【项目名称】半刚性基层强度无损检测技术研究
【立项背景】
随着我国高速公路建设的快速发展，二灰稳定类和水泥稳定类半刚性基层成为我国沥青路面的主要结构形式。半刚性基层整体强度的大小和施工质量的优劣，将会直接影响整个沥青路面的使用质量和寿命。随着我国公路交通运输业的迅速发展和交通轴载的不断增加，一些半刚性基层沥青路面已经开始出现不同程度的损坏，其中大部分病害的产生是由于半刚性基层强度不足和施工不均匀导致的。因此对半刚性基层沥青路面的检测是十分必要的，目前对施工期半刚性基层质量检测采用钻孔取芯法，但是这种方法由于受机械钻头掘进难易程度、钻孔位置、坡度和操作者水平影响以及检测数量的限制，测定结果存在一定的随机性和偏差，并且取芯后基层板体留下薄弱面，加速了水分渗入和冻融，从而使板体更易损坏，降低路面结构功能。传统的半刚性基层强度取芯检测方法已很难适应高速公路建设的高标准和高效率，因此，研究如何利用无损检测技术对半刚性基层强度进行检测是十分必要的。
无损检测是在不破坏或损伤原结构的前提下，测定和评价结构内部或外表的物理和力学性能，并包括各类缺陷和其他技术参数的综合性应用技术，是控制和提高半刚性基层养生期的强度，保证路面整体承载能力的重要技术措施之一。
本项目针对目前施工期间半刚性基层强度取芯检测的不足，研究采用适当的无损检测手段代替现行的取芯，或者与取芯检测相结合进行半刚性基层施工质量控制。通过对相关无损检测技术检测原理、设备及应用条件的比较和研究，遴选出适合于半刚性基层强度的无损检测和评价方法。根据半刚性基层强度形成特点，对已有的无损检测仪器进行改造，以实现半刚性基层强度快速、准确的检测，为半刚性基层强度检测提供新的途径，为无损检测技术在路面半刚性基层强度评价中的应用奠定基础，从而提高半刚性基层强度检测的效率，降低基层质量取芯检测对基层的损害，提高路面耐久性。
【主要研究内容】
本项目针对半刚性基层无损检测方法及相应设备集成研发的目标，开展了以下几方面的研究工作。
(1)半刚性基层强度无损检测原理研究
研究比较多种无损检测技术检测基本原理，找到适合于半刚性基层强度的无损检测技术，为半刚性基层强度无损检测提供理论依据。
(2)半刚性基层无损检测仪器集成开发
确定适合于半刚性基层强度的无损检测技术，结合目前相关领域应用此技术的检测仪器的结构和功能，针对具体需要，在原有检测仪器基础上进行改造以适用于半刚性基层强度的检测。
(3)半刚性基层无损检测方法研究
检测方法的正确与否直接影响检测结果，本课题在大量室内外试验基础上进行总结，提出和“半刚性无损检测仪”相适应的路面半刚性基层无损检测方法。
(4)无损检测结果的影响因素研究
由于半刚性基层材料本身的复杂性，影响无损检测结果的因素也比较多，难于全面、定量进行考虑。因此，考虑主要影响因素如骨料粒径与比例、配合比、龄期、含水率、压实度等对无损检测结果的影响，并分析各因素的影响程度，为测强结果的修正提供依据。
(5)半刚性基层强度无损检测结果修正及测强曲线建立
①不同的影响因素对无损检测结果的影响不同，为了使半刚性材料基层强度的无损检测具有一般性，针对主要影响因素对结果进行修正，以提高测强结果的准确性。
②半刚性材料基层强度无损检测测强曲线的建立。
(6)半刚性基层强度无损检测结果的验证
为证明本研究提出的无损检测方法及研制仪器用于检测半刚性材料基层强度的准确性，应进行与常规力学方法测定结果的对比研究。
【主要研究成果】
本项目从无损检测技术的机理出发，在总结现有无损检测技术的基础上，结合半刚性基层强度特征，提出了使用于半刚性基层强度无损检测的技术和检测方法，分析了半刚性基层无损检测的影响因素，并基于模糊层次分析法提出了检测结果修正原则，通过对长平高速公路半刚性基层芯样、营松高速公路新建基层现场和取芯试件以及国道G201白山至抚松维修路段半刚性基层的现场及取芯试件无损检测，提出了半刚性基层强度无损检测技术的使用条件。获得了以下主要研究成果。
1.通过对现有的水泥砼无损检测技术和方法的分析，结合半刚性基层强度特点，提出了以超声波速和基层密度耦合控制的基层强度检测方法，并基于超声波速和基层密度建立了半刚性基层强度无损检测评价模型。
2.由于现场检测结果受换能器耦合状态影响较大，因此超声波换能器是半刚性基层强度无损检测设备选型时考虑的主要因素，应尽量选择频率较高的换能器。此外，应研发适用于半刚性基层强度检测的非接触式换能器（如空气耦合换能器），并采用屏蔽等措施以减小磁场和其它振动波对超声波检测结果的影响。
3.分析了环境（温、湿度）、粗骨料类型及用量、胶结料类型及用量、养生方法和龄期等因素对半刚性基层强度无损检测结果的影响，基于模糊层次分析法进行了半刚性基层强度无损检测影响因素分析，提出了检测结果的修正原则和方法。
4.通过对试件的平对测对比试验回归确定了平测和对测波速之间的线性关系，为现场评价半刚性基层的强度奠定了基础。
5.提出了半刚性基层无损检测技术的适用条件，当基层表面发生松散、强度低于3MPa或粗骨料采用碎砖等工业建筑废料时，应进行大量的检测试验，以验证无损检测结果的有效性和可靠性。
6.根据现场和室内试件的超声波检测试验，本项目提出控制半刚性基层强度现场超声检测的相对标准误差≤20%为宜，取芯试件室内超声检测相对标准误差≤14%。
本项目于2013年12月6日通过了由交通部西部交通建设科技项目管理中心组织的鉴定和验收，与会专家对项目成果和应用情况给予了高度评价，研究成果填补了国内该领域的空白，总体达到国际先进水平。
