传统的芯样法测量路料密度费时费力，准确性和可靠性难以保证，具有滞后性。因此，如何快速、准确、安全地测量路面材料的压实度成为道路工作者面临的主要问题。
为解决这一问题，1968年，美国坎贝尔公司研制出第一台道路用核密度计，并于80年代末安装了可现场编程的微处理器，可直接从显示器上读取测量结果，提高了工作效率。随着人们对核辐射的认识和健康防护意识的提高，核子密度仪的安全性成为限制其推广应用的关键。核子密度仪(PQI)的出现取代了核子密度仪，成为无损检测道路压实度的新工具。无核电磁密度计(PQI)，如图1所示。
图1无核电磁密度计(PQI)
基本原理无核电磁密度计(PQI)通过发射电磁波来测量材料的介电常数。道路材料的介电常数与其自身性质(如密度)有很好的相关性。利用这一特性，将检测信号转换成电信号，通过相应的算法得到物质的密度。如图2所示，无核电磁密度计的传感盘由发射器、隔离环和接收器组成。工作时，传感器圆盘中心的发射器向下发射环形电磁波，电磁波穿过被测物质后被接收器接收。电磁波在穿过被测物质的过程中会损失一些能量，损失的能量大小取决于物质的介电常数。无核电磁密度计通过环形电子电容感应场测量物质的阻抗，利用特定公式推导出被测物质的介电常数，最后将检测到的电信号发送给微处理器。经过相应的处理，得到材料的密度、密实度、路面温度、湿度等参数。第三代无核电磁密度计(PQI)已经可以通过调整电磁波强度来调整穿透深度，从而更合理的检测不同厚度的沥青路面的密度。
图2无核电磁密度计示意图
标定无核电磁密度计和核密度计的测量机理是不同的。核密度仪是通过放射性元素发射射线，利用同位素原理来测量物质的密度，而核电磁密度仪是通过发射电磁波来获得被测物体的介电常数，反算介电常数得到被测物质的密度值，所以密度值是相对密度，与岩心取样后的岩心样品的体积密度值有一定的偏差。因此，在使用无核电磁密度计进行测量之前，应根据不同的测量对象进行校准。
1.综合校准方法
综合标定法又称五点标定法，是TransTech公司推荐的标定方法，也是JTG 3450—2019《公路路基路面现场试验规程》推荐的，是目前最常用的标定方法。核心是通过无核电磁密度计的测量值与岩心样品在相邻五个点的密度值的平均偏差，得到准确的标定值。校准方法的示意图如图3和图4所示。具体步骤如下:
1)在路面上选择干燥无污染的区域，选择一个点，用粉笔标记定位点1，以1点为圆心，在无核电磁密度计的盘底周围画一个圆，在圆上顺时针标记其余四点；
2)将无核电磁密度计放在点1上，按下测量键。在此期间，不要用身体的任何部位接触仪器，等待读数并记录下来。用无核电磁密度计顺时针方向依次测量2、3、4、5点。方法要求同上。取上述五个数的平均值作为测点的密度值；
3)在1号点附近3m×1.5m的矩形区域内，选取相邻的四个点，按照上述方法求出这四个点的密度值；
4)分别在五个测点钻取芯样，用表面干法或体积法获得这五个芯样的毛容重值并记录；
5)计算两次测试值的偏差值，取平均值作为校准值，记录在无核电磁密度计中。
图3校准方法示意图
图4校准方法示意图
2.第二次修订
降水、结露、干燥时间等气候环境因素对无核电磁密度仪的测试结果有很大影响。为了避免这些因素的影响，可以采用二次校正的方法。步骤如下:
1)现场选择并标记10 ~ 15个点，测量电磁密度；
2)在标记点中选择5个点，进行岩心取样，保护其余未钻取的点；
3)室内进行芯样密度测试，然后计算芯样密度测试结果与野外电磁密度测试结果的平均偏差，作为校正常数C0；
4)每次正式密度检测前，测量步骤2)中未钻取岩心点的电磁密度，结合第一次测得的电磁密度计算现场校正常数δC，从而得到综合校正常数C，即C = C0+δC；
5)在实际应用过程中，如果天气变化明显，应测量并更新综合修正常数C。
检测频率为满足沥青路面施工均匀性质量评价的要求，建议测点间距为1m(即检测频率为1测点/m2)。
测点数量要求标定时，同一地点的测点数为10~15个；施工中和施工后，同一地点的测点数量不应少于三个，取其平均值作为试验结果。
检测步骤1.准备工作
1)无核电磁密度计的软件应在第一次使用前进行设置和存储，这样操作者就不需要每次开机都进行软件设置。
2)使用无核电磁密度计前，应使用标准密度块进行严格校准，并通过相关性试验确定其可靠性。
2.测试步骤
1)按照JTG 3450-2019《公路路基路面现场试验规范》T 0902-2019《选点方法》中规定的方法确定试验位置。离路面边缘或其他物体的最小距离不得小于30cm，表面应干燥。
2)将无核电磁密度计平稳放在测试位置，确保仪器不晃动。当路面结构不平整时，可以用细砂填补测试位置的空缝隙，使路面平整，并能与仪器紧密接触。
3)开机后检查无核电磁密度计的工作状态，如电池电压、内部温度、设定测试日期、时间、测量值个数等。
4)进入测试界面，设置沥青面层厚度、计量单位、最大公称粒径等参数设置，选择单点计量模式，进入待测状态。
5)按下测试键，3s后读取数据并记录。同时观察无核电磁密度计上显示的被测材料表面湿度值是否在1-10之间。当测量值超过10时，数据应作废，重新选择测试。
6)采用校正法时，原始数据显示为实测密度。
应用在我国，用无核电磁密度仪测量压实度的试验方法已广泛应用于新建和已建沥青路面的评价，并已被纳入JTG 3450-2019《公路路基路面现场试验规程》。许多应用实例表明，无核电磁密度仪(PQI)不仅可以测量沥青路面的压实度，而且对确定全路段压实设备和碾压遍数的最佳组合具有重要的指导意义。
综上所述，无核电磁密度仪(PQI)是电磁原理在道路压实度无损检测领域的新应用。利用无核电磁密度仪(PQI)对道路压实度进行无损检测，可以大大提高检测效率，降低工作强度。与核子密度仪相比，它具有安全、高效的突出优点，是道路工作者进行压实度无损检测的“新工具”。
作者:王伟天津市市政工程质量检测中心
