沥青路面扫描仪的演示

这篇客座文章是由ESS的Chuck Oden博士写的. 这份白皮书最初是由ESS发布的，经过他的允许，我们在这里分享.

介绍

洪堡沥青路面扫描仪（APS）是一种革命性的新系统，可为不使用核源的新沥青垫提供详细和全面的质量信息. 为了证明这些能力，在一个正在建设的新分部进行了一次简短的调查. 本报告展示了APS数据的丰富性，并研究了APS系统如何用于施工期间的过程控制以及施工后的检查和验收.

APS系统有三种配置可用于生成压缩映射, 进行测量, 创建混合校准. 这些配置如图1所示，并在下面进行描述. 整个系统的设计便于使用，没有麻烦的电缆或连接器. 图2显示了一个软件屏幕截图，其中压缩, 表面温度, 压实直方图显示在平板电脑上. 

调查示例

在一个新住宅分区进行了两次调查，将两个标称厚度为2英寸的SuperPave升降机（垫）直接放置在夯实的路基上. 街道是用一条车道宽的地坪铺成的，车道之间有一个热中心接缝. 第一次调查是在基础举升装置安装后进行的，当时压路机阶段刚刚完成, 第二次调查是在顶部升降机安装几个小时后进行的. APS安装在手推车上，双车道道路的每条车道都使用3条150英尺长的测量线进行测量. 每条测量线与前一条线偏移约5英尺，为每条线提供三条线. 在推车模式下，APS系统扫描直径为2英尺，深度为1英尺的表面区域.5或3英寸(用户选择). 另一条测量线是用横跨在中心接头上的小车测得的. APS小车调查以步行速度进行，调查可以与压路机保持同步. 进行APS测量时，路面必须干燥.

APS系统的扫描头包含一个高精度GPS单元，因此可以绘制测量图，如图3所示，图3显示了顶部举升的测量结果. 调查深度为1.5英寸，红色表示压实度小于92%的区域. 道路轮廓是从县评估地图中获得的，因为新的细分尚未出现在谷歌地图等其他地图服务上. 很明显，APS的调查结果比几个芯或密度计读数的结果更能表明安装的均匀性和质量. 只有几个芯或仪表读数, 一个或两个低压实读数可能会使整个工作的质量受到影响. 在硬币的另一面, 仅凭少量的现场读数，就可能有大片压实不当的沥青未被检测到. 正如所料, 沿中心节理的压实程度低于每条巷道的中部. 同样清楚的是，有时道路一侧的压实情况与另一侧不同, 在这项工作中，结果表明有很多地方没有充分压缩. 将APS系统整合到施工过程中，将允许工人在垫冷却到无法再压实之前解决压实不足的区域.

图2显示了一个实时显示压实和表面温度测量的示例，其中三条测量线显示为三个色带. 实时绘图只使用里程表数据, 在使用里程表和GPS数据完成测量后，可以使用平板电脑生成图3所示的地图图像. 图3中的测量数据是通过一个独立的GPS接收器收集的，该接收器通常提供3-6英尺的定位精度. RTK GPS系统也可用于APS系统，提供约1 / 2英寸的定位精度.

以便提供压实读数, APS系统使用混合校准将介电常数转换为压实. 每种混合设计的校准都是不同的, 这种校准类似于确定最大密度，以将密度读数转换为压实百分比. 对于这次调查，混合校准是从施工后几天收集的岩心中获得的（岩心位置如图3所示）。. 本文的校准部分讨论了APS系统的各种校准方法.

APS系统提供的其他测量包括表面温度, 表面粗糙度, 和厚度. 路面温度可以用来指示路面何时太冷而不能进一步压实. 温度异常可以表明混合均匀性的变化，如偏析, 混合物的冷部分, 或者，它们可能只是表示席子上被施工车辆遮挡阳光的区域. 使用GPS数据生成的地图，如图3所示，可以使用表面温度或粗糙度测量来生成. 最后，探地雷达b扫描可用于指示垫的厚度（见图4）。.

APS软件可以生成包含测量统计信息的报告. 可以为压缩建立通过/失败度量，为压缩不足建立统计, 适当的压实, 过度压实是可以报告的. 下面的图5显示了压缩的直方图. 该信息提供了作业质量和一致性的总体指示，这是无法从少量密度计测量或岩心中获得的.

混合校准

传统的核密度计使用沥青混合料的最大密度来将密度转换为压实. 类似的, 沥青混凝土的介电测量可以用集料的介电常数转换成压实. 花岗岩材料的介电常数通常在4 ~ 5之间, 而石灰岩则接近于6. 下面的图7显示了使用Bottcher混合公式(Leng, 2011, 见附录一). 理论混合公式对研究因果关系是有用的, 但在实际中，混合校准是通过拟合指数曲线来确定的. 这些数据是一组测量的介电和独立测量的压实值. 介电常数与压实的指数关系如下：

C =⋅e^b⋅ϵ_ac

其中C为压实, 其中A、b为拟合常数，εac为沥青混凝土介电常数. 使用一组跨越预期压实值的校准测量值是有益的，而不是
位于预期范围中心附近的
这样就避免了外推.

APS系统提供了三种混合校准方法：1)使用旋转压实机袋, 2)用芯, 或3)使用核计读数. 压实机压球法是最准确的，推荐使用. 图8显示了用于测量旋转压实机冰球的APS系统, 下图9显示了通过测量压实机冰球产生的混合校准曲线. 因为在混合设计阶段的施工之前，就已经创建了压实机包, 可以进行Puck测量以获得混合校准，以便在施工期间进行校准的压实读数. 这允许施工人员在施工期间获得压实信息，以便可以改变滚动模式或解决压实不足的区域. APS系统通过测量雷达波通过冰球的飞行时间来测量旋转冰球的介电常数, 因此，冰球的总体积是用APS系统和独立的重量-体积测量来测量的. 这种APS测量还需要精确的冰球厚度测量，如果不小心执行，这可能是误差的来源.

也可以根据核计读数或从施工现场采集的堆芯创建混合校准. 这些方法的缺点是核量规的研究量大, 核心, 和APS仪表读数不同, 哪些会导致测量结果之间的差异. APS压力表的读数深度约为2.5英寸（6厘米），直径约12英寸（30厘米）. 核量规通常测量深度为1 - 4英寸（2英寸）.5 - 10厘米)，直径相似. 岩心的直径通常为4或6英寸（10或15厘米），厚度可以超过测量深度. 随后，校准参考点与混合校准（图9和图10中的蓝线）的偏差可能很大.

下面的图10显示了APS压力表与核压力表读数的校准结果, 以及APS压力表与岩心的对比. 从图9和图10可以看出，校准曲线测得的压实值的均方根误差大于(0.65%和0.（分别为压力表和岩心的78%），而旋转圆盘校准的误差为（0.08）.3%). 核压力表读数的可变性通常太大，不能用作APS系统的校准标准（见附录II）。. 值得注意的是，APS压力表的测量非常可重复（与核压力表的读数相反）。. 例如，26次重复电介质测量的标准偏差为0.005，大约对应于0.1%的压实（通过比较）, the standard deviation of one-minute nuclear gauge measurements is typically ~2%; Stroup-Gardiner and Newcomb, 1988). 对于上述调查的情况, 另一个差异的来源是，在每个岩心/量规测量位置附近的人行道上放置了几组多个标记. 岩心是在APS测量几天后收集的，标记的混淆可能导致岩心位置与APS测量的位置相差1英尺.

仪器校准

使用介电常数来指示压实需要一个精密的仪器，提供准确和可重复的测量. APS系统已经过工厂校准，只需在进行现场作业时进行定期背景测量以保持校准. 向用户保证APS仪器运行正常, 参考介质袋是可用的，因此该单位的性能可以在任何时候在现场进行验证.

结论

的 洪堡沥青路面扫描仪 是一个开创性的新系统，为新沥青施工的Q/ a和Q/C检查提供了前所未有的细节. 可以以与铺路作业同步的步行速度连续进行测量. 从设计阶段开始，该系统就被设计成与现有的工作流程相吻合, 到建设阶段, 最后是检查阶段. 这些功能由两种系统配置提供：推车模式和冰球校准模式.

承包商可以增加APS系统的覆盖范围，以降低风险，并向客户保证他们正在提供高质量的产品. 在施工过程中，当垫层仍然足够温暖以进行进一步压实时，可以确定压实区域的位置. 压实图允许承包商更好地评估dot和业主随机检查的风险. 最后, 详细的映射和报告功能为DOTs和所有者提供了确保他们收到的是统一的高质量产品的保证.

附录一：装瓶机混合配方

用理论混合公式, 我们可以从混合物的体积分数和各组分的介电常数(i)计算出混合物的预期介电常数.e.（骨料、粘结剂和空气）. Bottcher混合公式如下： 

在ε_ac, ε_绑定, ε_gg，和ε_空气 沥青混凝土、粘结剂、骨料、空气的介电常数分别为φ_gg, φ_空气，分别为骨料和空气的体积分数，φ_{绑定,马克斯} 最大压实时粘合剂的体积分数是多少.

附录二：核压力表读数的变异性

当在垫子上读取核计读数时, 科罗拉多州运输部要求进行四次测量：两次用量规在一个方向上重复测量.e., 正确的方向), 另外两个读数与压力表在同一位置被旋转180度(1).e.，左方向). ESS在一个新铺设的停车场进行了一项调查，在25个不同的地点进行了核测量读数, 有些地点在中间，有些在边缘. 每个位置左右读数的标准差为2.1%的压实. 核量规（Instrotek model 3500 Explorer）的传感器位置在左右方向之间的偏移量约为30厘米（12英寸）. 在另一个研究中, 威斯康辛州交通部(施密特, 2006)比较了在16个不同铺装项目的128个不同地点从岩心获得的密度与核计读数，发现两种方法的压实读数之间的差异标准偏差为1.5%. 结论是，核计读数的变异性太高，不能用作APS系统的校准标准.