無核密度儀在機(jī)場(chǎng)瀝青道面施工質(zhì)量檢測(cè)中研究

無核密度儀在機(jī)場(chǎng)瀝青道面施工質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用研究摘要：通過使用無核密度儀對(duì)壓實(shí)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)的實(shí)際案例，研究了機(jī)場(chǎng)跑道碾壓施工工藝、密度分布規(guī)律和溫度變化規(guī)律。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得到了碾壓遍數(shù)與密度和溫度、溫度與壓實(shí)效果的相關(guān)關(guān)系，以及同一斷面不同位置的壓實(shí)情況，研究結(jié)論可為同類型施工提供借鑒。關(guān)鍵詞：無核密度儀；壓實(shí)度檢測(cè)；碾壓遍數(shù)；碾壓溫度中圖分類號(hào)：U416.217文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B0引言無核密度儀在中國(guó)道路施工中的應(yīng)用也是最近幾年才開始的，因此對(duì)無核密度儀的技術(shù)性能與操作等方面尚沒有全面、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯?，更缺乏基于中?guó)特殊的環(huán)境條件、原材料、施工方式的探索，只局限于在國(guó)外研究基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)試使用[14]。國(guó)內(nèi)部分科研工作者對(duì)無核密度儀也進(jìn)行相關(guān)研究，其中張爭(zhēng)奇等采用PQI301快速無損地定量檢測(cè)瀝青混凝土路面的密度變化情況，對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制和評(píng)估，分析了瀝青混凝土路面在橫向和縱向的非均勻性及其原因。肖立波通過使用2701B與室內(nèi)水中重法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，分析2701B的相關(guān)性，提出在公稱最大粒徑較小瀝青面層密度檢測(cè)中具有較高的精度。徐科采用PQI301檢測(cè)瀝青路面空隙率變化情況，利用擬合優(yōu)度的檢驗(yàn)及偏度、峰度檢驗(yàn)拒絕空隙率分布的正態(tài)假設(shè)。周志剛等利用PQI301無核密度儀與鉆芯后表干法測(cè)試密度（壓實(shí)度）進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證PQI301檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)熱再生瀝青路面密度的準(zhǔn)確性和有效性，得出在一定溫度下碾壓遍數(shù)與再生瀝青混合料壓實(shí)度的關(guān)系。本文依托實(shí)際的瀝青路面工程，針對(duì)碾壓方式、碾壓次數(shù)對(duì)于壓實(shí)度與壓實(shí)溫度的影響，以及溫度與壓實(shí)度的相關(guān)性方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為無核密度儀在實(shí)際施工中用于施工質(zhì)量控制的可行性提供有力的保障[56]。1工程簡(jiǎn)介昆明新機(jī)場(chǎng)是國(guó)家機(jī)場(chǎng)布局規(guī)劃確定的中國(guó)面向東南亞、南亞和連接歐亞的國(guó)家大型門戶樞紐機(jī)場(chǎng)，位于云南省昆明市官渡區(qū)長(zhǎng)水村附近，在昆明市東北方向，距市中心直線距離約24.5km，是國(guó)家在“十一五”期間惟一新建的大型樞紐機(jī)場(chǎng)。昆明新機(jī)場(chǎng)一期工程建設(shè)兩條長(zhǎng)度為4000m，垂直間距為1950m的遠(yuǎn)距獨(dú)立運(yùn)行的平行瀝青跑道，其中A跑道寬60m，B跑道寬45m，是國(guó)內(nèi)首次在大型機(jī)場(chǎng)建設(shè)中采用瀝青道面的跑道，也是綠色昆明新機(jī)場(chǎng)的示范工程之一。跑道兩端有約500m左右的水泥混凝土道面連接段，跑道中間瀝青段道面長(zhǎng)3410m，瀝青結(jié)構(gòu)層總厚度為30cm，兩側(cè)道肩為75m寬的水泥混凝土。A、B跑道的結(jié)構(gòu)形式見表1和圖1。表1A、B道面結(jié)構(gòu)形式A道面結(jié)構(gòu)B道面結(jié)構(gòu)50mmSMA13（6%SBS改性殼牌70瀝青）50mmSMA13（6%SBS改性歡喜嶺AB70瀝青）65mmAC20（5%SBS改性歡喜嶺AB70瀝青+0.3%抗車轍劑）65mmAC20（5%SBS改性歡喜嶺AB70瀝青+0.3%抗車轍劑）65mmAC20（端部5%SBS改性歡喜嶺AB70瀝青、中部4%SBS改性歡喜嶺AB70瀝青）65mmAC20（端部5%SBS改性歡喜嶺AB70瀝青、中部4%SBS改性歡喜嶺AB70瀝青）100mmATB25基層（歡喜嶺AB70瀝青）100mmATB25基層（歡喜嶺AB70瀝青）10～20mmAC5上鋪土工布10～20mmAC5上鋪土工布圖1A、B道面結(jié)構(gòu)2檢測(cè)指標(biāo)確定通常，按照形成原因?yàn)r青混凝土道面的非均勻性可分為：集料離析、溫度離析與壓實(shí)不均勻3類。各類非均勻性均表現(xiàn)為瀝青混凝土道面在部分區(qū)域的密度不均勻。為綜合研究瀝青混凝土道面非均勻性類型及成因，進(jìn)而制定合適的質(zhì)量控制措施，現(xiàn)將不均勻性分為如下2類：將混合料中集料的不均勻分布定義為集料離析非均勻性；將溫度離析和壓實(shí)不均勻定義為壓實(shí)非均勻性。本文主要對(duì)壓實(shí)非均勻性進(jìn)行探討。瀝青混凝土道面壓實(shí)非均勻性產(chǎn)生的原因主要為溫度離析與壓實(shí)不均勻，其表現(xiàn)為部分區(qū)域混合料孔隙率的不均勻性，該區(qū)域由于沒有形成穩(wěn)定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，極易導(dǎo)致早期病害的產(chǎn)生，如車轍、松散、裂縫等[7]。壓實(shí)非均勻性主要由以下因素導(dǎo)致：一是混合料局部壓實(shí)溫度的降低；二是壓實(shí)機(jī)械組合不合理或壓實(shí)功不足。3無核密度儀用于瀝青道面壓實(shí)狀況評(píng)價(jià)壓實(shí)度作為保證瀝青混凝土道面面層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命的重要指標(biāo)，直接影響瀝青混凝土道面的整體強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及長(zhǎng)期使用的耐久性。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法主要為現(xiàn)場(chǎng)鉆心取樣法，由于該法不能較好地模擬現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況，因此對(duì)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工有一定的局限性。2701B型無核密度儀作為一種無損檢測(cè)設(shè)備，可在碾壓施工過程中對(duì)路面密度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，因而對(duì)碾壓施工具有極佳的指導(dǎo)意義[8]。本文對(duì)A跑道中面層進(jìn)行測(cè)試（見圖2），以2701B測(cè)試值反映瀝青面層施工過程中現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)的情況，結(jié)合實(shí)時(shí)測(cè)得的密度數(shù)據(jù)換算出壓實(shí)度，并繪制碾壓遍數(shù)與密度值、碾壓遍數(shù)與溫度的關(guān)系圖進(jìn)行綜合分析。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)碾壓施工情況，每間隔60m選取1個(gè)橫斷面，各橫斷面上間隔25m選取1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，在不影響施工的每個(gè)橫斷面選取6個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。碾壓前用噴漆做直徑約為150mm的圓弧形標(biāo)記，并確保與上次測(cè)試方向基本保持一致。對(duì)標(biāo)記檢測(cè)點(diǎn)采用無核密度儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，在每次膠輪碾壓2遍之后進(jìn)行一次密度測(cè)試，測(cè)試同時(shí)也要測(cè)試每次碾壓后的平均溫度。待7遍碾壓結(jié)束后整理對(duì)應(yīng)橫斷面的密度測(cè)試數(shù)據(jù)，分析整個(gè)斷面的壓實(shí)均勻性及溫度隨壓實(shí)遍數(shù)的下降情況。為使研究數(shù)據(jù)具有代表性，本次隨機(jī)選取5個(gè)橫斷面數(shù)據(jù)。從表2可以看出，隨著碾壓施工的進(jìn)行，測(cè)試溫度逐漸減小，密度逐漸增大，終密度保持在2.37～2.45g?cm-3范圍內(nèi)，終壓溫度在80℃左右。在不同碾壓遍數(shù)下相關(guān)規(guī)律存在一定差異，現(xiàn)對(duì)不同碾壓遍數(shù)下密度與溫度的關(guān)系分析如下。（1）分析測(cè)試密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系可知，碾壓初期（1～4遍）測(cè)點(diǎn)密度直線上漲，之后逐漸變緩。由圖3可知，5個(gè)橫斷面的混合料在熨平板作用下達(dá)到了一定的壓實(shí)狀態(tài)，密度測(cè)試值在20g?cm-3以上。隨后在膠輪壓路機(jī)初步碾壓作用下，混合料出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，致使部分測(cè)點(diǎn)的測(cè)試密度降低至1.9g?cm-3左右，這說明在碾壓初期，膠輪壓路機(jī)在使路面的粗細(xì)集料均勻分布的同時(shí)也產(chǎn)生了明顯的輪跡分布現(xiàn)象，造成了混合料分布不均勻，從而影響了無核密度儀測(cè)試結(jié)果。因此，為保證碾壓質(zhì)量，一是要控制碾壓速度，保證碾壓均勻性；二是要根據(jù)瀝青混合料類型選擇合適的膠輪壓路機(jī)。（2）分析比較壓實(shí)成型后各橫斷面密度的分布狀態(tài)可知，橫斷面兩端密度小，且中間密度分布不均勻。由圖4可知，5個(gè)橫斷面的測(cè)試點(diǎn)均呈現(xiàn)出相似的密度變化規(guī)律，表現(xiàn)為先增大再減小。測(cè)點(diǎn)1、6與測(cè)點(diǎn)2、3、4、5的測(cè)試密度相比較小，且最小低至2.250g?cm-3，存在明顯不合格。表明該區(qū)域處于壓路機(jī)碾壓薄弱區(qū)，這可能是由于施工工藝或壓路機(jī)械選擇不合理造成的。針對(duì)該現(xiàn)象存在的普遍性，建議在道邊附近壓路機(jī)難以到達(dá)的區(qū)域改善施工工藝，如采用小型碾壓機(jī)械進(jìn)行輔助壓實(shí)；或加長(zhǎng)熨平板以減小熨平板邊端與道邊距離；也可以適當(dāng)增加碾壓遍數(shù)以保證特殊區(qū)域碾壓的均勻性。圖4密度測(cè)試斷面分布狀態(tài)（壓實(shí)7遍之后）（3）分析碾壓遍數(shù)與壓實(shí)溫度關(guān)系可知，溫度在碾壓初期（1～2遍）下降較小，中期（3～5遍）溫度降幅較大。圖5描述了溫度與碾壓遍數(shù)之間關(guān)系，從中可以得知，斷面測(cè)試的溫度隨著碾壓遍數(shù)變化分為3個(gè)階段，即碾壓0～2遍溫度變化幅度下降不大，2～5遍變化幅度較大，5遍以上變化幅度逐漸變小。這說明如果按照規(guī)范要求程序步驟，在初壓時(shí)間段內(nèi)溫度變化較小，也就決定了初壓在整個(gè)碾壓過程中的重要性；復(fù)壓前期隨著溫度的急劇下降，3～4遍的碾壓必須緊跟著進(jìn)行才能保證瀝青混合料的溫度滿足要求。而壓路機(jī)的灑水量控制在此階段也非常關(guān)鍵，為了給形成良好的道面質(zhì)量奠定基礎(chǔ)，當(dāng)?shù)烂鏈囟认陆档?0℃～80℃時(shí)，進(jìn)入到終壓階段消除壓路機(jī)痕跡階段，進(jìn)行局部區(qū)域平整度調(diào)整。圖5溫度與碾壓遍數(shù)之間關(guān)系4無核密度儀用于瀝青道面離析程度評(píng)價(jià)為了更好掌握實(shí)際路面施工中溫度離析對(duì)路面非均勻性影響是否與理論上一致，本文對(duì)A跑道上面層SMA13進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。按照上文的測(cè)試方法對(duì)面層SMA13進(jìn)行橫斷面測(cè)試，在每個(gè)位置進(jìn)行密度測(cè)試的同時(shí)進(jìn)行溫度檢測(cè)。由于溫度離析需要大面積檢測(cè)，為使研究數(shù)據(jù)具有準(zhǔn)確性，選擇13個(gè)檢測(cè)橫斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制出不同碾壓遍數(shù)下的溫度、密度狀況分布圖和溫度密度變異性及道面成型后溫度與密度的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布圖。（1）碾壓過程中溫度整體分布不均勻，且隨碾壓遍數(shù)的增加，離散程度先增大后減?。ㄒ妶D6和圖7）。圖6鋪筑過程中溫度與密度的分布狀態(tài)圖7不同碾壓遍數(shù)下溫度變異性圖7描述了施工壓實(shí)溫度在不同碾壓遍數(shù)下的分布狀態(tài)。從中可以看出，不同碾壓遍數(shù)下溫度分布不太均勻，例如碾壓第1遍時(shí)最高溫度達(dá)到161℃，而最低溫度卻為78℃，二者之間相差約83℃，變化差較大，分布散亂；在碾壓第7遍時(shí)，溫度差異減小到50℃。說明瀝青混合料在拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓中的個(gè)別環(huán)節(jié)出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的溫度損失，造成溫度差異較大。另外，從圖7還可以得知，隨著碾壓遍數(shù)增加，溫度離散程度先增加后減小，主要表現(xiàn)為復(fù)壓階段溫度差異性增大，而碾壓7遍后溫度變異性又逐漸減小。這說明復(fù)壓階段道面的實(shí)際碾壓狀況并沒有按照上述制定的施工工藝進(jìn)行，導(dǎo)致溫度變化比較大，而后期碾壓較為及時(shí)，使溫度最終控制在較小變化范圍內(nèi)。（2）不同碾壓遍數(shù)下，溫度與密度之間沒有明顯規(guī)律，關(guān)系較散亂。在溫度較高區(qū)域也會(huì)出現(xiàn)較低密度，反之，也會(huì)有較高密度，如圖6（d）所示。從圖7可以看出，測(cè)試密度與溫度分布較類似，隨碾壓遍數(shù)變化，密度分布不均勻，但好于溫度分布。其中，碾壓1遍時(shí)測(cè)試密度的最大值與最小值相差約0.6g?cm-3，但碾壓7遍后密度分布最終在合格范圍內(nèi)。因此，密度變異結(jié)果隨碾壓遍數(shù)增加而減小，如圖8所示。圖8不同碾壓遍數(shù)下密度變異性從圖8可以得知，密度隨碾壓遍數(shù)的變化更加明顯，變異系數(shù)從4.3減小到2.8，下降約35%，說明道面整體密度均勻性在增加，最終控制在一定范圍內(nèi)。另外，根據(jù)圖6（d）可以看出，碾壓溫度與密度關(guān)系沒有必然聯(lián)系。從當(dāng)天鋪筑瀝青混合料馬歇爾試件標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算的壓實(shí)度得知：在溫度較高區(qū)域，密度同樣較小，這些區(qū)域有可能出現(xiàn)了集料離析，導(dǎo)致路面難于壓實(shí)，在相同的壓實(shí)功作用下，即使溫度達(dá)到了壓實(shí)溫度，但是密度卻沒有太大的增加；而在溫度較低區(qū)域，卻存在高密度部分。這表明溫度并不是影響路面密度差異的惟一原因，采用合理的碾壓工藝可以消除由于溫度差異帶來的離析現(xiàn)象。因此，路面密度與溫度并沒有顯著的相關(guān)性，這說明溫度差異并不一定會(huì)帶來溫度離析。同時(shí)碾壓7遍時(shí)溫度和密度服從正態(tài)分布，如圖9和圖10所示。圖9道面成型測(cè)試溫度分布狀態(tài)圖10道面成型測(cè)試密度分布狀態(tài)5結(jié)語（1）碾壓溫度與碾壓有效時(shí)間對(duì)碾壓效果至關(guān)重要。建議在道邊等壓路機(jī)難以到達(dá)的區(qū)域改善施工工藝，如采用小型碾壓機(jī)械進(jìn)行輔助壓實(shí)；或加長(zhǎng)熨平板以減小熨平板邊端與道邊距離；也可以適當(dāng)增加碾壓遍數(shù)以保證特殊區(qū)域碾壓的均勻性。（2）當(dāng)部分區(qū)域存在碾壓效果不符合要求時(shí)，為保證碾壓效果可適當(dāng)提高碾壓溫度。在不發(fā)生推移、表面無開裂的情況下，初壓的壓路機(jī)可一直緊跟攤鋪機(jī)，以確保在較高的溫度下進(jìn)行初壓；復(fù)壓應(yīng)緊跟初壓；終壓也應(yīng)盡可能地在較高溫度下進(jìn)行。參考文獻(xiàn)：[1]JTGF40―2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].[2]JTGE60―2008，公路路基里面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程[S].[3]戴文斌.瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)與壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)[J].公路，2001，46（10）：5256.[4]陳少幸，張肖寧.應(yīng)用PQI評(píng)價(jià)瀝青路面離析的研究[J].公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2006，23（5）：1115.[5]