CN111289407A - 钢桥面铺装层压实度无损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于沥青材料的组合物技术领域，具体涉及一种钢桥面铺装层压实度无损检测方法。所述钢桥面铺装层压实度无损检测方法，包括以下步骤：A.无核密度仪的选择；B.无核密度仪测试环境的选择；C.无核密度仪单点测量；D.无核密度仪标定；E.钢桥面铺装层检测单元划分和测点布设；F.计算压实度；其中，钢桥面铺装层检测单元划分和测点布设包括E1.检测单元划分、E2.二级评定单元划分和E3.二级单元内检测样本数量的确定。本发明的方法能够准确修正无核密度仪标定后测试结果的变异性，保证测试结果的真实性。

Description

钢桥面铺装层压实度无损检测方法

技术领域

本发明属于通过测量已知体积的重量以分析材料技术领域，具体涉及一种钢桥面铺装层压实度无损检测方法。

背景技术

桥梁作为道路建设项目中的主要组成部分，其结构的耐久性及桥面的使用功能越来越受到重视。可靠和合理而得桥面铺装体系，不仅能为桥梁提供行驶性能良好而耐久的桥面，而且作为桥面板的有效防护体系，防止水分的渗透，保证桥梁结构耐久性(“钢桥面铺装技术的发展与应用”，马丁，信息化建设，2016年第9期，第19页摘要第1-5行，公开日2016年10月15日)。

在钢桥面铺装工程中，压实度是桥面铺装质量的重要控制指标(“无核密度仪在钢桥面铺装压实度测试中的应用研究”，谢小迪等，江西建材，2017年第16期，第128页左栏第1段第1行，公开日2017年12月31日)。沥青路面的压实度的定义为

K＝P_S/ρ₀×100(%)，

式中，K为沥青面层某一测定部位的压实度，单位为％；Ps为沥青混合料芯样试件的实际密度，单位为g/cm³；ρ₀为沥青混合料的标准密度，单位为g/cm³。其中，沥青混合料的标准密度以沥青拌和厂取样试验的马歇尔密度为准，以每天实测的最大理论密度作为标准密度；以试验路密度作为标准密度。客观上而言，实际密度和标准密度在一定条件下都是定值，因此，压实度也为定值。但由测试方法不同，对检测结果的影响是显而易见的(“沥青路面压实度检测方法的对比”，栗丽海，黑龙江交通科技，2007年第1期，第15页左栏第1段第 1行至第2段第7行，公开日2007年12月31日)。

压实度是否合格直接影响到铺装层的耐热性、抗裂性、防滑性、耐久性及渗透性。因而，压实度未达到技术要求所导致的铺装层疲劳开裂和松散现象也较为突出，严重降低了钢桥面铺装的使用寿命，给国家和地区造成了巨大经济损失和负面的社会影响。

目前，沥青路面压实度的检测方法有钻芯法、核子密度仪和无核密度仪方法等。普通的沥青路面压实度检测与评定，多采用“钻心取样法”去芯后在室内检测密度，再根据标准密度换算成压实度，所得数据真实可靠。但是，钻芯法对铺装结构层次复杂、修补困难的钢桥面铺装并不适用，而且对桥面钢板有不可逆的损伤。核子密度仪检测方法结果精确，实用性强，但该检测方法存在核辐射的问题，对人身健康安全造成了极大的威胁。无核密度仪检测方法安全、便捷、高效，近年来在工程中已有较多的应用。然而，基于无核密度仪的沥青路面混凝土密度检测时，铺装层表面的构造深度、湿度和含水率都会使检测结果出现较大的变异性，使检测结果失真。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢桥面铺装层压实度检测方法，该方法对铺装结构层次复杂、修补困难的钢桥面铺装能够适用，对桥面钢板不会造成不可逆的损伤，不存在核辐射问题，能够准确修正无核密度仪标定后测试结果的变异性，从而能够保证测试结果的真实性，更准确的对路面压实度进行评价。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

钢桥面铺装层压实度检测方法，包括以下步骤：

A.无核密度仪的选择；

B.无核密度仪测试环境的选择；

C.无核密度仪单点测量；

D.无核密度仪标定；

E.钢桥面铺装层检测单元划分和测点布设；

F.计算压实度；

其中，钢桥面铺装层检测单元划分和测点布设包括E1.检测单元划分、E2.二级评定单元划分和E3.二级单元内检测样本数量的确定。

进一步，所述无核密度仪单点多次测量的电磁密度最大值和最小值的差值≤5.0kg/m³，单点芯样标定后的测量误差≤5.0kg/m³，检测深度需≥40mm，且可操作环境温度为0-80℃。

进一步，所述无核密度仪测试环境的选择具体为天气晴朗，无阴雨、无雾，铺装层目视无结露、无潮湿。

进一步，所述无核密度仪单点测量具体包括测量点选择和单点测量，所述检测点平整，表面无油污，无散粒凸起，无松动集料，且铺装层无外力施加痕迹。

进一步，所述单点测量具体为：以测量点为中心，每次测量后将无核密度仪原地旋转45℃进行下次测量，每个测量点测量8次，取测量结果的平均值作为该点的电磁密度。

进一步，所述无核密度仪标定具体为：采用试验段标定或室内标定芯样10-15个，标定常数取各个芯样的毛体积密度与电磁密度之差的平均值，即：

其中，r_fi为各芯样的毛体积密度，单位为g/cm³；r_ei为各芯样的电磁密度，单位为g/cm³。

进一步，所述检测单元划分为单幅1km长度或单幅10000-20000m²。

进一步，所述二级评定单元划分具体为1500m²。

进一步，所述二级单元内检测样本数量的确定具体为根据数理统计学相关知识，以电磁密度和芯样密度的差值为研究对象，确定二级单元内的最小样本数量。

进一步，所述计算压实度包括计算测量点压实度，然后计算每个二级评定单元内各个测量点压实度平均值得到二级压实度k，随后以二级压实度k为基础，按照式(I)计算得到检测单元的压实度K

式中，K为检测单元的压实度；k为二级压实度；t_a为分布表中随测点数和保证率而变的系数。

本发明的有益效果在于：

本发明的方法能够准确修正无核密度仪标定后测试结果的变异性，保证测试结果的真实性。

本发明的方法测试操作方便，适用于小面积特殊沥青混合料铺装的验收与复查。

本发明的方法为无损的沥青路面压实度测试方法，对桥梁结构及铺装层不造成破坏。

本发明的方法能够快速找出压实度不合格的铺装区域。

具体实施方式

所举实施例是为了更好地对本发明的内容进行说明，但并不是本发明的内容仅限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

钢桥面铺装层压实度检测方法，具体步骤如下：

A：无核密度仪的选择，具体技术性能要求为：

A1、精度要求：单点多次测量(固定同一位置)的电磁密度最大值和最小值之差≤5.0kg/m³；单点芯样标定后的测量误差≤5.0kg/m³；

A2、检测深度需≥40mm；

A3、可操作环境温度为0～80℃；

B：无核密度仪测试环境选择，具体要求如下：

B1、确定天气晴朗，无阴雨、雾；

B2、铺装层目视无结露、无明显潮湿，若雨后，须进行充分干燥，使路表水分含量和沥青混凝土含水量接近于0，宜连续晴天两天后进行测试；

C：对无核密度仪单点测量，具体包括测量点位选择标准和单点测量方法，具体要求如下：

C1、确定检测点具有良好的平整性，且铺装层无明显外力施加的痕迹，将无核密度仪置于点位上，前后左右轻微摇动仪器，无晃动，另外所选点位禁止选择在路拱顶部和接缝部位；

C2、确定检测点表面无油污，无散粒凸起，无松动集料；

C3、以测点为中心，每次测量后将无核密度仪原地旋转约45℃进行下次测量，每点测量8次，取测量结果的平均值作为该点的电磁密度；

D：对无核密度仪进行标定，标定芯样数量10-15个，可采用试验段标定或室内标定，标定(修正)常数取各个芯样的毛体积密度与电磁密度之差的平均值，即：

其中，r_fi—各芯样的毛体积密度，g/cm³；r_ei—各芯样的电磁密度，g/cm³。

试验段标定或室内标定具体见下：

D1、试验段标定，

D11、试验段SMA-13摊铺完成12h后，按照步骤二对测试环境判定；

D12、大致选择同一天14:00～18:00时段测量并记录预标记点位的路面温度，测量各点电磁密度；

D3、在做标记的点位钻芯取样，室内测量芯样毛体积密度；

D4、计算标定(修正)常数；

D2、室内标定，

D21、室内成型试件，冷却至常温后，测试电磁密度；

D22、钻芯取样，室内表干法测量芯样毛体积密度；

D23、计算标定(标定)常数；

D3、重新标定的适用状况

D31、路面温度与标定温度之差超过30℃时须重新标定或更换修正系数；

D32、当SMA材料种类发生改变，或配合比4.75mm通过率波动超过3％时，须重新标定。

E：钢桥面铺装层检测单元划分和测量点布设，

E1、检测单元的划分：钢桥面铺装检测评定单元以单幅1km长度或单幅10000～20000m²为宜；对于中小型钢桥，可以整座桥梁作为一个检测评定单元。如在某特大钢桥铺装工程中，每标准节段单幅铺装层面积为1655.5m²，以10个标准节段的单幅总长度或单幅总铺装面积为一个检测评定单元，总长度和总面积分别为1.1km和16555m²。

E2、二级评定单元的划分：无核密度仪修正常数的误差满足正态分布规律，误差平均值接近于0，因此对局部铺装层的不合格压实度不能及时发现，因此在实施过程中，把桥面铺装层分成一定数量的等面积二级单元，将每个二级单元内的多个测点的修正密度平均值作为该单元的修正常数和分析对象，二级单元面积越小，其修正常数就越接近该单元的真实修正常数，但二级单元面积越小，就需要划分二级单元越多，增加检测工作量，钢桥面铺装二级评定单元以1500m²左右为宜；

E3、二级单元内检测样本数量的确定：当二级单元内检测点数量较多时，其修正后的密度的平均值就越能代表该二级评定单元的真实情况，但检测点越多工作量越大。根据数理统计学相关知识，以电磁密度和芯样密度的差值为研究对象，在满足相关要求条件下研究二级单元内所需的最小样本数量问题。

在统计学中对于一个样本(X₁，X₂,……X_n)其平均值、标准差S，变异系数和代表值计算见：

当样本符合正态分布时，数学期望的置信区间计算见式：

以上各式中，

—样本均值；Δ—单边置信区间；t_1-α/₂(n-1)—自由度为n-1时，t分布点t_1-α/2点的值；α—置信度；n—样本容量；S—样本标准差；C_V—变异系数；

—样本测点值。

n＝[S/Δ·t_1-α/₂(n-1)]²

当样本容量满足误差的正太分布时，平均值可消除误差。因此，如果知道样本方差，则可根据设置的置信区间，计算出最小样本数量。

如：以33个电磁密度与芯样密度之差(见表1)的平均值作为修正常数，获得误差样本，测可通过上式计算出不同保证率和误差范围的最小样本容量，见表2：

表1 33个检测点密度测试结果

表2标定所需最小样本容量

注：空隙率和试验段压实度计算参考值均为表1中芯样密度平均值2.527。

F、压实度计算，

F1、测点压实度计算，以实验室标准密度、最大理论密度和试验段密度为基础，计算各测量点压实度；

F2、二级评定单元压实度统计，计算每个二级评定单元内各测量点压实度平均值得到二级压实度；

F3、检测单元评价，以二级压实度作为评定对象，不再涉及单点压实度，其中压实度代表值按照下式计算：

其中，K—检测评定单元压实度；

k—检测评定单元内各二级评定单元压实度平均值；

t_a—分布表中随测点数和保证率而变的系数，见附录1，采用95％的保证率；

G、对检测单元压实度进行评价

G1、钢桥面铺装层压实度标准：

以试验段密度计算压实度：K₀≥99％；

以试验室标准密度计算压实度：K₀≥98％；

以最大理论密度计算压实度：K₀≥94％。

G2、检测单元压实度评价：

当K≥K₀且各二级单元压实度均≥K₀-1％和各二级单元内测点压实度变异系数均≤0.012时，评定路段压实度合格率为100％；

当K≥K₀时，按二级单元压实度≥K₀且二级单元内测点压实度变异系数均≤0.010的二级评定单元数量计算合格率。

当K≤K₀时，评定路段的压实度不合格，相应分项工程评定为不合格。

由表1和表2可知，采用95％保证率，密度允许误差±0.02，二级单元最小样本数量为 5个，在桥面铺筑过程中，对某一二级单元进行取样测试，标定值取0.453g/cm3，试验结果结果如表3所示。

表3某一二级单元测点实验结果

编号	电磁密度(g/cm<sup>3</sup>)	修正密度(g/cm<sup>3</sup>)	芯样密度(g/cm<sup>3</sup>)	绝对误差(g/cm<sup>3</sup>)
					1#	2.120	2.555	2.546	-0.009
2#	2.078	2.513	2.550	0.037
					3#	2.156	2.591	2.566	-0.025
4#	2.070	2.505	2.529	0.018
					5#	2.152	2.587	2.559	-0.028

由表3可知，经计算，5个芯样修正密度平均值得到该二级单元修正后密度为2.550g/cm³，二级单元密度与5个芯样密度最大差值0.021g/cm³，而5个芯样修正密度与芯样密度绝对误差最大达0.037g/cm³，同时2#、3#、5#超出0.021g/cm³。由此证明，采用本发明的方法检测钢桥面压实度，更接近于芯样真实密度。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.钢桥面铺装层压实度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.无核密度仪的选择；

B.无核密度仪测试环境的选择；

C.无核密度仪单点测量；

D.无核密度仪标定；

E.钢桥面铺装层检测单元划分和测点布设；

F.计算压实度；

其中，钢桥面铺装层检测单元划分和测点布设包括E1.检测单元划分、E2.二级评定单元划分和E3.二级单元内检测样本数量的确定。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述无核密度仪单点多次测量的电磁密度最大值和最小值的差值≤5.0kg/m³，单点芯样标定后的测量误差≤5.0kg/m³，检测深度需≥40mm，且可操作环境温度为0-80℃。

3.根据权利要求1或2所述的检测方法，其特征在于，所述无核密度仪测试环境的选择具体为天气晴朗，无阴雨、无雾，铺装层目视无结露、无潮湿。

4.根据权利要求1、2或3所述的检测方法，其特征在于，所述无核密度仪单点测量具体包括测量点选择和单点测量，所述检测点平整，表面无油污，无散粒凸起，无松动集料，且铺装层无外力施加痕迹。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述单点测量具体为：以测量点为中心，每次测量后将无核密度仪原地旋转45℃进行下次测量，每个测量点测量8次，取测量结果的平均值作为该点的电磁密度。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的检测方法，其特征在于，所述无核密度仪标定具体为：采用试验段标定或室内标定芯样10-15个，标定常数取各个芯样的毛体积密度与电磁密度之差的平均值，即：

其中，r_fi为各芯样的毛体积密度，单位为g/cm³；r_ei为各芯样的电磁密度，单位为g/cm³。

7.权利要求1-6任一项所述的检测方法，其特征在于，所述检测单元划分为单幅1km长度或单幅10000-20000m²。

8.根据权利要求1-7任一项所述的检测方法，其特征在于，所述二级评定单元划分具体为1500m²。

9.根据权利要求1-8任一项所述的检测方法，其特征在于，所述二级单元内检测样本数量的确定具体为根据数理统计学相关知识，以电磁密度和芯样密度的差值为研究对象，确定二级单元内的最小样本数量。

10.权利要求1-9任一项所述的检测方法，其特征在于，所述计算压实度包括计算测量点压实度，然后计算每个二级评定单元内各个测量点压实度平均值得到二级压实度k，随后以二级压实度k为基础，按照式(I)计算得到检测单元的压实度K

式中，K为检测单元的压实度；k为二级压实度；t_a为分布表中随测点数和保证率而变的系数。