浇注式沥青混凝土介电特性研究.pdf

第 4 0卷 ， 第 5期 2 0 1 5年 1 0月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 4 0，No 5 Oc t ， 2 0 1 5 浇注式沥青混凝土介 电特性研究 李秋实 ， 何东坡 ， 张华 ( 1 东北林业大学 ，黑龙 江 哈尔滨1 5 0 0 4 0 ； 2 福州市规划设计研究院 ， 福建 福州3 5 0 0 0 3 ) 摘要 】对铺筑于钢桥的浇注式沥青混凝土( G u s s ) 进行钻 芯试验 ， 将会造 成钢桥桥 面损 坏及 留下侵 害的弱 面 ， 须以无损检测方法 ， 进行路面质量控制。以电磁波原理应用于无损检测过程中 ， 介 电常数为影响 电磁 波行为的 重要参数， 研究使用网络分析仪搭配终端开路同轴探棒， 量测 G u s s 胶浆 ， 粒料 ， 和 G u s s 试件的介电常数， 以2 5 5 G H z频率 的介 电常数数值探讨孔隙率 ， 密度 ， 以及温度变化对于介电常数 的影响。另发展 G u s s 沥青混凝 土介 电混 合模型与介电常数预测 密度 模型 ， 并 且使 用无 核密 度仪 P a v e T r a c k e r 量 测 G u s s沥青混 凝土 密度 ， 并 以校 正后 的 P a v e T r a c k e r 数值与实验室密度 加以比较 。试验结果显示孔 隙率 和密度与介 电常数呈线性关 系， 约 为 0 6 。在温 度量测范围 9 O至 6 O的降温过程当中 ， G u s s 试件介 电常数 随温度下降而减少 。另 由本 研究所发展 的 G u s s 试 件介电混合模型 ， 以胶浆 ， 粒料 ， 石粉和空气的介电常数及所 占的体积百 分比， 可推测 G u s s 试件 的介 电常数 。并且 由所建立的密度 预测模型 ， 以 G u s s 试件介电常数 预测密度 ， 密度预 测值与实验 室密度 的相关 性 R 为 0 7 8 。最 后 以校正无核 密度仪 P a v e T r a c k e r 读数 ， 校正后 P a v e T r a c k e r 读数与实验室密度的相关 系数 R 为 0 8 9 。 关键词】浇注式 沥青混凝 土； 介 电常数 ；无核密度仪；无损检测 中图分类号】U 4 1 4 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 1 3 4 0 7 Re s e a r c h o n Di e l e c t r i c Ch a r a c t e r i s t i c o f Gu s s As p h a l t Co n c r e t e L I Qi u s h i ，HE I Do n g p o ，Z HAN G Hu a 。 ( 1 No r t h e a s t F o r e s t r y Un i v e r s i t y ，S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g，Ha r b i n ，He i l o n g j i a n g 1 5 0 0 4 0，C h i n a ； 2 F u z h o u C i t y P l a n n i n g D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e ，F u z h o u ， F u j i a n 3 5 0 0 0 3 ， C h i n a ) A b s t r a c t P o u r i n g t y p e o f p a v i n g G a n g q i a o ( G U S S ) a s p h a h c o n c r e t e c o r e e x p e r i m e n t w a s c a r r i e d o u t ， wi l l c a u s e d a ma g e o f s t e e l b r i d g e d e c k a n d l e f t o f t h e we a k s i d e， NDT me t ho d s， s h o u l d b e r e l a t e d t o q u a l i t y c o n t r o l i n pa v e me n t To t h e e l e c t r o ma g n e t i c p r i n c i p l e a p p l i e d t o n o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g pr o c e s s， d i - e l e c t r i c c o n s t a n t a s t h e i mp o a n t pa r a me t e r s i n flue n c i ng t he e l e c t r o ma g n e t i c wa v e b e h a v i o r ， t hi s s t u d y u - s i n g n e t wo r k a n a l y z e r wi t h t e r mi n a l o p e n c o a x i a l r o d， me a s u r i n g Gus s mu c i l a g e， a g g r e g a t e， a n d Gu s s s p e c - i me n o f d i e l e c t r i c c o ns t a n t ， di e l e c t r i c c o n s t a n t o f 2 5 5 GHz n u me r i c a l s t ud y p o r o s i t y， d e n s i t y， a n d t h e e f f e c t s o f t e mp e r a t u r e o n d i e l e c t r i c c o n s t a n t An o t h e r d e v e l o p me n t o f Gu s s a s p h a h c o n c r e t e d e n s i t y o f d i e - l e c t r i c c o n s t a n t a n d d i e l e c t r i c mi x t u r e mo d e l p r e d i c t i o n mo d e l ， a n d u s i n g t h e ma g n e t i c d e ns i t y me t e r P a v e T r a c k e r d e n s i t y me a s u r e me n t o f Gu s s a s p h a l t c o n c r e t e ， a n d a d j u s t e d t h e P a v e T r a c k e r n u me r i c a l d e n s i t y c o mp a r e d wi t h l a b o r a t o ry Ex p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e p o r o s i t y a n d d e n s i t y a n d di e l e c t r i c C o n - s t a n t l i n e a r r e l a t i o n s hi p R i s a b o u t 0 6 I n t h e t e mp e r a t u r e me a s u r e me nt r a n g e o f 9 0 a n d 6 0 a n d c o o l i n g p r o c e s s o f Gu s s s p e c i me n d i e l e c t r i c c o n s t a n t s d e c r e a s e wi t h t e mp e r a t u r e d r o p Th e o t h e r b y o ur i n s t i t u t e g d e v e l o p me n t o f Gus s s p e c i me n d i e l e c t r i c h y br i d mo d e l ， mu c i l a g e， a g g r e g a t e， p o wd e r a n d p e r c e n t - a g e o f d i e l e c t r i c c o n s t a n t a n d t he v o l u me o f t h e a i r ， c a n b e s p e c u l a t e d t h a t Gu s s d i e l e c t r i c c o n s t a n t o f t h e s p e c i me n s An d e s t a b l i s h e d b y t h e d e ns i t y o f t h e f o r e c a s t i n g mo de l ， t o p r e d i c t t h e d e n s i t y Gu s s s p e c i me n d i e l e c t r i c c o n s t a n t a n d d e n s i t y o f t h e c o r r e l a t i o n o f p r e di c t e d v a l ue s a n d t h e d e n s i t y o f l a b o r a t o ry R o f 0 7 8 F i n a l l y b y ma g n e t i c d e n s i t y c o r r e c t i o n i n s t r u me n t P a v e T r a c k e r r e a d i n g s ， a d j u s t e d P a v e T r a c k e r r e a d i n g s wi t h l a b d e n s i t y c o rre l a t i o n c o e f f i c i e n t R i s 0 8 9 Ke y w o r d s a s p h a l t c o n c r e t e p o u r i n g t y p e ；d i e l e c t r i c c o n s t a n t a n d ma g n e t i c d e n s i t y m e t e r ；n o n 一 【 收稿 日期】2 0 1 4 0 6 2 0 【 基金项 目】中央高校基本科研业务费专项资金资助项 目( 2 5 7 2 0 1 4 B B 1 1 ) 作者简介】李秋实( 1 9 7 9 一) ， 男 ， 黑龙江哈尔滨人 ， 硕士， 讲师， 主要从事路面结构与材料研究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 李秋实 ， 等 ： 浇注式沥青混凝土介 电特性研究 1 3 5 1 概 述 国内桥梁新建工程 ， 考虑工期 ， 荷载 ， 和节能减 碳等因素 ， 钢桥 为桥梁桥面形式选项之一。基 于保 护桥面， 避免滑动破坏 ， 钢桥路面需 能够抵抗车辙 ， 增加平整度和防止桥板材料锈蚀。然而钢桥桥面结 构主要由钢钣所组成 ， 受温度变化及荷载时变形量 大 ， 需 考 量底 层 沥青 混 凝 土 与 钢 桥 的黏 结 性 。 在 国 外钢桥上的铺设大多采用双层铺设 ， 面层 可为传统 密级 配沥 青 混凝 土 或 多孔 性 沥 青 混凝 土 ， 而 与 钢桥 连接 的底 层 则采 用 浇 注式 沥青 混凝 土 ( G u s s ) ， 或 是 环 氧树脂 沥青 混凝 土 ( E x p o s y a s p h a l t ) 。 G u s s 沥青混凝土为高含量 的沥青 配合高含 量 的石粉所形成的沥青胶浆。通过适 当配 比设计 ， 由 沥青胶泥与填充料交互作用产生凝聚力 ， 抵抗挠曲 变形较大的钢桥桥面铺装所产生 的应力 ， 并提供相 对 应 的配合 度 ， 德 国是最 先将 G u s s 沥青 混凝 土 应 用 于 钢桥 上 的 国家 。 G u s s沥 青 混 凝 土 粒 料 级 配 采 用 近似于一般密级配的悬浮级配 ， 粗颗粒粒料悬浮于 沥青胶浆 中， 不能相互嵌制形成骨架结构 ， 细粒料成 份含量相当高 ， 大约有 4 5 一 4 7 通过 4 7 5 m m筛 且停留在 0 0 7 5 mm筛上 ， 大约 有 2 5 通 过 0 0 7 5 n l l l l 筛 。 G u s s 沥青混凝 土的沥青 是由直馏 沥青 与天然 沥青经适当比例混合所形成的硬质沥青 ， 一般常用 的直馏 沥青 ( 3 0号 道路石 油沥 青 ) ， 天然 沥青 采 用 特 立 尼达 湖 沥青 ( T L A) 。 钢桥路面底层采用 G u s s 沥青混凝土铺筑 ， 而路 面的密度及孔隙含量将影响 G u s s沥青混凝土路面 性能。依照传统路面施工规范， 铺设完成之后必须 钻芯试件 ， 确保密度及孔隙率是否满足标准 ， 但如于 钢桥上钻芯， 对于钢桥桥面 以及整体 防水层上有很 大的影响 ， 因此必须 以无损检测方法， 进行路面密度 质 量控 制 。无 核 密 度 仪 和 G P R探 地 雷 达 都 是 无 损 检 测 的技 术之 一 ， 已广泛 应用 于路 面评 估 ， 可 检 测沥 青 路 面的 厚度 ， 密度 ， 水 分含 量等 。这些 无损 检 测技 术是由测量电磁波传输时间和反射振 幅， 进而计算 路面厚度及其相关性质 ， 而沥青路 面介 电性质影响 电磁波传输 ， 为正确 解读非破坏性电磁波检测 的数 据 ， 因此 了解路 面材 料 的介 电性质 有其 必要 性 。 相关学者已对于沥青混合物的介 电性质进行研 究 ， 探讨频率 ， 水分 ， 温度 ， 沥青含量 ， 密度 ， 沥青类 型， 沥青老化程度等 ， 对 于热拌沥青混凝土( HM A) 介 电常数的影响 。也利用探地雷达实施现场路 面的介电性质探测 ， 介电常数变化对照钻芯结果 ， 进 行质量控制 。然而 G u s s 沥青混凝土介电性质的 研究与相关文献仍然相当缺乏。本研究通过介电常 数 的量 测 ， 分析 G u s s沥青 混 凝 土 的基 本 介 电 性 质 ， 并且建立 G u s s 沥青混凝土的介电质混合模型， 且应 用无核密度仪量测 G u s s 沥青混凝土试件的密度 ， 确 保钢桥上的路面密度质量 。 2 介 电特性 电介质以感应而非以传导 自由电子的方式传递 电的作用和影响。电介质经常为电中性绝缘体 ， 电 子与带正 电的原子核通过库伦力紧密束缚 ， 于外在 电场作用下 ， 电介质分子的龟荷分布将产生正、 负电 荷不重合 的极化现象。介电性质会随着温度、 频率、 键结、 晶体结构以及电介质本身的缺陷而变化 ， 而这 些因素也影响电介质内的感应或永久偶极对于电场 的反应 。 介电系数是综合反应介质内部极化行为的宏观 物理量。从微观上看 ， 电极化是 由于组成介质的原 子 中的电子壳层在外 电场作用下发生畸变， 以及 由 于正负离子的相对位移 而出现感应 电矩 。当材 料受到外部电场作用 时， 它 的复数介电系数反映其 传导与极化特性 ， 一般可以表示为是综合介质内部 电极化行为的一个 主要宏观物理量 ， 对于交流电场 反应是复数电容率 ， 通常写为 ： ( to)= ( to)一 ” ( to) ( 1 ) 式 中： 为电容率实数的部分 ；n 为电容率虚数的部 分 ； t O为旋转频率 2 r rf o 介电系数实数部分称之介电常数， 虚数部分称 为损失因子。介电材料于 电场作用下 ， 其储存能量 的能力可由介 电常数表示 ， 虚数 的部分通常被称 为 损失的部分 ， 是在传导 中电荷传输和极化 中电荷储 存 比例的量。将 式( 1 ) 除以真空 的介 电数 系数 ， 即 为相对 介 电系数 ( 占 ) 。 3 试验 材料与方法 本研究制作 G u s s 沥青混凝土试件 ， 量测试件的 介电常数， 探讨影响介电常数的因素， 并且建立介电 混合模型。主要使用 A g i l e n t E 5 0 6 2 A网络分析仪与 A g i l e n t 8 5 0 7 0 E介电探棒套件来进行介电常数量测。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 3 6 公路工程 4 0卷 另外 以无核密度仪测量密度。 3 1介 电量测仪 器 本研究使用 A g i l e n t E 5 0 6 2 A网络分析仪 ， 与 A g i l e n t 8 5 0 7 0 E介电探针套件进行测量。网络分析仪 与介电探棒 由 S MA接头的高频缆线连接 ， 提供良好 传输电磁波的能力， 阻绝外在环境干扰。网络分析 仪传输电磁波至待测物， 通过反射的信号经过软件 处理 ， 转换成介 电常数 ， 图 1为仪器照片。为消除网 络分析仪 一 高频缆线 一介电探棒三者连接之间不连 续处所产生的反射信号， 介电常数测量时必须先执 行校正， 通过空气 ， 短路与 2 5纯水 3种 已知介 电 质作为标准进行校正。首先将介电探棒裸露于空气 中进行校正， 待空气校正完后 ， 将介电探棒接上短路 装置进行校正 ， 最后将探棒置人 2 5纯水中进行校 正 。 图 1 A g i | e n t 网络分析仪与介 电探棒 Fi gu r e 1 Ag i l e n t n e t wo r k an a l y z e r a nd t he d i e l e c t r i c r o d s 3 2介 电测量 本研 究介 电量测 直馏 3 O号 沥 青， 及 湖沥 青 T L A， 以及依照 比例混合成 的 G u s s沥青胶浆， 并且 量测沥青黏结料 A C一 1 0 ， A C一 2 0与 A R一 8 0 0 0 ， 探讨 不同沥青黏结料之间介 电性 质差异。粒料级配部 分 ， 本研究分为粒料与石粉， 然而粉状石粉测量 ， 无 法确 切得 知介 电探棒 量 测 位 置 的容 积 密 度 ， 造成 量 测粉状石粉可能因容积密度造成介电常数测量上的 差 异 。因此制作 瓶 口与测 量 探 棒一 样 的 圆柱量 杯 ， 放入已知重量的石粉 ， 探棒伸入量测介电常数， 并且 可得到一高度 ， 求得体积 ， 进而得知介电量测时粉状 石粉 的容积 密度 ， 量测如 图 2所 示 。 G u s s 试件 介电 量 测则 分 为冷 料 组 沥青 含 量 1 0 1 ， 9 6 和9 1 各 l 2个试件 ； 热料组沥青含 量 9 0 8个试件 ， 8 7 5 1 2个试件， 和 8 5 8个 试件 ， 由于 G u s s 试件 并 非 均 质材 料 ， 故对 每 个 试 件 求得 l 0个点以上的介 电常数数值， 将最高与最低的 石粉 图 2石 粉 测量 方 法 图解 Fi g u r e 2 Po wd e r me a s u r e me n t di a g r a m 介电常数去除后取平均值， 作为试件的介电常数数 值。在量测过程当中， 必须注意到待测物与介 电探 棒接 触面 需平整 无 孔洞 ， 避 免介 电探 棒 与 待测 物 无 法完全贴合而导致实验误差。 3 3无核 密度仪 量测 使用无核密度仪来量测 G u s s 沥青混凝土密度。 电磁式密度量 测仪为非破坏 性 的检测仪 器， 采 用 T r o x l e r 公 司所生产的 P a v e T r a c k e r ， 可应 用现场路面 的密度量测， 具有非破坏性、 重量轻 、 不受辐射威胁， 及能够立即取得读数资料等优点 。通过电场感应求 得路面材料介电常数再 由仪器内部运算模式转换成 密度 ， 若要 比较不 同试验路段之间的差异 ， 则必须取 得读数与钻芯试件的试验值进行校正。 4分析与讨论 4 1 组 成物 的介 电量 测 4 1 1 沥青的介电常数 量测 沥青 黏结 料 A C一 1 0 ， A C一 2 0 ， A R- 8 0 0 0 ， 3 0 号沥青 ， 和 T L A的介电常数 ， 实验结果见图 3 ， 频率 测 量范 围 2 0 0 MH z 3 G H z 之 间。沥青 在 频率 2 5 5 G H z 时 ， A C一1 0 ， A C一 2 0 ， A R一 8 0 0 0和 3 0号 沥 青 介 电常 数分 别 为 2 7 8 ， 2 8 3 ， 2 8 9 ， 和 2 7 1 ， 差 异并 不 大 ， 而 天 然 沥 青 T L A介 电常 数 为 3 6 6明 显 高 出石 油沥青许多。因为 T L A中含有 比沥青 介电常数还 要高 的石粉 ， 大 约 4 0 ， 所 以造成 T L A介 电常 数 会 比纯沥青还要高情况。 4 1 2粒料 的介 电常数 G u s s 试件拌合的粒料组成， 分为粒料与石粉两 种材料， 分别进行介 电常数 的量测。本研 究采用的 粒料 以板 页岩 为主 ， 而粉 状 石 粉 为大 理 石 加 工过 程 当中所产生的细微颗粒， 成分主要以 C a C O 为主， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 李秋 实 ， 等 ： 浇注式 沥青混凝土介 电特性研究 1 3 7 与沥青黏结料具有 良好的结合性。粉状石粉介电常 数量测因孔隙的影响 ， 整体介 电常数值会较实际值 低 ， 所以采直接测量固状大理石介 电常数值 的结果 ， 代表粉状石粉 的介电常数。板页岩与大理石量测结 果呈现于图 4， 板 页岩的介 电常数 量测值在 4 6 5 1 之间 ， 与文献的介 电常数值相符 。大理石介 电常数界于 7 8 7 9间， 与文献当中粉状石粉混合 模 型 预测石 粉 颗粒 的介 电常数 7 6 1接近 。 籁 誊 ， 0 0 5 l 1 5 2 2 5 3 频率 G 图 3沥青黏结料 与 T L A的介 电常数 Fi g ur e 3 As ph a l t b i n d e r ma t e r i a l s a n d d i e l e c t r i c c o n s t a n t 0 f TL A 簌 艇 脚 图 4板页岩大理石 介电常数 F i g u r e 4 Bo a r d s ha l e ma r bl e di e l e c t r i c c o n s t a n t 4 1 3 粉 状石 粉 的介 电常数 粉状 石 粉量测 结果 于 图 5， 容 积 密度 为 1 2 2 g c m 。文献指出颗粒空气混合物 的介 电常数的立方 根与容积密度呈线性 ， 以式 ( 2 ) 求取颗粒材料 的介 电常数 8 ： s 式中： p为混合物容积密度 ； p 颗粒材料 的密度。将 所 量测 的粉状 石粉 介 电 常数 代 入 ， 容 积 密 度 1 2 2 代入P， 石粉密度 2 7 2代入 P ， 石粉颗粒的介 电常 数 。 ， 结果显示在图 6 。从图中可看出： 两者介电常 数 相 当接近 。 4 2 G u s s 试件 的介 电常数 4 2 1 频率 对 G u s s 试件介 电 常数 的影响 本实 验 为 量 测 频率 2 0 0 MH z一 3 G H z范 围间 ， G u s s 沥青 混凝 土的介 电常数 与介 电损失 的变化。 图 6为 G u s s 沥青 混凝 土在 9 6 沥 青 含 量 ， 介 电 常 数与损失因子 和频率 的关 系， 在量测频率范 围内， 9 6 G u s s 沥青 混凝 土 的介 电常数介 于 4 55 2 之间， 在低频范 围( MH z ) 随着频率增加 ， 介 电常数 略为减少 。因极 化机 制受 电磁波 频率影 响， 所 以 G u s s 沥青混凝土的介 电常数会随着频率不 同而有 所改 变 ， 观察 于 2 3 G H z的频 率 区段 G u s s沥青 混 凝土试件介电常数波动较为平缓 ， 且考虑对应的波 长 ， 因此本研究采用频率 2 5 5 G H z的介电常数值 。 0 0 5 l 1 5 2 2 5 3 频率 G H z 图 5 石粉介电常数与经式 ( 2 ) 计算后的结果图 F i g u r e 5 P o w d e r d i e l e c t r i c c o n s t a n t a n d t h e t y p e ( 2 ) t h e c a l c u l a t i o n r e s u l t d i a g r a m 7 6 搽 篓 s 4 8 6 4 2 瓢牲口 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3 8 公路工程 4 0卷 气介电常数为 1 ， G u s s 沥青混凝土试件孔隙率上升， 亦或密度下降 ， 代表空气 占试件体积百分比增加 ， 因 此介电常数值减少。 籁 妊 孔隙 率 图7 沥青含量 9 6 Gu s s 试件孔隙率介电常数的关系 ( 2 5 5 GHz ) Fi g u r e 7 Gu s s as p ha l t c o n t en t o f 9 6s p e c i men s t h e r e l a t i o n s h i p be t we e n t h e d i e l e c t r i c c o n s t a n t p o r o s i t y 密度 ( g c m - 3 ) 图 8 沥青含量 9 6 Gu s s 试件密度与介电常数的关 系 ( 2 5 5 GH z ) F i g u r e 8 G u s s a s p h a l t c o n t e n t o f 9 6 ( 2 5 5 G Hz ) t h e r e l a t i o n s hi p b e t we e n t h e di e l e c t r i c c o ns t a n t a n d d e ns i t y of t h e s pe c i me n 4 2 3 温度对 G u s s 试件 介 电常数 的影 响 对 于不 同温 度 的 G u s s 沥 青 混凝 土进 行 介 电常 数测量， 探讨温度对于介电常数 的影响。测量方法 为， 将 G u s s 沥青混凝土试件放人 1 2 0 c I = 烘箱加热 2 h ， 之后将试件取出作介 电常数量测 ， 观察温度下降 时， 介电常数 的变化。图 9显示频率 2 5 5 G H z时 8 7 5 沥青含量 G u s s沥青混凝土介 电常数与温度 下降的关系， 发现于 9 O 一 6 0 c C范围间， 介 电常数 随着温度下降而减少 。6 0 一2 5 的范 围之间 ， 随着温 度下 降 ， 介 电常数 变化趋缓 。损失 因子 9 0 2 5 c 【 = 范 围间 ， 随着温度下降 变化而损失 因子下 降。文献当中指出从 1 8 7 一2 7的降温过程当 中， 介电常数 呈现下 降的趋势 。从能量观点 ， 温 度增加会影响分子之间的排序 ， 对固体而言 ， 分子间 的排序较液体与气体稳定 ， 但仍会随着材料性质不 同， 而对介电常数产生不同的影响 。 温 厦 ， 图 9 沥青含量 8 7 5 G u s s 试 件温度与 介电常数的关系 ( 2 5 5 GHz ) Fi g u r e 9 Gus s a s p h a l t c o n t e n t of 8 75s p e c i me n t e mp e r a t u r e a nd t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n t he d i e l e c t ric c o n s t a n t ( 2 5 5 G H z ) 4 3介 电混合模 型 G u s s 沥青混凝土各成 分材料的介 电常数以及 所 占的体积百分 比， 使用介电混合模型预测 G u s s 混 凝土的介电常数 ， 本研究将 G u s s 沥青混凝土组成分 为石粉 ， 粒料 ， G u s s 胶浆和空气 ， 以各成分所 占的体 积百分比， 和各成分在 2 5 5 G H z时的介 电常数发 展最适合的介电混合模型， 模型如下 ： g = 一。 6 3 ： ： ： ：i ： + 一 8222 。 ：( 占 。 一 占 ) + 秽 。 ， ( 占 。 一 ， ) + 秽。 ( 。 一 ) + ： ， ( 8 一 ， ) + ( 一 ) + ， t ， ( ， 一 ) ( 3) 介电常数预测值与实验值的关系如图 1 0所示 ， 预测值与实验值存在高相关性 ， 因此可 由 G u s s 沥青 混凝土各组成成分及其所占的体积百分 比来预测沥 青混凝土的介电常数。 4 4 密度 预测模 型 与无核 密度仪 量测值 4 4 1 密度预测模型 钢 桥上 的 G u s s 沥青混凝 土无 法进 行钻 芯试 验 ， 因此以无损检测方法来确认路面铺筑质量是研究 目 的之一 ， 通过介电常数实验值建立 G u s s 沥青混凝土 密度预测 的模 型。利用统计 分析 软件 S P S S ， 考虑 G u s s 沥青混凝土试件频率 2 5 5 G H z 时介电常数进 行 回归分析 ， 密度预 测模型建 立 如下 ： p g “ s s = 0 1 4 1 X 8 g 。 +1 6 3 5 ( 4 ) 密度预测值与 实验 室 密度 的关 系 ， 其 相关 性 尺 为 0 7 7 8 ， 如 图 1 l所示 。通 过 式 ( 4 ) 可 于 现 场 量 测 G u s s 介 电常数 推测其现场 密度 ， 进 行密 度质 量监 控。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 李 秋实 ， 等 ： 浇注式沥青混凝土介电特性研究 l 3 9 图 1 0 G u s s 沥青混凝土介 电常数预测模型与 实验值 的关 系 Fi g ur e 1 0 Gu s s a s ph a l t c o n c r e t e pr e di c t i o n mo de l a nd t he e x p e r i me nt v a l u e o f di e l e c t r i c c o n s t a n t 昌 。 bo 一 、 趔 磊 隧 毯 韶 实验室 密度 gc m ) 图 1 1 Gu s s沥青混凝土介电常数密度预测值与实验值 的 关 系 Fi g ur e 1 1 Gu s s a s p h a l t c o n c r e t e r e l a t i o n s h i p be t we e n p r e di c t e d v a l u e s a n d e x p e r i me n t a l v a l u e s o f d i e l e c t r i c c o n s t a n t d e n s i t y 4 4 2 无核密度仪量测 本 研 究 所 使 用 的 无 核 密 度 仪 为 T r o x l e r的 P a v e T r a c k e r 2 7 0 1 一 B， 通 过量 测沥 青混 凝 土材 料 的介 电常数， 再透过仪器内建的演算模式将其转换 为密 度读数显示出来 。利用实验室试件进行 P a v e T r a c k - e r 密度量测 ， 校正前 P a v e T r a c k e r 值 与实验室密度的 关 系， 其 R 为 0 1 4 3 ， 代表以校正前 P a v e T r a c k e r 值 来预测实验室密度的能力并不高 ， 两者之 间不具有 显 著 的相 关性 。 因此 所 读 取 的 的 P a v e T r a c k e r 必 须 先 经过 校 正 ， 才 能 代 表 实 际 密度 值 。本 研 究 以试 件 密 度 为 依 据 ， 经 过 平 移 和 旋 转 两 步 骤 ， 校 正 P a v e T r a c k e r 读 数 ， 步骤 如下 ： 平移。以试件沥青含量差异分组 ， 计算 出各 组 试 件 实 验 室 密 度 值 与 对 应 该 点 所 量 测 的 P a v e T r a c k e r 密度预测值两者的差异 ， 取各组试件的 差异值平均作为各组试件平移的校正值 。 旋转。将校正点的座标从直角座标系( ， Y ) 转成极座标系( r c o s O ， r s i n O ) 的方式呈现。计算夹角 与 4 5 。 等值线的差值 ， 即( 4 5一 ) 角， 以角度差异作 为校 正旋 转 角 ( ) 。经 旋 转 0 角 后 ， 会 从 A点 旋 转到 B点 ， 然而 实验室 密度值不需要变动， 仅需校 正 P a v e T r a c k e r 值 ， 即校正 y值 ， 如图 1 2的 C点。通 过上述方法 ， 先计算各组试件点位 的差异角 0 ， 以 各组试件点位 的差异角 0 绝 对值平均作为各组校 正旋转 角 ， 以不移 动实 验 室密 度 ( 轴 ) ， 只校 正 P a v e T r a c k e r 值( Y轴) 作修正。 经平 移 与 旋 转 校 正 后 的 P a v e T r a c k e r 值 显 示 于 图 l 2 ， R 提升到 0 4 3 0， 即相关 系数 R约为 0 6 5 6 。 文献 当中指 出仪器读数与实际密度的相关 系数 应介于 0 6 0 8 5之 间， 若 相关 系数低于 0 6则被 认为是不可接受的数值 。 由分析发现， 无核密度仪 P a v e T r a c k e r 与实验室 密度的相关性 比以介电常数 预测 G u s s路面密度模 型的相关性低 。本研究尝试以介电常数修正无核密 度仪 P a v e T r a c k e r 读值 ， 修正如下： P u s s=0 04 5Pa v e T r a c k e r+ 0 1 3 6 +1 5 7 6 ( 5 ) 密度预测值与实验室密度的关 系， 其相关性 为 0 7 8 4 ， 两者之间的关系如图 1 3所示。校正后密 度预测值与实验室密度相关 系数 JR大于文献建议 的接受标准 0 6 ， 因此可由式( 5 ) 使用介电常数进行 P a v e T r a c k e r 读值校正。 、 j 鹫 上 品 毒 世 辩 图 1 2 平移 旋转校正 后 P a v e T r a c k e r值与实验 室密度 的关系 F i g u r e 1 2 T r a n s l a t i o n r o t a t i o n a d j u s t e d P a v e T r a c k e r v a l u e wi t h l a b d e ns i t y 图 l 3 介 电常数校正后 P a v e T r a c k e r 值 与实验室密度的关 系 Fi g u r e 1 3 Di e l e c t r i c c o n s t a n