第４０卷，第５期 公 路 工 程 Ｖｏ１．４０，Ｎｏ．５ ２ ０ １ ５年１ ０月 Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｏｃｔ．，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１５００４０；２．福州市规划设计研究院，福建福州３５０００３） ［摘要】对铺筑于钢桥的浇注式沥青混凝土（Ｇｕｓｓ）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Ｇｕｓｓ胶浆，粒料，和Ｇｕｓｓ试件的介电常数，以２．５５ ＧＨｚ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Ｇｕｓｓ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ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ量测Ｇｕｓｓ沥青混凝土密度，并以校正后的 ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ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９Ｏ℃至６Ｏ℃的降温过程当中，Ｇｕｓｓ试件介电常数随温度下降而减少。另由本研究所发展的Ｇｕｓｓ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Ｇｕｓｓ试件的介电常数。并且 由所建立的密度预测模型，以Ｇｕｓｓ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０．７８。最后 以校正无核密度仪ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ读数，校正后ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ读数与实验室密度的相关系数Ｒ 为０．８９。 ［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 ４１４．１ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１６７４—０６１０（２０１５）０５—０１３４—０７ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ Ｇｕｓｓ Ａｓｐｈａｌｔ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ＬＩ Ｑｉｕｓｈｉ ，ＨＥＩ Ｄｏｎｇｐｏ ，ＺＨＡＮＧ Ｈｕａ。 （１．Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ １５００４０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｆｕｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｆｕｚｈｏｕ，Ｆｕｊｉａｎ ３５０００３，Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｐｏｕｒｉｎｇ ｔｙｐｅ ｏｆ ｐａｖｉｎｇ Ｇａｎｇｑｉａｏ（ＧＵＳＳ）ａｓｐｈａｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｒｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ，ｗｉｌｌ ｃａｕｓｅ ｄａｍａｇｅ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｃｋ ａｎｄ ｌｅｆｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅａｋ ｓｉｄｅ，ＮＤＴ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｐａｖｅｍｅｎｔ．Ｔｏ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｄｉ－ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏ￣ａｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ，ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｕ－ ｓｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎａｌｙｚｅｒ ｗｉｔｈ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｏｐｅｎ ｃｏａｘｉａｌ ｒｏｄ，ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｇｕｓｓ ｍｕｃｉｌａｇｅ，ａｇｇｒｅｇａｔｅ，ａｎｄ Ｇｕｓｓ ｓｐｅｃ－ ｉｍｅｎ ｏｆ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ，ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｏｆ ２．５５ ＧＨｚ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ ｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｄｅｎｓｉｔｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ．Ａｎｏｔｈｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｕｓｓ ａｓｐｈａｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｄｉｅ－ ｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｉｘｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｅｎｓｉｔｙ ｍｅｔｅｒ ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ ｄｅｎｓｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｕｓｓ ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｎｄ ａｄｊｕｓｔｅｄ ｔｈｅ ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｄｅｎ— ｓｉｔｙ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎ－ ｓｔａｎｔ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ．Ｒ ｉｓ ａｂｏｕｔ ０．６．Ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒａｎｇｅ ｏｆ ９０℃ａｎｄ ６０℃ａｎｄ ｃｏｏｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｇｕｓｓ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｒｏｐ．Ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｂｙ ｏｕｒ ｉｎ— ｓｔｉｔｕｔｅｇ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｕｓｓ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｈｙｂｒｉｄ ｍｏｄｅｌ，ｍｕｃｉｌａｇｅ，ａｇｇｒｅｇａｔｅ，ｐｏｗｄｅｒ ａｎｄ ｐｅｒｃｅｎｔ－ ａｇｅ ｏｆ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒ，ｃａｎ ｂｅ ｓｐｅｃｕｌａｔｅｄ ｔｈａｔ Ｇｕｓｓ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ．Ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ ｍｏｄｅｌ，ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ｄｅｎｓｉｔｙ Ｇｕｓｓ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｖａｌｕｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｒ ｏｆ ０．７８．Ｆｉｎａｌｌｙ ｂｙ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｅｎｓｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ ｒｅａｄｉｎｇｓ，ａｄｊｕｓｔｅｄ ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ ｒｅａｄ— ｉｎｇｓ ｗｉｔｈ ｌａｂ ｄｅｎｓｉｔｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｒ ｉｓ ０．８９． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｏｕｒｉｎｇ ｔｙｐｅ；ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｅｎｓｉｔｙ ｍｅｔｅｒ；ｎｏｎ一 【收稿日期】２０１４—０６—２０ 【基金项目】高校基本科研业务费专项资金资助项目（２５７２０１４ＢＢ１１） ［作者简介】李秋实（１９７９一），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。 第５期 李秋实，等：浇注式沥青混凝土介电特性研究 １３５ 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（Ｇｕｓｓ），或是 环氧树脂沥青混凝土（Ｅｘｐｏｓｙ ａｓｐｈａｌｔ）…。 Ｇｕｓｓ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Ｇｕｓｓ沥青混凝土应用 于钢桥上的国家。Ｇｕｓｓ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４５％一４７％通过４．７５ ｍｍ筛 且停留在０．０７５ ｍｍ筛上，大约有２５％通过０．０７５ ｎｌｌｌｌ筛。 Ｇｕｓｓ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（３０号道路石油沥青），天然沥青采用特 立尼达湖沥青（ＴＬＡ）。 钢桥路面底层采用Ｇｕｓｓ沥青混凝土铺筑，而路 面的密度及孔隙含量将影响Ｇｕｓｓ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ＧＰＲ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（ＨＭＡ） 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Ｇｕｓｓ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Ｇｕｓｓ沥青混凝土的基本介电性质， 并且建立Ｇｕｓｓ沥青混凝土的介电质混合模型，且应 用无核密度仪量测Ｇｕｓｓ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；ｔＯ为旋转频率２ｒｒｆｏ 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Ｇｕｓｓ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Ａｇｉｌｅｎｔ Ｅ５０６２Ａ网络分析仪与 Ａｇｉｌｅｎｔ ８５０７０Ｅ介电探棒套件来进行介电常数量测。 ｌ３６ 公路工程 ４０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Ａｇｉｌｅｎｔ Ｅ５０６２Ａ网络分析仪，与Ａｇ． ｉｌｅｎｔ ８５０７０Ｅ介电探针套件进行测量。网络分析仪 与介电探棒由ＳＭＡ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 石粉 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２５℃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 图２石粉测量方法图解 中进行校正，待空气校正完后，将介电探棒接上短路 Ｆｉｇｕｒｅ ２ Ｐｏｗｄｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄｉａｇｒａｍ 装置进行校正，最后将探棒置人２５℃纯水中进行校 介电常数去除后取平均值，作为试件的介电常数数 正。 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Ｇｕｓｓ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 Ｔｒｏｘｌｅｒ公司所生产的ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ，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 图１ Ａｇｉ｜ｅｎｔ网络分析仪与介电探棒 Ｆｉｇｕｒｅ １ Ａｇｉｌｅｎｔ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎａｌｙｚｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｏｄｓ 得读数与钻芯试件的试验值进行校正。 ３．２介电测量 ４分析与讨论 本研究介电量测直馏３Ｏ号沥青，及湖沥青 ４．１ 组成物的介电量测 ＴＬＡ，以及依照比例混合成的Ｇｕｓｓ沥青胶浆，并且 ４．１．１沥青的介电常数 量测沥青黏结料ＡＣ一１０，ＡＣ一２０与ＡＲ一８０００，探讨 量测沥青黏结料ＡＣ一１０，ＡＣ一２０，ＡＲ－８０００，３０ 不同沥青黏结料之间介电性质差异。粒料级配部 号沥青，和ＴＬＡ的介电常数，实验结果见图３，频率 分，本研究分为粒料与石粉，然而粉状石粉测量，无 测量范围２００ ＭＨｚ～３ ＧＨｚ之间。沥青在频率２．５５ 法确切得知介电探棒量测位置的容积密度，造成量 ＧＨｚ时，ＡＣ一１０，ＡＣ一２０，ＡＲ一８０００和３０号沥青介 测粉状石粉可能因容积密度造成介电常数测量上的 电常数分别为２．７８，２．８３，２．８９，和２．７１，差异并不 差异。因此制作瓶口与测量探棒一样的圆柱量杯， 大，而天然沥青ＴＬＡ介电常数为３．６６明显高出石 放入已知重量的石粉，探棒伸入量测介电常数，并且 油沥青许多。因为ＴＬＡ中含有比沥青介电常数还 可得到一高度，求得体积，进而得知介电量测时粉状 要高的石粉，大约４０％，所以造成ＴＬＡ介电常数会 石粉的容积密度，量测如图２所示。 比纯沥青还要高情况。 Ｇｕｓｓ试件介电量测则分为冷料组沥青含量 ４．１．２粒料的介电常数 １０．１％，９．６％和９．１％各ｌ２个试件；热料组沥青含 Ｇｕｓｓ试件拌合的粒料组成，分为粒料与石粉两 量９．０％８个试件，８．７５％１２个试件，和８．５％８个 种材料，分别进行介电常数的量测。本研究采用的 试件，由于Ｇｕｓｓ试件并非均质材料，故对每个试件 粒料以板页岩为主，而粉状石粉为大理石加工过程 求得ｌ０个点以上的介电常数数值，将最高与最低的 当中所产生的细微颗粒，成分主要以ＣａＣＯ 为主， 第５期 李秋实，等：浇注式沥青混凝土介电特性研究 １３７ 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７．６１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ＴＬＡ的介电常数 Ｆｉｇｕｒｅ ３ Ａｓｐｈａｌｔ ｂｉｎｄｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ０ｆ ＴＬＡ 簌 艇 脚 图４板页岩大理石介电常数 Ｆｉｇｕｒｅ ４ Ｂｏａｒｄ ｓｈａｌｅ ｍａｒｂｌｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ 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１．２２ ｇ／ ｃｍ 。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１．２２ 代入Ｐ，石粉密度２．７２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 Ｇｕｓｓ试件的介电常数 ４．２．１频率对Ｇｕｓｓ试件介电常数的影响 本实验为量测频率２００ ＭＨｚ一３ ＧＨｚ范围间， Ｇｕｓｓ沥青混凝土的介电常数与介电损失的变化。 图６为Ｇｕｓｓ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％Ｇｕｓｓ沥青混凝土的介电常数介于４．５—５．２ 之间，在低频范围（ＭＨｚ）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 Ｇｕｓｓ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 ＧＨｚ的频率区段Ｇｕｓｓ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２．５５ ＧＨｚ的介电常数值。 瓢牲口 ８ ６ ４ ２ ０ ０．５ ｌ １．５ ２ ２．５ ３ 频率／ＧＨｚ 图５石粉介电常数与经式（２）计算后的结果图 Ｆｉｇｕｒｅ ５ Ｐｏｗｄｅｒ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｙｐｅ（２）ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｄｉａｇｒａｍ ７ ６ 搽 篓ｓ ４ １３８ 公路工程 ４０卷 气介电常数为１，Ｇｕｓｓ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％Ｇｕｓｓ试件孔隙率介电常数的关系 （２．５５ ＧＨｚ） Ｆｉｇｕｒｅ ７ Ｇｕｓｓ ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ９．６％ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ— ｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｐｏｒｏｓｉｔｙ 密度／（ｇ・ｃｍ－３） 图８沥青含量９．６％Ｇｕｓｓ试件密度与介电常数的关系 （２．５５ ＧＨｚ） Ｆｉｇｕｒｅ ８ Ｇｕｓｓ ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ９．６％（２．５５ ＧＨｚ）ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ４．２．３温度对Ｇｕｓｓ试件介电常数的影响 对于不同温度的Ｇｕｓｓ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Ｇｕｓｓ沥青混凝土试件放人１２０ ｃＩ＝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２．５５ ＧＨｚ时 ８．７５％沥青含量Ｇｕｓｓ沥青混凝土介电常数与温度 下降的关系，发现于９Ｏ℃一６０ ｃＣ范围间，介电常数 随着温度下降而减少。６０℃一２５℃的范围之间， 随着温度下降，介电常数变化趋缓。损失因子９０℃ ～２５ 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１８７℃一２７℃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８．７５％Ｇｕｓｓ试件温度与介电常数的关系 （２．５５ ＧＨｚ） Ｆｉｇｕｒｅ ９ Ｇｕｓｓ ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ８．７５％ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｉｒｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ （２．５５ ＧＨｚ） ４．３介电混合模型 Ｇｕｓｓ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Ｇｕｓｓ混 凝土的介电常数，本研究将Ｇｕｓｓ沥青混凝土组成分 为石粉，粒料，Ｇｕｓｓ胶浆和空气，以各成分所占的体 积百分比，和各成分在２．５５ ＧＨｚ时的介电常数发 展最适合的介电混合模型，模型如下： ｇ ＝一。．６３・×［： ：：：：ｉ ：＋］一８．２２２× 。 ：（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１０所示， 预测值与实验值存在高相关性，因此可由Ｇｕｓｓ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Ｇｕｓｓ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Ｇｕｓｓ沥青混凝土 密度预测的模型。利用统计分析软件ＳＰＳＳ，考虑 Ｇｕｓｓ沥青混凝土试件频率２．５５ ＧＨｚ时介电常数进 行回归分析，密度预测模型建立如下： ｐｇ“ｓｓ＝０．１４１ Ｘ８ ｇ 。＋１．６３５ （４） 密度预测值与实验室密度的关系，其相关性尺 为０．７７８，如图１ｌ所示。通过式（４）可于现场量测 Ｇｕｓｓ介电常数推测其现场密度，进行密度质量监控。 第５期 李秋实，等：浇注式沥青混凝土介电特性研究 ｌ３９ 图１０ Ｇｕｓｓ沥青混凝土介电常数预测模型与实验值的关系 Ｆｉｇｕｒｅ １ ０ Ｇｕｓｓ ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ 昌 。 ● ｂｏ 一 、 趔 磊 隧 毯 韶 实验室密度／《ｇ‘ｃｍ ） 图１１ Ｇｕｓｓ沥青混凝土介电常数密度预测值与实验值 的关系 Ｆｉｇｕｒｅ １ １ Ｇｕｓｓ ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｖａｌｕｅｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ４．４．２无核密度仪量测 本研究所使用的无核密度仪为Ｔｒｏｘｌｅｒ的 ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ２７０１一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ＰａｖｅＴｒａｃｋ－ ｅｒ密度量测，校正前ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ值与实验室密度的 关系，其Ｒ 为０．１４３，代表以校正前ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ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ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ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 ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ读数，步骤如下： ①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 ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ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。 ②旋转。将校正点的座标从直角座标系（ ，Ｙ） 转成极座标系（ｒｃｏｓＯ，ｒｓｉｎＯ）的方式呈现。计算夹角 与４５。等值线的差值，即（４５一 ）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ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ值，即校正ｙ值，如图１２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 ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ值（Ｙ轴）作修正。 经平移与旋转校正后的ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ值显示于 图ｌ２，Ｒ 提升到０．４３０，即相关系数Ｒ约为０．６５６。 文献当中指出仪器读数与实际密度的相关系数 应介于０．６～０．８５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ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ与实验室 密度的相关性比以介电常数预测Ｇｕｓｓ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ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ读值，修正如下： Ｐ ｕｓｓ＝０．０４５×ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ＋ ０．１３６× ＋１．５７６ （５） 密度预测值与实验室密度的关系，其相关性 为０．７８４，两者之间的关系如图１３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 ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ读值校正。 、 ｊ鹫 上 毒 品 世 辩 图１２ 平移旋转校正后ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ值与实验室密度的关系 Ｆｉｇｕｒｅ １２ Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｒｏｔａｔｉｏｎ ａｄｊｕｓｔｅｄ ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ ｖａｌｕｅ ｗｉｔｈ ｌａｂ ｄｅｎｓｉｔｙ 图ｌ３ 介电常数校正后ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ值与实验室密度的关系 Ｆｉｇｕｒｅ １ ３ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ ｖａｌｕｅ ａｆｔｅｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｌ４０ 公路工程 ４Ｏ卷 ｝１ ２ ｉ５ 结论 转方式校正，亦可使用介电常数进行校正。校正后 ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ读值可被接受采用。 ①纯沥青介电常数相差不大，而天然沥青ＴＬＡ 因含有较高介电常数的细微石粉颗粒，介电常数较 ［参考文献］ 纯沥青要来得高。 沈金安．沥青及沥青混合料路用性能［Ｍ］．北京：人民交通 ②Ｇｕｓｓ沥青混凝土试件的介电常数与孔隙率 出版社，２００１． 和密度具有线性关系。 Ｓｈａｎｇ，Ｊ．Ｑ．，ａｎｄ Ｕｍａｎａ，Ｊ．Ａ．（１９９９）．”Ｄｉｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎｄ ③Ｇｕｓｓ试件在降温过程当中，于９０℃一６０ ｃＩ＝ Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ ｏｆ Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍｅｎｔ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｌｎｆｒａ． ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ，Ｖｏ１．５，Ｎｏ．４，ＰＰ．１３５—１４２． 温度范围间，随着温度下降而介电常数减少。６０℃ Ｊａｓｅｌｓｋｉｓ，Ｅ．，Ｊ．，Ｇｒｉｇａｓ，Ｊ，，ａｎｄ Ａｌｇｉｒｄａｓ，Ｂ．，（２００３），“Ｄｉｅｌｅｃｔｉｒｃ 一２５℃的范围，随着温度下降介电常数变化趋缓。 Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍｅｎｔ，”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎ． 温度变化会影响分子间排序，进而影响极化行为，介 ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏ１．１５，Ｎｏ．５，ＰＰ．４２７—４３４． 电常数因此改变。 Ｓａａｒｏｎｋｅｔｏ，Ｔ．，（１９９７）．“Ｕｓｉｎｇ Ｇｒｏｕｎｄ—Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｒａｄａｒ ａｎｄ Ｄｉｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｒｏｂｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｐａｖｅｍｅｎｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎ— ④Ｇｕｓｓ试件介电常数可由介电混合理论模型 ｔｏｒｌ，”Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｒｅｃｏｒｄ １５７５，ＰＰ．３４—４１． 计算，通过石粉，粒料，Ｇｕｓｓ胶浆和空气的介电常数 Ｅｖａｎｓ，Ｒ．，Ｆｒｏｓｔ，Ｍ．，Ｓｔｏｎｅｃｌｉｉｆｅ—Ｊｏｎｅｓ，Ｍ．，ａｎｄ Ｄｉｘｏｎ，Ｎ． 及体积分率来预测Ｇｕｓｓ沥青混凝土试件的介电常 （２００７）．“Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅ Ｉｎ—Ｓｉｔｕ Ｄｉｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｏｆ Ｐａｖｅ— 数。 ｎ ．ｍｅｎｔ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，”８７ｔｈ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂｏａｒｄ Ａｎｎｕａｌ ；］］！Ｊ ］ ］ ⑤本研究建立密度预测模型，由Ｇｕｓｓ介电常 Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．，（ｏｎ ＣＤ—ＲＯＭ）． 数值预测密度，密度预测值与实验值相关性 为 Ｂｕｙｕｋｏｚｔｕｒｋ，Ｏ．（１９９７）．“Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ｓｉｇｎｉｉｆｅｓ／ｉｃｅ ｉｎ Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ，”Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ０．７７８。无核密度仪ＰａｖｅＴｒａｃｋｅｒ读值，可以平移旋 Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｒｅｃｏｒｄ １５７４，ＰＰ．１０—１７． （上接第１０６页） 的原因分析与处治［Ｊ］．石油沥青，２０１ｉ，２５（１）：１３—１５． 围为１７％～２２％。随着橡胶粉掺量的增大，复合改 ［８］朱义铭．国产环氧沥青混合料性能研究［Ｄ］．南京：东南大 性沥青混合料贯人剪切强度呈先增大后减小的变化 学．２００６． ［９］ 刘玉龙，王旭，李洪峰．粉胶比对沥青混合料路用性能影响的 趋势，以峰值剪切强度确定最佳橡胶粉掺为２０％。 试验研究［Ｊ］．森林工程，２０１４，３０（３）：１１１—１１５． 相同冻融次数，２０％橡胶粉掺量下劈裂强度与冻融 ［１Ｏ３ 钱振东，王睿，陈团结．橡胶粉掺量对环氧沥青及其混合料 次数之间的拟合曲线线位最高，２０％橡胶粉掺量可 性能的影响［Ｊ］．建筑材料学报，２０１４，１７（２）．３３１—３３５． 显著提高桥面铺装沥青混凝土的抗冻融循环耐久 ［１Ｉ］ 张锐黄，晓明，赵永利．浇注式沥青混凝土级配设计［Ｊ］．东 性。 南大学学报，２００７，３７（４）：６６１—６６５． ［１２］赵国云，邵强，闫东波．钢桥面铺装浇注式沥青混合料级配 性能［Ｊ］．公路交通科技，２０１３，３０（６）：７６—８１． ［参考文献］ ［１３］ 邓学钧．中国江阴长江大桥桥面沥青铺装层高温稳定性 侍冬前，李国芬，王宏畅．复合浇注式沥青混凝土高温性能分 ［Ｊ］．交通运输工程学报，２００２，２（２）：ｌ一７． 析［Ｊ】．公路工程，２０１４，３９（５）：７５—８２． ［１４］ 闵召辉，黄卫．环氧沥青的粘度与施工性能研究［Ｊ］．公路交 陈勇，陈尚江．北盘江大桥桥面铺装用浇注式沥青混合料配 通科技，２００６，２３（８）：５—８． 合比设计应用［Ｊ］．公路工程，２００９，３４（２）：３１—３３． ［１５］ 李继果．环氧沥青混合料及其在桥面铺装上的应用研究 承纬．Ｇｕｓｓ沥青混凝土成效特性之研究［Ｄ］．中国： ［Ｄ］．西安：长安大学，２００６． 大学土木系，２００２． ［１６］ 王建伟，沈家林，钱振东．国产环氧沥青混合料施工控制 王国峰，苏群，张奇，等．应用碳纳米管提高ＳＢＳ改性沥青及 ［Ｊ］．东南大学学报，２００９，３９（６）：１２２６—１２３０． 其混合料路用性能的研究［Ｊ］．森林工程，２０１４，３０（１）：１２０一 ［１７］ 汪水银．干拌橡胶沥青混合料抗剪能力试验分析［Ｊ］．公路。 ｌ２３． ２０１０（３）：１３４—１４０． 吕伟民．钢桥桥面沥青铺装的现状与发展［Ｊ］．中外公路， ［１８］ 潘传银，石雪飞，周可攀．新、老混凝土粘结抗剪强度试验 ２００２，２２（Ｉ）：７—８． ［Ｊ］．交通科学与工程，２０１４（２）：６—１２． 李继果．环氧沥青混合料及其在桥面铺装上的应用研究［Ｄ］． ［１９］ 曹传江．橡胶改性沥青的制备与性能优化研究［Ｊ］．湖南交 西安：长安大学，２００６． 通科技，２ｏ１４（２）：２２—２３． 王润寿，余文科，洪丹，等．环氧沥青混凝土钢桥面铺装病害
