为了更好的应用无损检测方法，提高沥青路面压实质量监测水平，根据无核密度仪、探地雷达法和车载检测法的技术原理，通过分析它们的技术特点，明确了各方法的使用条件和应用场合。无核密度仪操作简单，实时性较好，可用于沥青路面压实度测量和离析判别；探地雷达自动化程度高，可用于沥青层的压实度、厚度以及缺陷探测；车载检测技术与压路机械相结合，可用于压实施工过程，实现压实度在线检测。

　　压实是路面施工中影响路面性能和工程质量的重要工序，若压实度达不到要求可能会导致路面过早损坏并影响交通运营，造成经济损失。沥青路面压实质量控制指标主要有压实度和压实均匀度[1]。但这两个指标中压实度是关键指标，没有合格的压实度，后面的指标就无从谈起。所以，压实度测量及其测量的准确性、快速性在公路等施工建设的质量保障中就显得十分重要。在新一轮道路新建的大背景下，各种无损检测技术在施工中的应用引起了学者的广泛关注[2]。

　　王海涛[3]、Plati[4]等研究了路面雷达无损检测在不同沥青路面压实度测量中的使用，结果表明该技术可以对全线路面的工程质量实现快速、连续、无损的检测，并且能准确评价路面压实度质量；吴泳钿等[5]将无核密度仪和激光纹理仪结合起来，实现了对施工压实度质量的动态控制；陈晓亮等[6]通过对无损检测技术在高速公路施工检测中的应用研究，提出可以建立对压实度等关键指标的评价体系；汪学斌等[7]通过国内外文献调研，分析了国外压实度在线无损检测技术的现状，并得出其可以准确反映铺层材料压实情况的结论。近年来，国外压实度检测技术不断发展，连续压实检测不断地应用在路面施工质量的监控系统中[8，9]。因此，无损检测技术的应用研究对今后压实度检测技术的发展和工程应用具有重要的参考意义。

　　取芯法是我国施工技术规范规定的测量沥青混凝土路面密实度的方法。取芯法采用取芯机在沥青路面上取芯，送往实验室测定芯样的毛体积密度ρs以及确定标准密度ρ0，最后将芯样的毛体积密度与标准密度的比值作为压实度δ用来评定。压实度按式(1)计算

　　根据沥青混合料类型的不同，采用不同的测定方法来测定芯样的毛体积密度，国内外常用的方法有蜡封法、水中重法、体积法等。

　　取芯法属于直接测量方法，能够准确反映取芯部位的压实度情况。但是此方法用来评定一个路段时需要多次取样，会对路面结构造成一定程度的破坏，而且测量效率非常低。

　　无核密度仪是相对于核子密度仪的一类密度检测方法的总称，其在检测中不含放射性元素，故名无核。之前，核子密度仪在国内外被广泛应用，核子密度仪利用部分放射性元素(伽马源)发出的伽马射线与被测材料相互作用时发生的康普顿散射来判断被测材料的密实度。核子密度仪测量速度快，测量所需人员少，用于测量各种路基路面材料的密实度与含水量。但是核子密度仪因有放射性，对健康不利，所以逐渐被无核密度仪等新技术取代。

　　每一种材料都具有不同的介电常数和电导率，被压材料的介电常数和电导率会随着其密实度的不同而变化。利用这种介电特性测量密实度，最具代表性的就是电磁密度仪。无核密度仪(PQI)就是通过某种电磁波测得被压材料的介电常数和电导率，然后对其介电常数和电导率进行分析，间接导出被压材料的密实度[10，11]。一台无核密度仪包含了一个电磁波的发生器和对应的接收器，其间是隔离环，原理如图1所示。

　　无核密度仪工作时利用仪器自带的发生器发射某种电磁波，该电磁波在被压材料中传播时，会因为材料的介电特性而发生能量的吸收和损耗[12]。由于材料的介电常数和电导率不同，电磁波能量被吸收和损耗情况也存在差异。无核密度仪通过一种由感应板和被测材料组成的环状电子电容感应场来测定并推导材料的介电常数，然后通过其中的微处理器将电信号处理运算成材料的密度。研究表明，沥青混合料的介电常数与其组分(集料、沥青、空气等)的介电常数具有函数关系。实际中，应用最广泛的介电混合模型是沥青面层的均方根模型和线]，如下

　　沥青混合物极其复杂，要考虑到多方面的因素才能让介电模型更准确。目前使用的无核密度仪(PQI)的参数变量已经达到40~50个，充分考虑了各因素的影响。有了比较准确的介电模型，然后根据Lorentz假设和Clausius-Mossottiequation(克劳修斯-莫索提方程)推导出介电常数与密度之间的关系如下

　　当电介质一定时，式(4)中极化率α就为常数，则密度ρ与((εr-1)/(εr+2))就成正比。那么介质的介电常数就与其密度具有很大的相关性，所以可以利用这个原理建立密度预测模型来预测介质的密度。

　　无核密度仪正是运用了这个原理，通过环形电场测得混合料的介电常数，然后通过内置的电路和处理器将其计算转化成我们所需的压实度值。

　　无核密度仪(PQI)是典型的沥青路面压实度检测仪器，属于间接检测方法。测量前，为了降低测量误差、提高精度，需对其进行标定，而且混合料一旦变化需要再次标定。正确标定后，无核密度仪在测量时可以快速、准确、实时的检测出沥青路面的面层压实度和密度。除了测量路面压实度，无核密度仪还有如下应用：

　　1)基于无核密度仪建立密度差离析判别模型[12]，以此实时监测路面施工时的离析，以便对其及时做出调整。

　　3)无核密度仪对路面无损坏，可以采集足够样本数的压实度数据，然后根据评定方法对路面的最终压实度做出评价。

　　综上，无核密度仪具有实时、测试方便快速等特点，但其准确性依赖标定。由于材料的介电常数是关键参数，水的介电常数又与其差异较大，所以不能用于测量含水分材料和土壤的压实度。

　　路面雷达之前被用来检验厚度，在公路建设中也被广泛用于路面压实度的测量。随着计算机和软件技术的进步，探地雷达技术在路面工程师群体中迅速普及，路面探地雷达应用范围也进一步扩大，如确定层厚、检测地下缺陷、估计含水量和检测空隙等[13]。除了这些应用外，利用探地雷达预测压实沥青混合料现场密度的实践也在发展中，相关研究成果似乎很有前景，国外的ChristinaPlati等在这方面做了很多研究。

　　雷达检测压实度的基本原理与无核子密度仪原理非常相似，是利用电磁脉冲的反射特性间接检测压实度。本文通过复合介质体积模型来阐述其测量压实度的原理。假设复合介质由空气、面层(被测量层)、基层3组介质组成[3]，探地雷达发射的电磁波在复合介质层内的旅行时间等于各段旅行时间之和

　　式(8)是所得混合料的介电常数模型。接着建立密度预测模型，然后通过所建立的预测模型利用介电常数去预测被测材料的压实度或者密度。学者们为确立这样的模型进行了很多研究，根据以上理论开发出了复折射率模型

　　Gmb是模型输出，而εh是通过探地雷达GPR测量的，εb为常数，εs是电容率，取决于骨料类型和来源，通过反算程序确定，其余参数Gmm、Gsb、Gb可从配合比设计中获得。

　　由于道路各层铺筑材料的物理特性差异，当雷达发射的电磁波射入路面时，在各铺筑层的结合面上会产生反射现象。如图2所示，当雷达波以α0角度射向道路表面R0，由于空气与面层的介电差异，雷达波依次在界面R0、R1、R2处发生反射与折射，通过对A1、A2、A3雷达信号的分析，便能推导出路基路面的介电常数等物理参数，进而计算出路基路面的压实度。各层间介电常数的差异越大，反射信号也就越强。但是当各层间介电常数差异非常小时(即层间结合比较好)，则反射波很微弱，雷达接收装置就不能正常工作，所以介电常数差异是雷达检测压实度的基础。

　　探地雷达操作简单，是一种很受欢迎的无损检测方法，属于间接测量方法，故在使用时也需要进行标定。探地雷达的波速和介电常数是需要准确标定的重要参数，这两个参数直接影响着检测结果的准确性，而且当材料变化时需要重新标定。在实际工程中，探地雷达的应用如下：

　　1)基于式(8)和式(9)建立的模型利用探地雷达来检测沥青路面压实度。检测时，利用探地雷达对沥青路面进行连续检测，从而获得大量精确的数据信息；通过统计学分析，保证数据结果的可靠性与精确性；凭借这些数据可以对路面的压实质量做出判断。

　　3)利用病害结构对电磁波反射的影响来检测施工缺陷，如常见的路面开裂、板层脱落等问题，以便及时发现并解决施工中的不足。

　　路面探地雷达虽然具有使用简单、自动化、连续性等特点，但其对介电常数差异有所依赖，故需要被测目标和周围介质有足够的介电差异。探地雷达的准确度受到含水量的影响较大。雷达检测的测量原理决定了它适合检测某一层的平均密度，而不能用于检测某一深度的密实度；也决定了探地雷达不能对沥青路面的力学特性进行检测，无法直接反应沥青路面各结构层的力学特性[14]。

　　前述取芯法或无损检测法都不能在线实时获得压实度信息，测量结果往往滞后于压实过程，无法对施工过程起到监控作用。为了能够很好地保证压实施工的质量，大量的学者和科研机构对车载检测技术进行了研究。目前，最成功的实例就是智能压路机。虽然各国的技术有所不同，但也具有共同点。图3是在线检测系统的基本原理图。

　　在振动压路机工作时，它与被压材料共同组成一个压实系统。研究表明，被压材料的力学性能与振动轮的动力学参数有关联。大量试验已经证明路面被测材料的刚度与压实度存在正相关的关系，而且振动轮加速度与被测材料刚度有一定相关性[15]。因此，可以对振动加速度为主的振动动力学参数进行分析，来间接获得路面压实度的情况。路面填料在压实前期比较疏松，结构强度较小且弹性刚度也小，阻尼大，振动轮的振动能量大量被吸收，被压材料给振动轮的反馈非常小；随着压实过程的推进，压实遍数增多，填料逐渐密实，路基路面形成一定的结构使得路面刚度增加，阻尼变小，反馈给振动轮的作用力也变大；当路面的压实度达到一定程度后，振动压路机会因为振动系统偏心块的不对称性而出现跳振现象，使振动钢轮的加速度发生畸变。在路基路面压实度的变化过程中，振动轮的加速度也跟随其变化。通过测量振动加速度来测定压实度的系统有很多，以下是两种典型的检测系统，它们代表了对加速度信号不同的处理方式。

　　这种测量系统是利用振动加速度谐波信号的典型，由Dynapac等公司开发。在压实时，被压材料的情况变化使振动轮垂直加速度谐波分量表现出不同的特征，这些特征可反映材料被压实的程度[7]。CMV检测系统通过加速度传感器(安装在振动轮上)按一定的频率实时采集振动轮加速度信号[16]，再经过信号处理及算法得出CMV值来反映材料压实情况。其计算公式为

　　压实施工时，填料密实度逐渐变大，振动信号的畸变程度也增加，使得谐波分量的幅值也渐渐变大，由式(10)可知，CMV的值也会随其增加，以此为依据来反映路面压实的状况。为方便判断路面材料是否达到压实标准，可于施工前进行标定以确定CMV值与路面材料的力学性能或干密度等参数的关系。研究表明，CMV值与压路机质量、振幅、频率、行驶速度、材料类型和被压材料下承层强度等有关。每个CMV值均可与压实区段中的各检测点对应，有利于及时找出压实薄弱点。

　　振动轮和被压材料之间能量交换情况也能体现路面的压实情况[17]。振动轮产生的能量只有一部分被被压材料吸收，另一部分被反弹而回。由能量守恒可得：有效能量Eeff=Ea-Eb。图7为钢轮的受力分析，Fs为垂直方向的激振力；Fz是钢轮自身重力；FB为路面对钢轮的反作用力；a是振动加速度。由牛顿第二定律

　　压实工艺一旦确定，振动压路机的输出能量为定值，所以路面压实状况可以用有效功率来间接反映。由式(13)可得，振动加速度畸变增大时，积分值减小即有效功率减小。故为了便于获得数。