核子密度仪在高速公路中的应用

总第110期 Highways&AutomotiveApplications 95

公 路 与 汽 运

核子密度仪在高速公路中的应用

杨 怡1,陈梦成1,雷茂锦2

(1.华东交通大学,江西南昌 330013;2.江西省交通科学研究院,江西南昌 330038)摘 要:文中介绍了核子密度仪的工作原理,并结合乐温(乐化)温家圳)高速公路工程实例,对核子密度仪与钻芯法的对比试验数据进行分析。研究结果表明,把核子密度仪应用在高速公路施工中是可行的。

关键词:公路;核子密度仪;钻芯法;压实度;标定

中图分类号:U416.06 文献标识码:B 文章编号:1671-2668(2005)05-0095-02

核子密度仪法是利用放射性元素(通常是C射线和中子射线)测量土或路面材料的密度和含水量。这类仪器的特点是测量速度快,需要人员少。它操作简单、测定迅速,所得的结果与常规测定值比较接近,能够快速地反映工程的真实情况,大大提高了检测速度,其效率远远优于传统的检测方法。本文结合江西省乐温(乐化)温家圳)高速公路中核子密度仪的应用来讨论。乐温高速公路是南昌市绕城高速公路的东段,也是江西省/十五0期间加快公路建设五年决战新建1000km高速公路的新增项目之一。该工程起于新建县乐化镇昌北机场高速公路与昌九(南昌)九江)高速公路交汇处,止于南昌县温家圳墨溪陈家枢纽互通立交,与沪瑞(上海)瑞丽)及京福(北京)福州)高速公路相连;该路三跨赣江、两跨抚河、横跨瑶湖,6车道11个互通,全长71.6km,设计行车时速100km,工程总投资39亿元,将于2005年年底前建成通车。由于路面施工工期非常紧张,加上受到施工场地的影响,下面层施工刚结束紧接着就要开始中面层施工。压实度检测如果全部采用钻芯法,则可能因为检测不及时而影响工程进度和工程质量。钻芯法虽然精度很高,但费工、费时、费力,且钻芯取样后留下的孔洞需要进行修补,修补后的地方既影响外观,又影响强度,通车后一段时间,孔洞处极易形成坑塘。为了加快施工进度和对施工过程进行有效的质量控制,采用核子密度仪进行快速无损检测压实度。但是用核子密度仪来测定路基路面压实度,应首先与常规检测方法进行对比测试,求出差值,对仪器进行校正。按照5公路工程质量检验评定标准6(JTGF80/1-2004)规定,核子密度仪可作适时快速检控应用,但需与常1 核子密度仪的工作原理

核子密度仪检测路基、路面压实度有直接透射法和散射法两种形式。用直接透射法检测时,其放射源棒可置于不同的深度,而探测器的位置不能动,因此检测的密度是代表放射源到探测器之间的平均密度。用散射法检测时,放射源与探测器在同一水平面上,探测器探测到10%以上散射C光子。C射线与物质原子的外围电子进行碰撞而发生散射,散射后的C射线方向改变,能量减少,这就是通常的康普顿散射效应。物质密度越大,康普顿散射C射线越多,于是通过检测散射后的C射线数量,就能确定物质的密度。单管深层核子密度仪只能采用散射插入型。这种方法是将C放射源和C探测器均插入被测试物体中,C源放出的C射线经被测物质散射后被C探测器探测记录,从而测得被测物质的密度。核子密度仪是微观粒子对物料中的原子相互作用。在核子密度仪投入高速公路施工检测前,应先对其进行标定。标定核子密度仪时,若采用插入式核子密度仪测定材料层的密度,由于放射源在插入杆的端部,放射线从层底射向表面,被接收器接收,用它测得的密度是放射源所在深度到表面一定范围内的平均密度。而采用表面式核子密度仪测定材料层的密度时,射线从表面射向某一深度再返回,被接收器接收,用它测得的密度是某一深度以上直到表面的平均密度。由于射线在不同材料层中的射入深度不同,也由于具体某一台核子密度仪的射线射入深度是未知的,因此,被测量结构层的厚度(同一材料)不同时,需要分别进行标定;被测量层下层的材料不同和厚度不同时,也要分别进行标定。另外,核

第5期

Highways&AutomotiveApplications 2005年10月96

意:仪器工作时,所有人员必须退到距离仪器2m以外的地方;仪器不使用时,应将手柄放置于安全位置,仪器应装入专用的仪器箱内,放置在符合核辐射安全规定的地方;仪器应当由经过有关部门审查合格的专人保管、专人使用。从事仪器保管及使用的人员,应遵照有关核辐射检测的规定操作,不符合核防护规定的人员,不宜从事此项工作。

本工程采用核子密度仪和钻芯法进行对比试验。对沥青路面,国内外均以钻芯取样测定作为标准试验方法。但钻芯法不如核子密度仪法方便、快捷,因此,工地多采用核子密度仪检测密度。基于测试方法的不同和仪器性能的影响,同一点用两种方法测定的结果可能不一致。为此,需要建立用两种方法测得结果间的关系。只需对钻芯取样的芯样在室内用常规法做密度试验,求得平均密度,然后与核子密度仪所测得的平均密度相比,即可得到相关系数。施工检查时,可用此系数将核子密度仪测得的密度换算为钻芯法测得的密度。

序号[***********][1**********]20

公 路 与 汽 运

r=Lxy/Lxy=Lxx=Lyy=y =x=

xxyy

n

i=1

6

nn

(xi-x )(yi- y)(xi-x )2(yi-y )2

i=1

6

i=1

6

yixi

nn

序号2122

[***********][**************]9

核子密度钻孔取芯

x密度y2.25072.25022.24932.24972.24912.24972.24062.24102.24192.24542.24772.24512.25412.25572.24652.24592.24462.24622.2449

2.4082.4002.4002.4012.4002.4052.3852.3852.3852.3942.3982.3932.4122.4142.4002.4132.3922.4022.394

表1 核子密度仪和钻芯法对比试验数据核子密度钻孔取芯

x密度y2.24622.25362.24652.24072.24892.24412.24072.25262.25202.24402.25402.24772.25232.24042.24502.25022.24982.24192.25272.2509

2.3942.4122.3982.3852.4002.3912.3862.4062.4102.3922.4112.3982.4072.3852.3932.4032.4032.3852.4112.403

2 核子密度仪和钻芯法对比试验

选择质地均匀、已碾压平整的路面,按核子密度仪测定压实度的步骤测定密度。根据随机取样的方法确定测试位置,但核子密度仪距路面边缘或其他物体的最小距离需大于30cm,核子密度仪距其他射线源不得少于10m。在现场选定的位置上,先用核子密度仪测量一次,取得读数后,将仪器在原位转180b测量第二次,记录读数后,再将仪器在原位置转90b测量第三次,记录数据后,再将仪器在原位置转180b测量第四次,记录数据。最后,将4次读数的平均值作为该点核子密度的测量值。钻芯法是按/路面钻孔及切割取样方法0钻取路面芯样,芯样直径不宜小于100mm。当一次钻孔取得的芯样包含有不同层位的沥青混合料时,应根据结构组合情况,用切割机将芯样沿各层结合面锯开分层进行测定。将钻取的芯样在水中用毛刷轻轻刷净粘附的粉尘,将芯样晾干或用电风扇吹干不少于24h,直至恒重。测定视密度或毛体积密度,可采用水中重法、表干法、蜡封法、体积法等。乐温高速公路施工中核子密度仪和钻芯法对比试验数据见表1。

通过试验找出两种方法所测结果之间的关系。设y=A+Bx,利用最小二乘法原理可得:

B=Lxy/Lxx 经计算,确定二者相关回归方程:

y=A+Bx

r=0.98211,A=-2.11513,B=2.00810,式中:r为相关系数,当相关系数大于0.95时,表明相关程度很高。

对比数据和回归方程见图1。从图1可看出,钻芯法和核子密度仪所测密度数据之间有着很好的相关性,并且呈线性分布。经过对比试验,也体现出了核子密度仪在高速公路中的可行性。

3 结 语

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SBS改性沥青微观图像的采集及处理

刘 雄1,肖 云2

(1.广东省高速公路有限公司,广东广州 510230;2.华南理工大学交通学院,广东广州 510641)

摘 要:SBS改性沥青微观图像观测、采集的准确性将会对后续分析产生很大影响,而且,当前对改性沥青微观领域的研究主要还停留在定性分析上。文中用落射荧光显微镜观测、高精度数字相机采集,获得了准确、清晰、高分辨率的图像,同时探索出有效的数字图像处理方法,能够对SBS颗粒特征进行描述,从而为改性沥青流变学研究及定量分析提供理论依据。

关键词:公路;改性沥青;微观观测;数字图像处理

中图分类号:U414.7 文献标识码:B 文章编号:1671-2668(2005)05-0097-03

一直以来,聚合物改性沥青的性能都是通过各项物理力学试验分析评价,虽然试验分析能够获得相对准确的评价结果,但试验过程往往较复杂,耗时长,设备投入大。随着显微镜技术的不断进步和完善,越来越多的人员开始利用显微镜在微观领域开展研究,通过观察聚合物在沥青中的物理分散形态,来初步评价聚合物对沥青的改性效果。而不同的图像采集方法,将获得不同效果的微观图像。因此,图像采集的科学性将直接影响后续分析的正确性。再者,如果能对采集到的图像进行有效的处理,将有助

于提高图像的可懂度,并进一步确定聚合物在沥青中的形态、大小及数量等,从而使得改性沥青微观分析更广泛地应用到改性沥青及流变学领域的研究中。本文以SBS改性沥青为例对改性沥青微观图像的采集及处理技术进行初步探讨。

1 SBS改性沥青微观观测方法

早期改性沥青微观领域的研究多采用普通透射光显微镜观测,其操作过程是将热溶的改性沥青滴布在载玻片上,用另一块玻片刮压,盖上盖玻片,

制

法、灌沙法等破损类检测方法相比,该方法具有以下优点:一是经济,无需补洞,节约材料,也不会形成一些弱点;二是快速,密度指标一两分钟即可测得,可以用于施工碾压时密度的即时控制,判断碾压是否达到标准,便于控制施工过程中的工程质量。在核子密度仪使用之前需对它同其他常规方法进行对比标定,当标定相关性好时,所测得的密度的精度完全可以保证。在保证精度的前提下,建议使用核子密度仪代替钻芯法来进行施工过程中的质量控制,既可大大节约钻芯成本,又可消除钻芯补洞所造成的局部弱点。

图1 钻芯法和核子密度仪测密度的数据对比

验表明,用核子密度仪检测压实度是一种性能较好的无破损快速检测方法。对同一种材料而言,核子密度仪测得的密度和常规钻芯法测得的密度之间有着比较好的相关性,可以进行高速公路工地现场的压实度检测和施工质量过程控制。与钻芯法、环刀

参考文献:

[1] JTGF80/1-2004,公路工程质量检验评定标准[S].[2] 朱 霞.公路工程试验检测技术[M].北京:高等教育

出版社,2004.收稿日期:2005-07-07