传统钻芯取样测定道路材料密度的方法费时费力，准确性和可靠性难以保证而且具有滞后性。因此，如何快速、准确、安全地测量路面材料的压实度，成为道路工作者面临的主要问题。

针对这一问题，1968年美国坎贝尔公司开发了第一台道路用核子密度仪，80年代后期，又安装了可以现场编程的微处理器，能够从显示器上直接读取测量结果，提高了工作效率。随着人们对核辐射的认识及其对健康保护意识的提高，核子密度仪的安全性成为限制其推广应用的关键。无核电磁密度仪（pavement quality indicator，PQI）的出现取代了核子密度仪，成为道路压实度无损检测的新工具。无核电磁密度仪（PQI），如图1所示。

图1 无核电磁密度仪（PQI）

基本原理：

无核电磁密度仪（PQI）通过发射电磁波测量材料的介电常数，道路材料的介电常数与其自身性质（如密度）有良好相关性，利用该特性将检测信号转化为电信号，通过相应算法得出材料的密度。如图2所示，无核电磁密度仪的感应盘由发射器、隔离环和接收器组成，工作时，感应盘中心位置发射器向下发出环形电磁波，电磁波穿过被测材料后由接收器接收。电磁波在穿过被测材料的过程中会损耗部分能量，损耗能量大小取决于材料的介电常数。无核电磁密度仪通过一个环形电子电容感应场测定材料阻抗性，利用特定公式推导被测材料的介电常数，最后将检测电信号发送至微处理器，经过相应处理，得到材料的密度、压实度、路表温度、湿度等参数。第三代无核电磁密度仪（PQI）产品已经能够通过调节电磁波强度来调整穿透深度，从而更加合理地进行不同厚度沥青路面的密度检测。

图2 无核电磁密度仪的原理图

标定：

无核电磁密度仪和核子密度仪的测量机制是不同的。核子密度仪通过放射元素发射射线，利用同位素原理进行密度测量，得到材料的密度，而无核电磁密度仪是通过发射电磁波，获取被测物体的介电常数，通过反算介电常数来得到被测量材料的密度值，所以该密度值是相对密度，与钻芯取样后的芯样毛体积密度值有一定偏差。因此，使用无核电磁密度仪进行测量前，应根据不同的被测物体分别进行标定。

1、综合标定法

综合标定法又称五点标定法，是 TransTech 公司推荐的标定方法，也是JTG 3450—2019《公路路基路面现场测试规程》推荐和目前最常用的标定方法。其核心在于通过相邻 5 个点的无核电磁密度仪测值与芯样密度值的平均偏差值，来获取准确的标定值，标定方法示意图如图3所示。具体步骤如下：

1）在路面上选定一个干燥无污染的区域，选定一点，用粉笔标注好定位点1，以 1 点为圆心，绕着无核电磁密度仪盘底画圆，并按照顺时针方向，在圆上标注出另外 4 个点；

2）将无核电磁密度仪放在 1 号点位上，按下测量键，期间不要用身体的任何部位接触仪器，等待读数并记录。将无核电磁密度仪按照顺时针的方向，依次测量 2、3、4、5 点，方法要求同上。取以上 5 个数的平均值作为该测点的密度值；

3）在 1 号点附近3m×1.5m的矩形区域内，再选定相邻的4 个点，并按照上述方法获得这 4 个点的密度值；

4）分别在 5 个测点处钻芯取样，采用表干法或体积法获取这 5 个芯样的毛体积密度值并记录；

5）计算两种测试值的偏差值，取平均值作为标定值记录在无核电磁密度仪中。

图3  标定方法示意图

2、二次修正

降雨、结露和干燥时间等气候环境因素对无核电磁密度仪测试结果影响较大，为避免这些因素的影响，可以采用二次修正的方法进行，步骤如下：

1）现场选择和标记 10～15 个点，并测量电磁密度；

2）选择所标记点位中的 5个点，钻芯取样，并对剩余未钻芯的点位做好保护；

3）室内进行芯样的密度试验，然后，根据芯样密度试验结果和现场电磁密度测试结果，计算两者的偏差平均值作为修正常数 c0 ；

4） 每次正式进行密度检测前，对步骤 2）中未钻芯的点位测量电磁密度，结合首次测量的电磁密度计算现场修正常数 Δc，则可获得综合修正常数c，即c=c0+Δc；

5）实际应用过程中，若天气有明显变化时，均应实测并更新综合修正常数 c。

检测频率：

为满足沥青路面施工均匀性质量评价的要求，建议测点间隔取1m（即检测频率为1测点/平方米）。

测点数量要求：

在进行标定时，对同一处的测点数量为10~15个；在施工过程中和施工后检测压实度时，同一处的测点数量不宜小于3个，取平均值作为检测结果。

检测步骤：

1、准备工作

1）无核电磁密度仪在第一次使用前应对软件进行设置并储存，使操作者无需每次开机后都进行软件设置。

2）使用无核电磁密度仪前，应严格用标准密度块标定，通过相关性试验检验，确定其可靠性。

2、 测试步骤

1）按照JTG 3450-2019《公路路基路面现场测试规程》之T 0902-2019“选点方法”规定的方法确定测试位置，与距路面边缘或其他物体的最小距离不得小于30cm，且表面干燥。

2）把无核电磁密度仪平稳地置于测试位置上，保证仪器不晃动。当路表结构凹凸不平时，可用细砂填平测试位置的空隙，使路表面平整，能与仪器紧密接触。

3）开机后应检查无核电磁密度仪的工作状态，如电池电压、内部温度、设置测试日期、时间、测值编号等。

4）进入测试界面，设置沥青面层厚度、测量单位、最大公称粒径等参数设置，选择单点测量模式，进入待测状态。

5）按动测试键，3s后读取数据并记录。同时，观察无核电磁密度仪上显示的被测试材料表面的湿度值是否在1~10之间，当测值超出10时，数据应作废，重新选点测试。

6）当采用修正值方法时，显示原始数据为实测密度。

应用：

在国内，无核电磁密度仪测定压实度的试验方法已经广泛地用于新建和已建沥青路面评价过程中，并且已经纳入JTG 3450-2019《公路路基路面现场测试规程》之中。许多应用实例表明：无核电磁密度仪（PQI）不仅可以测量沥青路面的压实度，而且对于确定整个路段压实设备的最佳组合方式和碾压遍数也具有重要的指导意义。

综上可知，无核电磁密度仪（PQI）是电磁原理在道路压实度无损检测领域的新应用。采用无核电磁密度仪（PQI）开展道路压实度无损检测，能够大大提高检测效率，降低工作强度。与核子密度仪相比较，具有安全高效的突出优势，是道路工作者开展压实度无损检测的“新工具”。

作者：天津市市政工程质量检测中心 王伟