导致车辙等早期病害的产生。综上，合理的设计级配与沥青含量是确保沥青路面使用性能的关键之一。而如何快速检测沥青混合料压实度，是保证沥青路面施工质量和服役寿命的前提。
在实际施工中，沥青混合料压实度测定方法主要有灌砂法、取芯法、环刀法、无核密度仪法，其中取芯测量方法虽然较为精确，但对原路面造成破坏；且现有方法都无法对路面全幅进行检测，仅仅是部分点检测，耗时较长。
发明内容
本发明目的在于针对目前沥青混合料压实度检测操作复杂、破坏的缺陷，提供一种沥青混合料压实度无损检测方法，为今后研究沥青混合料压实度与路用性能之间的关系奠定研究基础，同时也为探地雷达快速、全面检测路面质量提供相应的理论参考。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
基于沥青混合料介电特性的压实度无损检测方法，包括以下步骤：
1)获取相关参数，计算得到沥青混合料的毛体积相对密度：
2)获取相关参数，计算得到压实度：
其中K为压实度；Gmb为沥青混合料的毛体积相对密度；G0为沥青混合料的标准相对密度，Gmn、Gb分别为沥青混合料的最大理论相对密度和沥青密度，Pb为沥青含量；l、m、n分别为沥青混合料、矿料以及沥青的介电常数系数，且εac、εs、εb分别为沥青混合料、矿料以及沥青的介电常数。
按上述方案，所述沥青混合料的标准相对密度G0采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)的“T0705-2011压实沥青混合料密度试验(水中重法)”获得，计算如下所示：
其中ma为干燥沥青混合料试件的空气质量，g；mf为试件的表干质量，g，mw为试件的水中质量，g。
按上述方案，所述沥青混合料的最大理论相对密度Gmn采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)的“T0711-2011沥青混合料理论最大密度试验(真空法)”获得，计算如下所示：
其中ma为干燥沥青混合料试样的空气质量，g；m1为负压容器在25℃水中质量，g，m2为负压容器与沥青混合料在25℃水中质量，g。
按上述方案，所述沥青的介电常数按以下方法测量：
制作3个沥青试件，使用高温介电常数平台对沥青试件进行测量，每个试件正反各测一次，测量结果取6个测量值的平均值作为沥青的介电常数值εb。
按上述方案，所述沥青混合料的介电常数按以下方法测量：
以沥青混合料设计级配和空隙率为标准，采用旋转压实成型高170mm×直径150mm的圆柱体沥青混合料试件，进一步钻芯切割，得高150mm×直径100mm的圆柱体待测试件；
采用介电常数仪Percometer对待测试件进行测量，选择圆型探头并在介电常数仪中选择对应的测量模式对Percometer进行标定，标定完毕后，再将Percometer打开预热1-2分钟；
探头举起放置在待测试件上方5-10cm的位置处，若Percometer的示数E为1.0，则Percometer正常工作，若示数不为1.0，则再次进行标定；
对待测试件上下圆形面的上下左右和中部进行5次测量，测量完毕记录介电常数值以及测量温度，取测量值的均值作为该沥青混合料介电常数值εac。
按上述方案，所述矿料的介电常数按以下方法测量：
通过测得的沥青混合料的介电常数ε'ac计算得到矿料的介电常数；
其中，
本发明有益效果在于：
本发明通过理论推导，建立沥青混合料压实度与介电特性之间的联系，利用已有设计资料获取沥青混合料的最大理论密度和沥青密度，并通过实验测量沥青与矿料的介电常数，将以上参数与测量的沥青混合料介电常数带入公式直接获取沥青混合料的压实度。该方法无论从测试方法的合理性还是可操作性上均有较大进步，另外其无损检测的特性，与常规的现场测量方法有着本质区别与优势。
该测量方法前期需一次性测量出公式里的各种参数，实际施工中，只需测量现场沥青混合料介电常数进行反算即可当场获取沥青混合料的压实度。且在原材料(矿料与沥青)不变的情况下，可以快速测量计算现场沥青混合料的压实度，现场取芯检测或环刀检测压实度耗时较长，且消耗大量的人力物力。
本测量方法采用理论推导法，利用Percometer仪器无损测量沥青混合料介电常数，代入公式反算得到沥青混合料压实度，无需对路面进行破坏，较取芯法和环刀法等破坏型测量方法，本方法可以在测得路面压实度之后进一步研究沥青路面路用性能与压实度的关系，为探地雷达实现路面全幅压实度检测提供相应研究基础。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
收集参数资料
收集施工中沥青混合料的设计级配与油石比，获取沥青混合料最大理论相对密度、标准相对密度(参考设计资料和实际施工参数)、沥青密度和沥青含量。本次检测针对的是湖北武汉某道路施工项目，设计级配包含两个，分别是SMA-13与AC-13，两种级配所用沥青均为SBS改性沥青。对于SMA-13：最大理论相对密度Gmm为2.650，沥青混合料的标准相对密度G0为2.556，沥青含量Pb为5.75％，沥青密度为1.038(g/cm3)；对于AC-13：最大理论相对密度Gmm为2.655，沥青混合料的标准相对密度G0为2.547，沥青含量Pb为5.48％，沥青密度为1.038(g/cm3)。
测量沥青的介电常数值
制作3个沥青试件，采用高温介电常数平台测量沥青试件介电常数，每个试件正反各测一次，测量结果取6个测量值的平均值作为此种沥青的介电常数值，本次SBS改性沥青的介电常数εb为4.0；
制备标准沥青混合料试件
以施工中的标准级配与沥青含量，采用旋转压实成型设计空隙率分别是3.0％(SMA-13)和3.5％(AC-13)的高170mm×直径100mm的圆柱体试件，集料和沥青均采用项目实际使用材料，沥青为湖北国创高新材料股份有限公司生产的SBS改性沥青；集料为是湖北省某石料厂生产的辉绿岩和玄武岩；矿粉由石灰岩磨制而成。对成型试件采用钻芯与切割处理，得高150mm×直径100mm的圆柱体试件。
标定Percometer
选择直径为60mm的探头SF169与PM主机连接，根据探头型号选择测量模式，此时显示屏左上方上显示H169C即是设置正确；而后对Percometer进行标定，将探头置于空气中进行测量，屏幕显示E为1.0，标定成功；接着打开仪器预热1-2分钟之后即可开始测量。
测量标准试件沥青混合料介电常数
将探头垂直放在沥青混合料试件上方，使探头置于沥青混合料圆面内，待数据稳定后进行记录；分别在沥青混合料试件圆面上、下、左、右、中五个方位进行测量，然后将沥青混合料试件倒转按上述步骤再次测量，取10次测量平的均值为沥青混合料试件的介电常数。按照同样的步骤对所有沥青混合料试件进行测量。标准级配沥青混合料试件SMA-13对应介电常数为8.712；标准级配沥青混合料试件AC-13对应介电常数为6.784。
计算标准级配的沥青混合料矿料介电常数值
通过标准级配沥青混合料介电常数ε'ac计算矿料的介电常数εs。标准级配沥青混合料SMA-13中矿料介电常数的计算值为12.160；标准级配沥青混合料AC-13中矿料介电常数的计算值为7.644。
制备不同压实度的沥青混合料试件
试验采用旋转压实成型试件，集料和沥青均采用项目实际使用材料。级配与沥青含量采用的是该集料对应项目的实际级配与沥青含量，以不同压实次数和质量成型高170mm×直径100mm的圆柱体试件。对成型试件进行钻芯与切割处理，得高150mm×直径100mm的圆柱体试件。
其中SMA-13按照压实次数150、120次分别成型2个试件，分别编号SMA-13-1、SMA-13-2，AC-13按照压实次数170、140分别成型2个试件，分别编号AC-13-1、AC-13-2，同时控制旋转压实试件的空隙率在1.0％—4.0％的范围内。
标定Percometer
选择直径为60mm的探头SF169与PM主机连接，根据探头型号选择测量模式，此时显示屏左上方上显示H169C即是设置正确；而后对Percometer进行标定，将探头置于空气中进行测量，屏幕显示E为1.0，标定成功；接着打开仪器预热1-2分钟之后即可开始测量。
测量标准试件沥青混合料介电常数
将探头垂直放在沥青混合料试件上方，使探头置于沥青混合料圆面内，待数据稳定后进行记录；分别在沥青混合料试件圆面上、下、左、右、中五个方位进行测量，然后将沥青混合料试件倒转按上述步骤再次测量，取10次测量平的均值为沥青混合料试件的介电常数。所得介电常数值见表1所示。
表1
计算沥青混合料压实度
将最大理论相对密度Gmm、沥青混合料的标准相对密度G0、沥青含量Pb、矿料的介电常数εs、沥青的介电常数εb以及沥青混合料介电常数εac代入公式中，最终计算得到沥青混合料压实度的计算值，与实测值的对比情况见下表2；
表2

Claims (6)

1.基于沥青混合料介电特性的压实度无损检测方法，其特征在于包括以下步骤：
1)获取相关参数，计算得到沥青混合料的毛体积相对密度：
2)获取相关参数，计算得到压实度：
其中K为压实度；Gmb为沥青混合料的毛体积相对密度；G0为沥青混合料的标准相对密度，Gmn、Gb分别为沥青混合料的最大理论相对密度和沥青密度，Pb为沥青含量；l、m、n分别为沥青混合料、矿料以及沥青的介电常数系数，且εac、εs、εb分别为沥青混合料、矿料以及沥青的介电常数。
2.如权利要求1所述基于沥青混合料介电特性的压实度无损检测方法，其特征在于所述沥青混合料的标准相对密G0采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0705-2011压实沥青混合料密度试验获得。
3.如权利要求1所述基于沥青混合料介电特性的压实度无损检测方法，其特征在于所述沥青混合料的最大理论相对密度Gmn采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0711-2011沥青混合料理论最大密度试验获得。
4.如权利要求1所述基于沥青混合料介电特性的压实度无损检测方法，其特征在于所述沥青的介电常数按以下方法测量：
制作3个沥青试件，使用高温介电常数平台对沥青试件进行测量，每个试件正反各测一次，测量结果取6个测量值的平均值作为沥青的介电常数值εb。
5.如权利要求1所述基于沥青混合料介电特性的压实度无损检测方法，其特征在于所述沥青混合料的介电常数按以下方法测量：
以沥青混合料设计级配和空隙率为标准，采用旋转压实成型高170mm×直径150mm的圆柱体沥青混合料试件，进一步钻芯切割，得高150mm×直径100mm的圆柱体待测试件；
采用介电常数仪Percometer对待测试件进行测量，选择圆型探头并在介电常数仪中选择对应的测量模式对Percometer进行标定，标定完毕后，再将Percometer打开预热1-2分钟；
探头举起放置在待测试件上方5-10cm的位置处，若Percometer的示数E为1.0，则Percometer正常工作，若示数不为1.0，则再次进行标定；
对待测试件上下圆形面的上下左右和中部进行5次测量，测量完毕记录介电常数值以及测量温度，取测量值的均值作为该沥青混合料介电常数值εac。
6.如权利要求1所述基于沥青混合料介电特性的压实度无损检测方法，其特征在于所述矿料的介电常数按以下方法测量：
通过测得的沥青混合料的介电常数ε'ac计算得到矿料的介电常数；
其中，
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