沥青混凝土路面透水的红外检测技术

水损害是沥青混凝土路面的一种主要病害形式，易导致沥青路面出现松散、坑洞、拥包、纵横向裂缝，以及雨水沿缝下渗形成的啃边、局部沉陷、翻浆等病害现象，是目前公路行业关注的重要问题。

一般来说，沥青结构层之间的接触面空隙率较大，一旦沥青路面结构上面层发生透水，水很容易在沥青结构层之间的接触面上积聚，使之成为最易发生沥青脱落的地方。这是因为沥青结构层之间的接触面在加铺下一层之前经常有施工车辆通过，产生尘土污染，并出现沥青膜被车辆磨损等现象；所以一旦有积水，在车辆的高速行车作用下很容易发生剥落破坏，造成松散，从而不断侵蚀接触面下面的结构层。由于水会透过水泥混凝土板接缝或沥青路面的裂缝进入结构层，因此唧浆的范围仅限于接缝或裂缝周围。当基层结合料不断地被唧浆作用挤压到路表，面层就会随着基层材料的流失而不断下陷。当沥青面层因沉陷变形过大而破裂时，水侵入路面的通道将更加畅通，唧浆现象恶化，沉陷随之加速，形成恶性循环。路面出现沉陷时说明基层顶面已经脱空、塌陷。路面结构内部剥落的主要原因在于地下毛细水和上部雨水渗入的长期侵蚀，内因是集料与沥青的水煮法粘附性等级低。路面沥青混合料经受着比想象中更为严重的水侵蚀和冲刷，路面积水在高速行车轮胎下产生的动水压力非常大，可以直接对内部混合料造成冲刷。所以，路面积水在高速行车下产生的动水压力是导致早期水损坏的主要原因之一。鉴于水损害的上述危害，及时检测发现沥青路面透水部位并进行有效治理成为高速公路养护工作的重要内容。红外检测技术工作原理红外热成像检测是运用光电技术检测物体热幅射的红外线特定波段信号，并将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，进一步计算出温度值。物体表面温度超过绝对零度即会辐射出电磁波，随着温度变化，电磁波的辐射强度和波长分布特性也随之改变，波长介于0.75~1000μm间的电磁波称为“红外线”，而人类视觉可见的“可见光”的波长介于0.4~0.75μm。红外线在地表传送时，会受到大气组成物质（特别是H2O、CO2、CH4、N2O、O3等）的吸收，强度明显下降，仅在短波（3~5μm）及长波（8~12μm）两个波段有较好的穿透率（Transmission），通称大气窗口（Atmosphericwindow），大部分的红外热像仪就是利用这两个波段进行检测，计算并显示物体的表面温度分布。此外，由于红外线对绝大部分固体及液体物质的穿透能力极差，因此红外热成像检测是以测量物体表面的红外线辐射能量为主。红外线热流注进是均匀的，对无缺陷的物体，正面和背面的温度场分布基本均匀；假如物体内部存在缺陷，在缺陷处的温度分布将发生变化。对于隔热性的缺陷，正面检测时缺陷处因热量堆积呈“热门”，背面检测时缺陷处则是低温点；而对于导热性的缺陷，正面检测时，缺陷处的温度是低温点，背面检测时缺陷处的温度是“热门”。可见，采用红外检测技术可以形象地检测出材料表层与浅层缺陷及其范围。波长一定，测出红外辐射能量W就能算出温度值T。通过与黑体基准参量比较，仪器处理器能具体计算出各测点实际的温度值，且以不同颜色的温标显示出检测面温度分布的变化。由于沥青路面施工过程的离析以及固存的空隙率，致使路面的密实度、透水率存在不一致性，因此，雨后结构层内含水量有所不同。当受到日照时，水分蒸发将带走路面热量，使路面呈现不同的温度反映，通过对差热图谱的分析可以判定路面密实度的差异。检测仪器红外检测沥青路面透水性技术采用车载式高速公路沥青路面透水性红外检测仪。红外检测技术快速、无损，通过采集沥青路面温度，根据温度差异形成差热图谱，从定量、定性两方面评价路面的密实性和透水区域；不仅为整条沥青道路密实性和透水性评价提供了一种检测手段，而且为因渗水引起的道路病害处治提供技术依据。透水性红外检测仪的测试数据能够全部保存，为公路养护部门提供详尽的路面技术数据、色谱及曲线，实现对路面密实性、透水性的快速无损检测和评价。图谱分析沥青混凝土路面透水红外检测图谱分析步骤如下。（1）以每2km作为一个区段进行放大分析，选取区段时，要保证区段起止点至少有一点分布在正常温度区段内。（2）根据图谱和温度曲线找出低温区段，记录低温区段的起点和终点位置；查找事件记录，如果低温区段为异常低温区段，则不记录该低温区段。（3）对正常低温区段，记录其起点和终点距离，计算温差值、温差度（不包括检测区段异常事件影响的局部温差值、温差度）。（4）确定正常低温区段的面积及分布。根据（1）~（3）步确定正常低温区分布。如果所有通道探测器出现低温区段，则路面横向检测宽度L为3750mm。若有部分通道探测器出现低温区段，重新计算路面横向检测宽度L，并记录出现低温表现的具体通道数N。评价方法沥青混凝土路面透水红外检测评价方法如下。（1）温差值△T：在温度曲线上，低温区域出现的最低温度值T1与基准温度值T2（邻近低温区段的正常区段温度值）的差值，即△T＝T1－T2。（2）温差度U：温差值△T与基准温度值T2的百分比，即U=（△T/T2）×100%积的红外检测仪检测结果与人工检测结果误差率为7%，属于可接受的误差范围。验证结果表明，红外检测仪检测结果是可靠的。（3）透水性采用5级划分，等级数越高，透水程度越大。（4）等级超过2级的桥面或含桥面的路段降低1个级别判定。检测报告检测报告的内容包括：检测路段的名称、检测位置（起止桩号）、检测日期及时间、检测数据报表。检测数据报表应对检测路段作详细划分，包括检测起点位置、终点位置、检测长度、检测面积、正常低温区段表现分布、温差值、温差度、透水性等级以及对应起止点桩号。红外透水检测应用许昌至漯河段高速公路（许漯高速公路）是国道主干线京港澳高速公路的组成部分，是河南省高速公路网中一条重要的南北向快速干道，也是河南省高速公路网络中交通最为繁忙的路段之一。随着该路段通车运营时间的增长，路面出现了较多病害，主要表现形式是大面积透水、基层开裂和脱空造成的雨后唧泥。2012年，根据河南省交通运输厅计划安排，拟对该路段进行加宽改造。为了科学设计，需要对路面病害进行详细调查，设计单位采用红外检测仪对该路段进行了透水检测。为了验证红外检测仪检测结果的准确性，项目业主和监理单位组织人工对红外检测仪检测的K58＋851~K59＋468路段的检测结果进行验证。发现红外检测仪与人工检测相比，透水等级结果、透水段数量结果较为一致，透水面积的红外检测仪检测结果与人工检测结果误差率为7%，属于可接受的误差范围。验证结果表明，红外检测仪检测结果是可靠的。沥青路面施工过程的离析以及固存空隙率，致使其密实度、透水率存在不一致性，从而导致雨后结构层内含水量不同。当受到日照时，水分蒸发将带走路面热量，使路面呈现不同的温度反映，通过对路面差热图谱的分析可以判定出该区段密实度的差异。工程实际应用表明，沥青混凝土路面透水红外检测技术速度快、准确性高、成本低，在高速公路路面无损检测中具有推广价值。