PQI在沥青路面施工质量控制中的应用

引言

目前，在我国高等级公路建设中，沥青混凝土路面以其优良的行车特性被广泛采用,然而沥青路面摊铺不均匀是造成路面早期损害和平整度衰减的重要原因也获得普遍认同[1]。因此,沥青路面摊铺均匀性评价与无损检测技术的研究成为当前沥青路面研究的热点和重点。

沥青路面的不均匀程度（即离析的程度）在很大程度上与其密度存在一定的相关性[2]。通常集料离析严重的沥青面层，孔隙率较大，故其密度较小，而均匀的沥青面层密度相对较大。传统的沥青层密度的测试方法是通过路面现场取芯，通过室内试验采取水中重、腊封法等试验方法来测定，试验过程较长，并且试验结果受试验人员和设备的误差影响较大，不宜做为施工质量控制的有效手段。

PQI具有轻便、快速、无放射性等优点，因而本文利用PQI现场测试混合料的密度，利用最大理论密度计算其孔隙率，应用统计分析的数学工具可定量地判断路面离析的程度和离析的范围。

1 PQI 测试原理及应用方法

沥青路面的密度和路面材料的介电常数存在一定的比例关系,PQI即是通过一个新型的、环状的电子电容感应场来测量材料的介电常数的,这个环状电容是由感应板和材料共同形成。PQI中的转换器将电场信号转换成路面材料的密度读数并显示结果。一经标定后,PQI便可提供准确、可靠的沥青路面材料密度[3]。PQI外观图如下：

图1 PQI外观图

PQI对于不同地方的不同沥青路面测定时需要进行标定，PQI测量沥青混合料密度的方法是通过沥青混合料路面的不同特征值，然后同已知密度的混合料特征值进行比较。对于不同类型的沥青混合料，PQI测定的特征值不同。因此，为了准确的得到密度测定值，PQI必须要对测量的混合料进行标定。对于每种特定的混合料标定后，如果该种混合料被继续使用，标定参数将在后仍然有效[4]。

为了保证PQI测试的准确性，在测试过程中必须注意一下事项：（1）PQI仪器底面必须保持干燥、干净；（2）路表必须保持无松散体，所选定的测试点要保持干燥，并且要选定相对光滑的路面进行测试，仪器要求沥青路面面层摊铺均匀；（3）采集数据测试过程中，不要用物体靠近一起或用手触摸仪器，数据采集要与路面取样同天进行。

2 PQI 与取芯法的对比

本文依托工程为新建的安徽省六潜高速，选择刚刚施工完成路面一个断面的5个测试点，使用PQI现场测其密度后，钻取芯样在实验室内测其密度，结果见表1，并作出曲线见图2：

表1 PQI测试密度值与取芯密度对比（g/ ）

序号	1	2	3	4	5
PQI密度值	2.562	2.490	2.483	2.514	2.503
取芯密度值	2.533	2.504	2.510	2.507	2.497

图2 PQI与取芯密度值对比图

试验结果看出，PQI测试密度的变异性小于取芯法测试的路面密度，取芯法密度曲线突变明显，而PQI测试密度曲线平缓，没有明显的变异。PQI测试和取芯测试有很好的相关关系，能够很好的反映沥青路面的实际碾压情况。并且相对传统的密度检测方法，PQI更加快捷和无破损性，在沥青路面空隙率质量控制中有很好的推广应用价值。

3 沥青面层均匀性检测

3.1 检测方案设计

对路面B标下面试验段进行检测，项目包括：PQI检测孔隙率，构造深度（铺砂法）。试验段桩号：K22+780-K23+065右幅，布点方式为：对路段横向11.75m进行横向划分（由中央分隔带向路肩）每隔一米做出标记，划有11列，纵向间隔1米为一个检测断面。PQI检测桩号为K22+842～K22+889，共528个测试点；在施工路段用铺砂法进行检测，检测路段桩号为K22+842～K22+854，共设66个测点。

3.2检测结果

利用PQI现场测试混合料的密度，和实验室内“真空法”测得混合料最大理论相对密度（数值为2.636），计算空隙率，结果见下表2：

表2 试验段空隙率检测结果（单位：%）

桩号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
K22+842	3.5	3.0	3.4	3.0	3.2	2.8	2.7	2.9	3.4	2.4	3.9
K22+843	3.8	2.2	1.9	2.8	4.0	4.1	2.1	3.7	4.0	2.9	3.8
K22+844	3.2	3.7	1.9	2.9	4.0	3.5	3.8	2.4	4.6	2.5	4.5
K22+845	3.0	3.3	2.7	2.9	4.3	3.3	3.4	3.5	3.9	3.4	4.7
中间桩号测得空隙率数值省略
K22+886	3.3	2.8	1.5	2.0	3.1	2.0	3.0	3.6	2.2	2.6	5.0
K22+887	3.2	3.1	2.2	1.9	1.5	3.0	2.8	1.9	2.2	2.5	3.4
K22+888	3.7	2.9	2.2	2.0	2.4	2.8	3.2	2.5	2.0	2.4	3.5
K22+889	3.4	2.5	2.5	4.0	2.2	4.1	3.0	2.4	3.2	2.0	5.2
均值	4.1	3.4	2.6	2.6	3.4	3.6	3.3	3.3	2.6	2.3	4.6

按照JTJ-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求进行沙埔试验[5]，根据标准砂填补的面积计算构造深度，结果见下表3：

表3 构造深度检测结果（单位:mm)

桩号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
K22+842	0.98	0.84	0.88	0.80	0.84	1.24	0.85	0.83	0.80	0.57	0.97
K22+844	0.87	0.81	0.71	0.77	0.95	1.22	0.76	1.00	1.12	0.78	1.26
K22+846	0.95	0.90	0.91	1.03	0.95	1.09	0.95	0.98	1.04	0.91	1.10
K22+848	0.97	1.04	0.69	0.93	1.03	0.94	0.89	0.87	0.93	0.81	0.89
K22+850	1.18	0.98	0.76	0.77	0.92	1.13	1.02	0.95	0.82	0.67	0.95
K22+852	0.90	0.97	0.80	1.09	1.08	0.83	1.05	0.84	0.84	0.69	0.91
K22+854	1.01	0.81	0.80	0.91	1.06	0.90	1.08	0.67	0.76	0.66	0.86
均值	0.98	0.91	0.79	0.90	0.98	1.05	0.94	0.88	0.90	0.73	0.99

3.3 测试结果分析

现场PQI检测空隙率检测结果（表2）显示：①距离中央分隔带3m处，空隙率较小，均值为2.6%，为明显的细集料离析带；②距离中央分隔带6m处，局部路段空隙率均值偏大；③靠近中央分隔带和硬路肩边缘（1m和11m处）空隙均值较大，局部粗集料离析。

构造深度试验结果（表3）看出：①细集料离析处构造深度小,如距中央分隔带3米和10米处，构造深度均值分别0.79mm和0.73mm；②粗集料离析或碾压不密实处构造深度大，如距中央分隔带6米处，数值为1.05mm；③靠近中央分隔带和路肩处粗集料离析，构造深度较大。

从以上分析可以得到结论：PQI检测空隙率和构造深度结果具有相同的规律，两者判断路面离析分布情况相似。空隙率均值和构造深度均值沿距中央分隔带横向分布曲线见下图；

图3 孔隙率横向分布图

图4 构造深度横向分布图

由以看出，两图的走势和凹凸位置（1、6、11点数值较大，3、10点数值较小）基本相同,经计算两者的相关系数为0.81，由相关性标准[6][7]可以看出两者的相关性很好。由于砂铺法测量构造深度是常用的评价沥青混合料的离析情况的方法，相对砂铺法经常受许多主观因素和客观因素影响，PQI更能准确反映路面实际的摊铺情况。

4 结论

本文通过试验得到如下结论：

（1）无核密度仪PQI是一种无破损的路面检测设备，用于测定路面结构层的密度是具有快速、实用性强的特点。研究数据表明，PQI路面密度检测结果与路面芯样测试结果的相关性很好，无核密度仪 PQI应用于沥青面层密度检测是可行的可靠的。

（2）PQI现场检测时必须保持仪器底面必须保持干燥、干净，路表必须保持无松散体，所选定的测试点要保持干燥，并且要选定相对光滑的路面进行测试，沥青路面面层摊铺均匀。

（3）造成沥青路面摊铺不均匀的原因主要是沥青混合料在摊铺过程中产生离析，不均匀反映在内部则表现为混合料空隙率的不均匀,反映在外部则表现为路面表面构造深度的不一致。

（4）PQI检测结果与传统的砂铺法测构造深度试验结果，经过计算两者相关系数为0.81，显示有很好的相关性。

（5）沥青路面施工过程中造成的离析严重影响路用性能,现有的检测手段和评价方法很难对路面的离析作出准确和定量的判断,应用PQI快速检测空隙率的方法得到大量的试验数据,然后运用概率统计分析的方法进行处理,能够比较科学的得到路面离析情况的评价。由于PQI的使用在国内还是初始阶段,还需要更多的试验来验证。

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