傳統(tǒng)鉆芯取樣測定道路材料密度的方法費時費力，準確性和可靠性難以保證而且具有滯后性。因此，如何快速、準確、安全地測量路面材料的壓實度，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果，提高了工作效率。隨著人們對核輻射的認識及其對健康保護意識的提高，核子密度儀的安全性成為限制其推廣應用的關鍵。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）有良好相關性，利用該特性將檢測信號轉化為電信號，通過相應算法得出材料的密度。如圖2所示，無核電磁密度儀的感應盤由發(fā)射器、隔離環(huán)和接收器組成，工作時，感應盤中心位置發(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環(huán)形電子電容感應場測定材料阻抗性，利用特定公式推導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)過相應處理，得到材料的密度、壓實度、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)電磁波強度來調(diào)整穿透深度，從而更加合理地進行不同厚度瀝青路面的密度檢測。

標定

無核電磁密度儀和核子密度儀的測量機制是不同的。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行測量前，應根據(jù)不同的被測物體分別進行標定。

1、綜合標定法

綜合標定法又稱五點標定法，是 TransTech 公司推薦的標定方法，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定方法。其核心在于通過相鄰 5 個點的無核電磁密度儀測值與芯樣密度值的平均偏差值，來獲取準確的標定值，標定方法示意圖如圖3、4所示。具體步驟如下：

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

2）將無核電磁密度儀放在 1 號點位上，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針的方向，依次測量 2、3、4、5 點，方法要求同上。取以上 5 個數(shù)的平均值作為該測點的密度值；

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

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

5）計算兩種測試值的偏差值，取平均值作為標定值記錄在無核電磁密度儀中。

2、二次修正

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

1）現(xiàn)場選擇和標記 10～15 個點，并測量電磁密度；

2）選擇所標記點位中的 5個點，鉆芯取樣，并對剩余未鉆芯的點位做好保護；

3）室內(nèi)進行芯樣的密度試驗，然后，根據(jù)芯樣密度試驗結果和現(xiàn)場電磁密度測試結果，計算兩者的偏差平均值作為修正常數(shù) c0 ；

4） 每次正式進行密度檢測前，對步驟 2）中未鉆芯的點位測量電磁密度，結合首次測量的電磁密度計算現(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）實際應用過程中，若天氣有明顯變化時，均應實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)量評價的要求，建議測點間隔取1m（即檢測頻率為1測點/平方米）。

測點數(shù)量要求

在進行標定時，對同一處的測點數(shù)量為10~15個；在施工過程中和施工后檢測壓實度時，同一處的測點數(shù)量不宜小于3個，取平均值作為檢測結果。

檢測步驟

1、準備工作

1）無核電磁密度儀在第一次使用前應對軟件進行設置并儲存，使操作者無需每次開機后都進行軟件設置。

2）使用無核電磁密度儀前，應嚴格用標準密度塊標定，通過相關性試驗檢驗，確定其可靠性。

2、 測試步驟

1）按照JTG 3450-2019《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》之T 0902-2019“選點方法”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。當路表結構凹凸不平時，可用細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）開機后應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、設置測試日期、時間、測值編號等。

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

5）按動測試鍵，3s后讀取數(shù)據(jù)并記錄。同時，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，當測值超出10時，數(shù)據(jù)應作廢，重新選點測試。

6）當采用修正值方法時，顯示原始數(shù)據(jù)為實測密度。

應用

在國內(nèi)，無核電磁密度儀測定壓實度的試驗方法已經(jīng)廣泛地用于新建和已建瀝青路面評價過程中，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。許多應用實例表明：無核電磁密度儀（PQI）不僅可以測量瀝青路面的壓實度，而且對于確定整個路段壓實設備的最佳組合方式和碾壓遍數(shù)也具有重要的指導意義。

綜上可知，無核電磁密度儀（PQI）是電磁原理在道路壓實度無損檢測領域的新應用。采用無核電磁密度儀（PQI）開展道路壓實度無損檢測，能夠大大提高檢測效率，降低工作強度。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度無損檢測的“新工具”。