本发明涉及一种道路无损检测技术，具体涉及一种基于探地雷达的沥青混凝土路面孔隙率检测方法，属于交通运输学科
技术领域：
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背景技术：
：孔隙率是影响沥青混凝土路面性能的一个重要因素。如果孔隙率过高，路面在使用过程中，容易出现车辙，沉陷等病害，路面孔隙率过低，则路面承受温度应力的能力会下降，同时在建造同样厚度的路面时将大大增加成本。传统的路面孔隙率检测有钻芯法，但钻芯法不仅破坏了路面结构的完整性而且以点代面，不能很好地代表整条道路的性能；通过核子密度仪或者无核密度仪对路面孔隙率进行检测的方法，虽然保留了路面的完整性，但仪器价格昂贵，且对操作员要求高，同样也存在以点代面的问题。探地雷达（groundpenetratingradar，简称gpr）是一项基于电磁波传播原理的无损检测技术。在路面孔隙率检测上，相比于传统检测方法，探地雷达具有迅速、无损、数据点多的特点。因此，本发明研究出一种基于探地雷达技术，从而实现迅速无损地来检测沥青混凝土路面孔隙率的方法。技术实现要素：本发明正是为检测沥青混凝土路面孔隙率，提供一种基于探地雷达的沥青混凝土路面孔隙率检测方法，该方法具有迅速、无损、数据点多的特点，为公路无损检测提供重要依据。为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种基于探地雷达的沥青混凝土路面孔隙率检测方法，包括如下步骤：（1）制备若干块孔隙率不同的沥青混凝土试件，在每块沥青混凝土试件四个角上分别画圆圈，用探地雷达获取每个圆圈内的介电常数ε；（2）将每块沥青混凝土试件沿所画圆圈取芯，获取芯样的体积参数，计算得到孔隙率va；（3）将孔隙率va与介电常数ε关系进行拟合，得到孔隙率va与介电常数ε线性关系的拟合模型；（4）在待测的沥青混凝土路面上，用探地雷达获取待测的沥青混凝土的介电常数ε，通过拟合模型计算得到所测沥青混凝土的孔隙率。作为优选，所述沥青混凝土试件尺寸为30cm*30cm*5cm，其中圆圈的直径为10cm，便于取芯。作为优选，所述步骤（1）中，至少要制备3块孔隙率不同的沥青混凝土试件，以保证能为拟合曲线提供足够的数据点。作为优选，所述步骤（1）中，用探地雷达获取沥青混凝土试件每个圈内的介电常数ε的步骤如下：（1）根据探地雷达天线发射的电磁波频率，用如下公式计算得到电磁波波长λ：；其中，c为光在空气中的传播速度，λ为电磁波波长，f为探地雷达天线发射的电磁波频率；（2）将探地雷达置于一块面积大于沥青混凝土试件的钢板上方0-2λ处，以λ/4为一个检测步，然后记录探地雷达采集到的最大反射波的振幅，记为am，其高度记为h；对于不同型号的雷达，其采集到最大反射波的高度有所不同，但通过室内实验确定下高度h后，该高度h作为该型号雷达的检测高度将适用于路面的所有情况；（3）将探地雷达置于沥青混凝土试件上方h处，记录探地雷达采集到的反射波的振幅a0；（4）用如下公式计算介电常数ε：，其中，ε为介电常数，a0为电磁波在空气与沥青混凝土试件表面之间反射时的振幅，am为电磁波在空气与钢板之间反射时的最大振幅。作为优选，所述步骤（2）中，用取芯机沿所画圆将芯样取出，自然晾干后获取芯样的体积参数，用如下公式计算得到孔隙率va：，其中，ma为芯样的干重、mw为芯样的水中重、mb为芯样的表干重，mm为该级配沥青混凝土的最大理论密度。作为优选，所述步骤（4）中，用探地雷达获取待测沥青混凝土路面的介电常数ε的步骤如下：将探地雷达置于待测的沥青混凝土路面上方h处，记录探地雷达采集到的反射波的振幅a1；用如下公式计算介电常数ε：，其中，ε为介电常数，a1为电磁波在空气与待测的沥青混凝土路面之间反射时的振幅，am为电磁波在空气与钢板之间反射时的最大振幅。上述探地雷达进行路面孔隙率检测主要基于以下原理：由于路面各层之间介电常数不同，雷达天线将接收到路面层之间因介电常数不同而产生的电磁反射波。根据电磁波的不同形状，我们可以推导出路面相应的介电常数。通过拟合沥青混合料的介电常数与其孔隙率的关系，我们便可以通过雷达求得的数据来推导出路面的孔隙率参数。有益效果：（1）本发明是一种无损孔隙率检测方法，不破坏路面结构，不影响路面质量；（2）本发明操作简单，在路面验收过程中，在保证可接受估算精度的情况下，显著减少测试所需的时间，实现快速测试和验证的目的，具有十分重要的实用价值；（3）本发明能极大地提升沥青路面孔隙率的检测速度；（4）本发明在进行路面孔隙率检测时，能得到大量连续的数据点而非离散点，能减少数据采集的偶然性，提升数据的合理性。附图说明图1为沥青路面孔隙率的探地雷达检测方法流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。实施例1一种基于探地雷达的沥青混凝土路面孔隙率检测方法，该方法包括以下步骤：（1）制备8块孔隙率不同的沥青混凝土试件，在每块沥青混凝土试件四个角上分别画直径为10cm的圆；本实例采用的是意大利ids雷达，tr-hf高频天线，天线频率为1600mhz，通过下面公式计算得到该天线所发射电磁波的波长为18.75cm：其中，c为光在空气中的传播速度，λ为tr-hf高频天线发射的电磁波波长，f为tr-hf高频天线发射的电磁波频率。准备一块边长为40cm的正方形钢板，将钢板平放于地面，用于进行雷达天线全反射波振幅的采集：将探地雷达天线置于钢板上方0-37.5cm处，以λ/4为一个检测步（即以4.6875cm为间距），记录雷达采集到的反射波的振幅a，与高度h的数据，如下表：h04.68759.37514.062518.7523.437528.125a2.42420.57851.32231.01931.79062.23142.1212由于在雷达天线高度比较低时（h<λ/2），会出现天线自身耦合波与钢板表面反射波重合的现象，所以舍去雷达天高度距钢板为h=0和h=4.6875cm高度的数据，对其后的数据进行分析比较，得到雷达天线采集到的最大的振幅为am=2.2314，此时的高度为h=23.4375cm。将am=2.2314作为该天线的全反射振幅，此时得到的高度h即为雷达检测能得到最佳精度时的高度，之后的检测均采用此高度。将探地雷达置于沥青混凝土试件所画圈上方h=23.4375cm处，记录探地雷达采集到的反射波的振幅a0；用如下公式计算介电常数ε：，其中，ε为雷达所测区域的介电常数，a0为电磁波在空气与沥青混凝土试件表面之间反射时的振幅，am为电磁波在空气与钢板之间反射时的最大振幅。（2）用取芯机沿所画圆将芯样取出，自然晾干后获取芯样的体积参数，用如下公式计算得到所取芯样的孔隙率va：，其中，ma为芯样的干重、mw为芯样的水中重、mb为芯样的表干重，mm为该级配沥青混凝土的最大理论密度。测量介电常数后再钻芯而不是先钻芯再测量介电常数是为了避免雷达检测中因沥青钻芯试件内部边缘反射而产生的误差。得到所取芯样的孔隙率与其介电常数，数据如下表1所示：表1为不同沥青混凝土试件的4个圆圈的孔隙率和介电常数（3）利用excel通过最小二乘法将孔隙率va与介电常数ε关系进行拟合。由此可以得到介电常数与孔隙率的拟合关系式为：，其中，x为孔隙率，y为介电常数。（4）采用探地雷达对一段实际路面进行孔隙率的检测和验证。先通过探地雷达在实际路面采集介电常数，通过上述的拟合关系式，将实际路面所测得的介电常数转化为孔隙率。同时为了验证拟合公式的正确性，在实际检测过程中，通过在实际路面每隔50m取一个芯样，取出芯样后测量芯样的孔隙率，将之与用公式所得的空隙率进行比较，如下表2所示。得到其孔隙率误差平均值为2.41%。表2为实际路面不同位置的介电常数、转化孔隙率、取芯孔隙率和误差值综上所述，采用上述拟合公式推得的孔隙率能很好地满足路面检测的要求，可用于路面验收，在保证可接受估算精度的情况下，不需要进行钻芯取样，避免破坏路面结构的完整性，同时可大量快速的采集路面的介电常数，得到路面的孔隙率，实现简单快速测试和验证的目的，具有十分重要的实用价值。当前第1页12