傳統(tǒng)鉆芯取樣測定道路材料密度的方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，準(zhǔn)確性和可靠性難以保證而且具有滯后性。因此，如何快速、準(zhǔn)確、安全地測量路面材料的壓實(shí)度，成為道路工作者面臨的主要問題。

針對這一問題，1968年美國坎貝爾公司開發(fā)了第一臺道路用核子密度儀，80年代后期，又安裝了可以現(xiàn)場編程的微處理器，能夠從顯示器上直接讀取測量結(jié)果，提高了工作效率。隨著人們對核輻射的認(rèn)識及其對健康保護(hù)意識的提高，核子密度儀的安全性成為限制其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。無核電磁密度儀（pavement quality indicator，PQI）的出現(xiàn)取代了核子密度儀，成為道路壓實(shí)度無損檢測的新工具。無核電磁密度儀（PQI），如圖1所示。

基本原理

無核電磁密度儀（PQI）通過發(fā)射電磁波測量材料的介電常數(shù)，道路材料的介電常數(shù)與其自身性質(zhì)（如密度）有良好相關(guān)性，利用該特性將檢測信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過相應(yīng)算法得出材料的密度。如圖2所示，無核電磁密度儀的感應(yīng)盤由發(fā)射器、隔離環(huán)和接收器組成，工作時(shí)，感應(yīng)盤中心位置發(fā)射器向下發(fā)出環(huán)形電磁波，電磁波穿過被測材料后由接收器接收。電磁波在穿過被測材料的過程中會損耗部分能量，損耗能量大小取決于材料的介電常數(shù)。無核電磁密度儀通過一個(gè)環(huán)形電子電容感應(yīng)場測定材料阻抗性，利用特定公式推導(dǎo)被測材料的介電常數(shù)，最后將檢測電信號發(fā)送至微處理器，經(jīng)過相應(yīng)處理，得到材料的密度、壓實(shí)度、路表溫度、濕度等參數(shù)。第三代無核電磁密度儀（PQI）產(chǎn)品已經(jīng)能夠通過調(diào)節(jié)電磁波強(qiáng)度來調(diào)整穿透深度，從而更加合理地進(jìn)行不同厚度瀝青路面的密度檢測。

標(biāo)定

無核電磁密度儀和核子密度儀的測量機(jī)制是不同的。核子密度儀通過放射元素發(fā)射射線，利用同位素原理進(jìn)行密度測量，得到材料的密度，而無核電磁密度儀是通過發(fā)射電磁波，獲取被測物體的介電常數(shù)，通過反算介電常數(shù)來得到被測量材料的密度值，所以該密度值是相對密度，與鉆芯取樣后的芯樣毛體積密度值有一定偏差。因此，使用無核電磁密度儀進(jìn)行測量前，應(yīng)根據(jù)不同的被測物體分別進(jìn)行標(biāo)定。

1、綜合標(biāo)定法

綜合標(biāo)定法又稱五點(diǎn)標(biāo)定法，是 TransTech 公司推薦的標(biāo)定方法，也是JTG 3450—2019《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》推薦和目前最常用的標(biāo)定方法。其核心在于通過相鄰 5 個(gè)點(diǎn)的無核電磁密度儀測值與芯樣密度值的平均偏差值，來獲取準(zhǔn)確的標(biāo)定值，標(biāo)定方法示意圖如圖3、4所示。具體步驟如下：

1）在路面上選定一個(gè)干燥無污染的區(qū)域，選定一點(diǎn)，用粉筆標(biāo)注好定位點(diǎn)1，以 1 點(diǎn)為圓心，繞著無核電磁密度儀盤底畫圓，并按照順時(shí)針方向，在圓上標(biāo)注出另外 4 個(gè)點(diǎn)；

2）將無核電磁密度儀放在 1 號點(diǎn)位上，按下測量鍵，期間不要用身體的任何部位接觸儀器，等待讀數(shù)并記錄。將無核電磁密度儀按照順時(shí)針的方向，依次測量 2、3、4、5 點(diǎn)，方法要求同上。取以上 5 個(gè)數(shù)的平均值作為該測點(diǎn)的密度值；

3）在 1 號點(diǎn)附近3m×1.5m的矩形區(qū)域內(nèi)，再選定相鄰的4 個(gè)點(diǎn)，并按照上述方法獲得這 4 個(gè)點(diǎn)的密度值；

4）分別在 5 個(gè)測點(diǎn)處鉆芯取樣，采用表干法或體積法獲取這 5 個(gè)芯樣的毛體積密度值并記錄；

5）計(jì)算兩種測試值的偏差值，取平均值作為標(biāo)定值記錄在無核電磁密度儀中。

2、二次修正

降雨、結(jié)露和干燥時(shí)間等氣候環(huán)境因素對無核電磁密度儀測試結(jié)果影響較大，為避免這些因素的影響，可以采用二次修正的方法進(jìn)行，步驟如下：

1）現(xiàn)場選擇和標(biāo)記 10～15 個(gè)點(diǎn)，并測量電磁密度；

2）選擇所標(biāo)記點(diǎn)位中的 5個(gè)點(diǎn)，鉆芯取樣，并對剩余未鉆芯的點(diǎn)位做好保護(hù)；

3）室內(nèi)進(jìn)行芯樣的密度試驗(yàn)，然后，根據(jù)芯樣密度試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場電磁密度測試結(jié)果，計(jì)算兩者的偏差平均值作為修正常數(shù) c0 ；

4） 每次正式進(jìn)行密度檢測前，對步驟 2）中未鉆芯的點(diǎn)位測量電磁密度，結(jié)合首次測量的電磁密度計(jì)算現(xiàn)場修正常數(shù) Δc，則可獲得綜合修正常數(shù)c，即c=c0+Δc；

5）實(shí)際應(yīng)用過程中，若天氣有明顯變化時(shí)，均應(yīng)實(shí)測并更新綜合修正常數(shù) c。

檢測頻率

為滿足瀝青路面施工均勻性質(zhì)量評價(jià)的要求，建議測點(diǎn)間隔取1m（即檢測頻率為1測點(diǎn)/平方米）。

測點(diǎn)數(shù)量要求

在進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，對同一處的測點(diǎn)數(shù)量為10~15個(gè)；在施工過程中和施工后檢測壓實(shí)度時(shí)，同一處的測點(diǎn)數(shù)量不宜小于3個(gè)，取平均值作為檢測結(jié)果。

檢測步驟

1、準(zhǔn)備工作

1）無核電磁密度儀在第一次使用前應(yīng)對軟件進(jìn)行設(shè)置并儲存，使操作者無需每次開機(jī)后都進(jìn)行軟件設(shè)置。

2）使用無核電磁密度儀前，應(yīng)嚴(yán)格用標(biāo)準(zhǔn)密度塊標(biāo)定，通過相關(guān)性試驗(yàn)檢驗(yàn)，確定其可靠性。

2、 測試步驟

1）按照J(rèn)TG 3450-2019《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》之T 0902-2019“選點(diǎn)方法”規(guī)定的方法確定測試位置，與距路面邊緣或其他物體的最小距離不得小于30cm，且表面干燥。

2）把無核電磁密度儀平穩(wěn)地置于測試位置上，保證儀器不晃動(dòng)。當(dāng)路表結(jié)構(gòu)凹凸不平時(shí)，可用細(xì)砂填平測試位置的空隙，使路表面平整，能與儀器緊密接觸。

3）開機(jī)后應(yīng)檢查無核電磁密度儀的工作狀態(tài)，如電池電壓、內(nèi)部溫度、設(shè)置測試日期、時(shí)間、測值編號等。

4）進(jìn)入測試界面，設(shè)置瀝青面層厚度、測量單位、最大公稱粒徑等參數(shù)設(shè)置，選擇單點(diǎn)測量模式，進(jìn)入待測狀態(tài)。

5）按動(dòng)測試鍵，3s后讀取數(shù)據(jù)并記錄。同時(shí)，觀察無核電磁密度儀上顯示的被測試材料表面的濕度值是否在1~10之間，當(dāng)測值超出10時(shí)，數(shù)據(jù)應(yīng)作廢，重新選點(diǎn)測試。

6）當(dāng)采用修正值方法時(shí)，顯示原始數(shù)據(jù)為實(shí)測密度。

應(yīng)用

在國內(nèi)，無核電磁密度儀測定壓實(shí)度的試驗(yàn)方法已經(jīng)廣泛地用于新建和已建瀝青路面評價(jià)過程中，并且已經(jīng)納入JTG 3450-2019《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》之中。許多應(yīng)用實(shí)例表明：無核電磁密度儀（PQI）不僅可以測量瀝青路面的壓實(shí)度，而且對于確定整個(gè)路段壓實(shí)設(shè)備的最佳組合方式和碾壓遍數(shù)也具有重要的指導(dǎo)意義。

綜上可知，無核電磁密度儀（PQI）是電磁原理在道路壓實(shí)度無損檢測領(lǐng)域的新應(yīng)用。采用無核電磁密度儀（PQI）開展道路壓實(shí)度無損檢測，能夠大大提高檢測效率，降低工作強(qiáng)度。與核子密度儀相比較，具有安全高效的突出優(yōu)勢，是道路工作者開展壓實(shí)度無損檢測的“新工具”。