無核密度儀在機場瀝青道面施工質(zhì)量檢測中研究

無核密度儀在機場瀝青道面施工質(zhì)量檢測中的應(yīng)用研究摘要：通過使用無核密度儀對壓實狀況進行評價的實際案例，研究了機場跑道碾壓施工工藝、密度分布規(guī)律和溫度變化規(guī)律。根據(jù)實測數(shù)據(jù)得到了碾壓遍數(shù)與密度和溫度、溫度與壓實效果的相關(guān)關(guān)系，以及同一斷面不同位置的壓實情況，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；壓實度檢測；碾壓遍數(shù)；碾壓溫度中圖分類號：U416.217文獻標志碼：B0引言無核密度儀在中國道路施工中的應(yīng)用也是最近幾年才開始的，因此對無核密度儀的技術(shù)性能與操作等方面尚沒有全面、嚴謹?shù)难芯浚狈谥袊厥獾沫h(huán)境條件、原材料、施工方式的探索，只局限于在國外研究基礎(chǔ)上進行測試使用[14]。國內(nèi)部分科研工作者對無核密度儀也進行相關(guān)研究，其中張爭奇等采用PQI301快速無損地定量檢測瀝青混凝土路面的密度變化情況，對施工質(zhì)量進行動態(tài)控制和評估，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)水中重法進行對比試驗，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中具有較高的精度。徐科采用PQI301檢測瀝青路面空隙率變化情況，利用擬合優(yōu)度的檢驗及偏度、峰度檢驗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試密度（壓實度）進行對比試驗，驗證PQI301檢測現(xiàn)場熱再生瀝青路面密度的準確性和有效性，得出在一定溫度下碾壓遍數(shù)與再生瀝青混合料壓實度的關(guān)系。本文依托實際的瀝青路面工程，針對碾壓方式、碾壓次數(shù)對于壓實度與壓實溫度的影響，以及溫度與壓實度的相關(guān)性方面進行了詳細的分析，為無核密度儀在實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工程簡介昆明新機場是國家機場布局規(guī)劃確定的中國面向東南亞、南亞和連接歐亞的國家大型門戶樞紐機場，位于云南省昆明市官渡區(qū)長水村附近，在昆明市東北方向，距市中心直線距離約24.5km，是國家在“十一五”期間惟一新建的大型樞紐機場。昆明新機場一期工程建設(shè)兩條長度為4000m，垂直間距為1950m的遠距獨立運行的平行瀝青跑道，其中A跑道寬60m，B跑道寬45m，是國內(nèi)首次在大型機場建設(shè)中采用瀝青道面的跑道，也是綠色昆明新機場的示范工程之一。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檢測指標確定通常，按照形成原因瀝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；將溫度離析和壓實不均勻定義為壓實非均勻性。本文主要對壓實非均勻性進行探討。瀝青混凝土道面壓實非均勻性產(chǎn)生的原因主要為溫度離析與壓實不均勻，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]。壓實非均勻性主要由以下因素導(dǎo)致：一是混合料局部壓實溫度的降低；二是壓實機械組合不合理或壓實功不足。3無核密度儀用于瀝青道面壓實狀況評價壓實度作為保證瀝青混凝土道面面層結(jié)構(gòu)強度和使用壽命的重要指標，直接影響瀝青混凝土道面的整體強度、穩(wěn)定性以及長期使用的耐久性。傳統(tǒng)的檢測方法主要為現(xiàn)場鉆心取樣法，由于該法不能較好地模擬現(xiàn)場施工的實際情況，因此對指導(dǎo)現(xiàn)場施工有一定的局限性。2701B型無核密度儀作為一種無損檢測設(shè)備，可在碾壓施工過程中對路面密度進行實時監(jiān)控，因而對碾壓施工具有極佳的指導(dǎo)意義[8]。本文對A跑道中面層進行測試（見圖2），以2701B測試值反映瀝青面層施工過程中現(xiàn)場壓實的情況，結(jié)合實時測得的密度數(shù)據(jù)換算出壓實度，并繪制碾壓遍數(shù)與密度值、碾壓遍數(shù)與溫度的關(guān)系圖進行綜合分析。結(jié)合現(xiàn)場碾壓施工情況，每間隔60m選取1個橫斷面，各橫斷面上間隔25m選取1個檢測點，在不影響施工的每個橫斷面選取6個檢測點。碾壓前用噴漆做直徑約為150mm的圓弧形標記，并確保與上次測試方向基本保持一致。對標記檢測點采用無核密度儀進行現(xiàn)場測試時，在每次膠輪碾壓2遍之后進行一次密度測試，測試同時也要測試每次碾壓后的平均溫度。待7遍碾壓結(jié)束后整理對應(yīng)橫斷面的密度測試數(shù)據(jù)，分析整個斷面的壓實均勻性及溫度隨壓實遍數(shù)的下降情況。為使研究數(shù)據(jù)具有代表性，本次隨機選取5個橫斷面數(shù)據(jù)。從表2可以看出，隨著碾壓施工的進行，測試溫度逐漸減小，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）分析測試密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系可知，碾壓初期（1～4遍）測點密度直線上漲，之后逐漸變緩。由圖3可知，5個橫斷面的混合料在熨平板作用下達到了一定的壓實狀態(tài)，密度測試值在20g?cm-3以上。隨后在膠輪壓路機初步碾壓作用下，混合料出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，致使部分測點的測試密度降低至1.9g?cm-3左右，這說明在碾壓初期，膠輪壓路機在使路面的粗細集料均勻分布的同時也產(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。（2）分析比較壓實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個橫斷面的測試點均呈現(xiàn)出相似的密度變化規(guī)律，表現(xiàn)為先增大再減小。測點1、6與測點2、3、4、5的測試密度相比較小，且最小低至2.250g?cm-3，存在明顯不合格。表明該區(qū)域處于壓路機碾壓薄弱區(qū)，這可能是由于施工工藝或壓路機械選擇不合理造成的。針對該現(xiàn)象存在的普遍性，建議在道邊附近壓路機難以到達的區(qū)域改善施工工藝，如采用小型碾壓機械進行輔助壓實；或加長熨平板以減小熨平板邊端與道邊距離；也可以適當增加碾壓遍數(shù)以保證特殊區(qū)域碾壓的均勻性。圖4密度測試斷面分布狀態(tài)（壓實7遍之后）（3）分析碾壓遍數(shù)與壓實溫度關(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，斷面測試的溫度隨著碾壓遍數(shù)變化分為3個階段，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，在初壓時間段內(nèi)溫度變化較小，也就決定了初壓在整個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行才能保證瀝青混合料的溫度滿足要求。而壓路機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?shù)烂鏈囟认陆档?0℃～80℃時，進入到終壓階段消除壓路機痕跡階段，進行局部區(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價為了更好掌握實際路面施工中溫度離析對路面非均勻性影響是否與理論上一致，本文對A跑道上面層SMA13進行了相關(guān)試驗。按照上文的測試方法對面層SMA13進行橫斷面測試，在每個位置進行密度測試的同時進行溫度檢測。由于溫度離析需要大面積檢測，為使研究數(shù)據(jù)具有準確性，選擇13個檢測橫斷面數(shù)據(jù)進行分析，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準正態(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小（見圖6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遍時最高溫度達到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，溫度差異減小到50℃。說明瀝青混合料在拌和、運輸、攤鋪、碾壓中的個別環(huán)節(jié)出現(xiàn)了比較嚴重的溫度損失，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)壓階段道面的實際碾壓狀況并沒有按照上述制定的施工工藝進行，導(dǎo)致溫度變化比較大，而后期碾壓較為及時，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)域也會出現(xiàn)較低密度，反之，也會有較高密度，如圖6（d）所示。從圖7可以看出，測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遍時測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。從當天鋪筑瀝青混合料馬歇爾試件標準密度計算的壓實度得知：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，在相同的壓實功作用下，即使溫度達到了壓實溫度，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帶來溫度離析。同時碾壓7遍時溫度和密度服從正態(tài)分布，如圖9和圖10所示。圖9道面成型測試溫度分布狀態(tài)圖10道面成型測試密度分布狀態(tài)5結(jié)語（1）碾壓溫度與碾壓有效時間對碾壓效果至關(guān)重要。建議在道邊等壓路機難以到達的區(qū)域改善施工工藝，如采用小型碾壓機械進行輔助壓實；或加長熨平板以減小熨平板邊端與道邊距離；也可以適當增加碾壓遍數(shù)以保證特殊區(qū)域碾壓的均勻性。（2）當部分區(qū)域存在碾壓效果不符合要求時，為保證碾壓效果可適當提高碾壓溫度。在不發(fā)生推移、表面無開裂的情況下，初壓的壓路機可一直緊跟攤鋪機，以確保在較高的溫度下進行初壓；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行。參考文獻：[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)場測試規(guī)程[S].[3]戴文斌.瀝青混合料配合比設(shè)計與壓實度標準[J].公路，2001，46（10）：5256.[4]陳少幸，張肖寧.應(yīng)用PQI評價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]