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智能摊铺的得力助手—美国GSSI实时一连式路面压实度丈量仪Pavescan RDM 2.0

一、 配景

压实度对沥青混凝土的早期破损和恒久性能有主要影响。现在对沥青路面压实效果的典范评价包括笼罩规模有限的一些要领，如无核（核子）密度仪法和以及破损性的要领，如取芯法等，这些要领以抽样的方法对摊铺沥青路面举行质量检查，可是保存破损或者无法客观评价路面整体施工质量的缺陷，这样就爆发了对无损且周全路面质量检查要领的需求，希望能够实现可以一连网络数据，且对路面结构无损的要领。探地雷达手艺为这一目的提供了可行性，提供了一种非破损性、一连测试的计划。

路面

二、古板要领的缺陷

在沥青路面施工历程中，关于检测机构的危害(用户危害)是检测机构凭证几个随机抽样点的效果接受或拒绝当天的摊铺质量是否及格。现实上，一项路面工程的现实整体压实度差别性是未知的。在图3的场景中，检测机构选取的点正好为压实及格点，便接受了现场整个摊铺的质量要求，而现实整个项目有显着的压实度缺乏(统计类型II过失)。由于路面的使用寿命通常是由性能最差的地方决议的，以是导致会过失地接受质量差、寿命短的摊铺路面。

另一方面，当随机样本位置与局部欠压实区域重适时，承包施工方面临危害(生产者危害)，如图4所示，在这种情形下，承包商会由于当天的抽检缺乏格而被以为整个项目有瑕疵，只管事实上大部分的施工都是可以接受的(统计类型I的过失)。

以上的两种过失判断类型都是现在的定点检测所带来的随机误差导致的，从而造成对项目质量的把控不可从基础上相识现实的情形
；谙肿，一连且周全的压实质量检测便越来越受到行业职员的青睐和关注。

三、Pavescan的生长

GSSI公司于上世纪90年月初团结TTI（美国得克萨斯州交通研究院）举行了雷达系统路面测试的产品开发，厥后在美国公路战略研究妄想二期(SHRP2)中 4个研究领域：清静、再生、可靠性和通行能力中举行了详细形貌。形成了“Rapid Technologies to Enhance Quality Control on Asphalt Pavements (R06C)”（沥青路面质量控制的快速丈量手艺）和“GPR, one of two ways to evaluate asphalt pavements during construction”（GPR ，沥青路面质量评估的两种要领之一）的手艺文件。SHRP2与SHRP一样，是美国国会指令性目的明确1.5亿美元经费举行为期4年(2005年~2009年)的以效果为主的研究项目。

①: 2012年德克萨斯州交通运输研究所(TTI)的原型喇叭天线使用1.6 GHz天线
；

②③ : 2015年与明尼苏达州运输部相助制作了PaveScan的原型机
；

④: 2016年在TRB聚会上宣布 RDM 1.0
；

⑤ : 2019年宣布RDM 2.0，并纳入了AASHTO  #PP 98-19
；

Pavescan的事情原理

现在，探地雷达逐渐在海内外的相关测试中获得认可，作为一种一连测试要领，在工程中的QC / QA（质量控制/质量包管）起到了起劲作用，大大提高了检测效率和测试普查精度，为承包商和业主单位举行质量把控和落实改修建计划提供了有利参考。

探地雷达的事情原理是发送电磁波离散脉冲在路面和捕获反射信号的差别层之间传动，用雷达反射振幅和反射之间的时间延迟来盘算层介电常数(公式1)，由于空气的介电常数小于沥青混淆料的其他组分，以是沥青混淆料的综合介电常数会随着压实水平的增大而增大，因此，丈量的介电常数与压实度成正比。

图6显示了差别质料的介电常数，热拌沥青混淆料(HMA)的一样平常外貌介电常数在4~6之间，区别取决于骨料类型、沥青含量和级配。介电值高往往批注质料内部含有水分。

低频雷达可以穿透到路面深处，而高频雷达(2GHz以上)可以丈量较浅的深度，可是区分率更高。因此，关于小于2in (5.08cm)厚的典范HMA叠加层，高频雷达具有优异的区分率。较小的高频天线的另一个优点是，装置越发便携，越发容易举行现场装置、无损丈量。

另外该系统最大的优点是能够快速网络一连的丈量数据。

低频雷达可以穿透到路面深处，而高频雷达(2GHz以上)可以丈量较浅的深度，可是区分率更高。因此，关于小于2in (5.08cm)厚的典范HMA叠加层，高频雷达具有优异的区分率。较小的高频天线的另一个优点是，装置越发便携，越发容易举行现场装置、无损丈量。另外该系统最大的优点是能够快速网络一连的丈量数据。

四、Pavescan的特征及手艺应用

PaveScan RDM 2.0是第二代沥青路面密度评估工具，可以提供准确的实时丈量，以确保沥青路面寿命和质量。该系统是检测泛起在路面铺装历程中纷歧致性的理想工具，包括较差的匀称性和显着的密度误差。通过检测这些问题，PaveScan可以资助阻止路面的早期破损，如蹊径断层、裂痕和沿接缝处的损坏。

1）立异的手艺

PaveScan提供了一种简朴而经济的评估工具，以无损测试的要领确定沥青路面在服役时代的介电值。PaveScan是一种电介质断面系统(DPS)，是识别新沥青路面不匀称区域的首选测试要领。它可以通过两种差别的测试要领举行数据收罗
；介电值或逍遥率。不保存现场危险，也不需要像使用核子仪/放射性产品那样关闭事情区域。

2）多样化的装置方法

    整套系统能够装置在手推车、高尔夫车、无邪车以及压路机上，知足差别场景的测试需求，在知足快速丈量的同时，能够最大限度施展装备的事情性能。

2.1）压路机上的实时碾压测试

Pavescan的降生为在路面摊铺历程中的压实度实时丈量提供了可能，在路面摊铺历程中，差别的碾压次数能够获取差别的压实度水平，古板的压实度测试只能获取终压之后的压实度数据，碾压指标缺乏格后无法再有调解的时机，而pavescan便能有用地解决这样的问题，碾压历程中实现了历程的实时监控，从而能够实时反响压实度数据，为后续的业主决媾和计划变换提供实时的数据反响。

3）集成化的主机盒

l  可容纳多达3个传感器，每个传感器频率为2GHz（最大丈量宽度为6英尺）
；

l  用于缆线网络的外壳
；

l  可热插拔，双电池
；

4）全新的传感器设置

l  专为极端的沥青铺装情形制造
；

l  激光资助准确定位
；

l  GPS和装置杆提供了高精度的位置信息，并与PaveScan接口无缝对接
；

5）PaveScan RDM 2.0的可视化数据

设置松下G1平板电脑操作平台，可实现精练的用户界面， PaveScan操作简朴，无缝集成的GPS，可实现实时的屏幕数据显示和导出选项。

5.1）实时丈量：介电值显示

PaveScan可以自动盘算新铺路面的介电丈量值。沥青混淆料介电值的转变与沥青逍遥率的转变有关。因此，PaveScan识别出压实中的异常值，让用户能够确定新铺路面和大致区域钻芯样的效果一致性。

5.2）收罗效果：显示逍遥率百分比

PaveScan为用户提供了一种全笼罩的收罗要领，通过将取芯样的逍遥率与密度相关联来确定沥青路面的完整性。通过逍遥率和介电常数的关系来转换数据，丈量的数据在PaveScan系统中可通过.CSV或KML文件举行输出，实现压实度的实时一连丈量和数据显示。

6）PaveScan RDM 2.0的效果可靠性

美国德州农工大学交通学院（Texas A&M Transportation Institute ）在2019年宣布的一份研究报告中显示，该机构在北美针对PaveScan RDM 2.0以及手持式核子密度定点测试仪举行了比照，通过钻芯法和两种无损测试要领举行了比对，对大宗的数据收罗点以及相关性举行剖析，获得了古板法（钻芯法）和PaveScan RDM 2.0以及手持式核子密度仪的比照数据，并取得了具有价值的相关性剖析效果。

注：文中的部分剖析图表和数据参考来自以下文献：

1）   Evaluation of the Rolling Density Meter for Rapid Continuous Measurement of Asphalt Mixture Density，Texas A&M Transportation Institute，2019.

2）   Using Infrared and High-Speed Ground-Penetrating Radar for Uniformity Measurements on New HMA Layers, SHRP 2, R06C, 2013.

五、结语

SHRP 2 R06C报告中指出“现场路面密度是决议热拌沥青混淆料(HMA)路面耐久性的一个要害因素” 。局部的不匀称混淆料区域称为离析，通
；岢晌访嫣滩愕牡兔芏惹。离析仍然是与路面铺装相关的一个主要问题，会对路面使用寿命爆发严重的倒运影响。因此，GSSI在2016年研制了PaveScan，这是一个提供实时全笼罩数据的无核解决计划。通过进一步的研究和实地测试，PaveScan 2.0集成了全新的传感器设计、装置设置和软件更新，提高了数据检测的准确性。

全新的PaveScan 2.0系统将成为路面施工历程中数据测试和质量实时监控的主要检测手段，是一款高科技集于一身的智能化检测装备，将为路面质量控制和恒久运行保驾护航！