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摘要
提出了利用红外热差原理的沥青路面渗水状况快速评价技术，基于开发的红外快速渗水检测车，重点研究了现场路面温差与渗水系数关系判定准则。依托实体工程，对红外快速渗水检测车的测试结果进行人工复核，并与路面钻取芯样的浸水飞散损失比对。结果表明：红外渗水检测车测试的结果不仅能与现场路况一一对应，且与室内试验结果相关性好；作为一种快速评价路面渗水状况的技术，效率、精度均较高。
关键词
道路工程
沥青路面
红外热成像
渗水状况
判定准则
《公路路基路面现场测试规程》(JTGE60-)[1]采用渗水仪测定沥青路面的渗水系数。《公路工程质量检验评定标准第一册土建工程》(JTGF80/1-)[2]规定新建路面质量检定中，SMA路面渗水系数≤mL/min，其他沥青路面渗水系数≤mL/min。渗水仪检测结果只能代表单一断面、单点、定点的渗水情况，作为抽样检查是可行的，但对于需要面域级别渗水情况的工程项目，费时费力地加大渗水点测试密度会有一定效果，但也达不到面域的检测水平。
史纪村[3]提出了采用路面温度差评价路面渗水系数的新方法，研究了路表温度与太阳辐射的关系，建议最佳评价时段为9:00~14:00；李志栋[4-5]通过室内试验模拟和有限元数值计算，表明路面透水性与路面饱水后温度差具有良好相关性，并基于红外温度差原理开发了检测仪，比传统的渗水仪效率提高了50倍；王占军[6]在室内建立了不同连通空隙率沥青混凝土试件表面温度差异度的关系；万龙[7]和蒋俊[8]开展了沥青混合料空隙率与渗水系数的室内试验研究，并提出了路面渗水的临界孔隙率。
综上所述，现有研究结论基于室内车辙板已建立了渗水系数-空隙率-温度差的关系，并基于红外温度差原理开发了相应的检测仪器。然而，与室内成型的车辙板相比，现场路况更为复杂、影响因素更多。但是关于现场路面的渗水系数与温度差的关系较少涉及。
因此，依托广东省某高速(公路)水稳定性专项评估工程，将自主研发的红外渗水检测车应用于该工程，通过手持红外热成像仪、渗水仪、红外渗水检测车的现场标定，建立了该高速温度差与渗水系数的关系，并获得了该高速主车道全断面渗水状况；通过与芯样的室内浸水飞散试验结果对比，表明红外渗水检测车适用性良好，可快速实现面域内渗水状况检定，且精度较高。
概述
广东省某高速全长65.km，其中沥青路面23.km，水泥混凝土路面33.71km，双向四车道，于1年11月建成通车。沥青路面结构型式为4cmAK-16+6cmAC-20+8cmAC-25。因多年重载交通荷载的反复作用，沥青路面产生了较为严重的病害，于年进行了加铺4cmGAC-16处治措施。年，对全线沥青路面所有车道分段实施了CAP、有机硅和微表处等预防养护。
年8月，广东省粤东地区出现连续强降雨天气，强降雨过程中及雨后，一些路段的沥青路面出现较为严重的坑槽病害，坑槽大、数量多、分布广。坑槽出现后，对连续坑槽且面积大的路段进行铣刨重铺处治，对局部坑槽部位进行了修补。
为了对该高速的渗水状况有更为全面的认识，以提出更专业的养护措施，从而避免坑槽病害的再次发生，课题组于年利用自主研发的红外渗水检测车对该高速上行、下行方向主车道进行了全断面扫描，以期为下一步养护工作的开展提供一些参考和建议。
红外渗水检测车简介
课题组自主研发的全断面红外渗水检测车集成红外热成像仪、距离传感器、°云台护罩等部件为一体，以60~80km/h车速，运用光电技术检测沥青路面热辐射的红外线特定波段信号，通过数据处理软件将该信号转换成可供视觉分辨的图像和图形，通过沥青路面温度差来判断路面渗水状况。
红外渗水检测车测试硬件主要由红外热成像仪、距离传感器、数据采集系统、°云台护罩和载车组成；软件主要由数据采集软件和后处理软件组成，其中数据采集软件对路面进行红外数据采集，并实时监控数据采集状态，后处理软件将沥青路面热辐射的红外线特定波段信号转换成图像，并通过沥青路面温度差来判定路面渗水面积。后处理软件具有自动筛选功能，通过输入温度差，可自动将满足判定条件的面积、桩号等相关信息以Excel的形式输出。红外渗水检测车整车图片如图1所示，数据采集软件界面如图2所示。
温差与渗水系数关系判定准则
因红外渗水检测车测试速度较高，为了确保红外渗水检测车的测试精度，需要在测试前对参数进行标定。
选择路段
基于历年检测和养护数据，选择长度为ｍ~ｍ的路段进行参数标定。
路段选取的原则为:选取标定路段的渗水状况既不能基本不渗，也不能渗水状况很差，标定路段渗水系数的值域应尽量涵盖这条路整体的渗水状况。
采集温度差△T与渗水系数Cｗ
在雨后或路面洒水后且路表已干燥的条件下，采用红外热成像检测车多次测试标定路段，通过自带的数据处理软件，初步找到渗水点，并记录下桩号、渗水点温度(T1)及邻近区域的温度(T2)，计算相应桩号下的温度差△T1＝T2-T1；通过桩号在标定路段路表标记出渗水点，在渗水点先利用手持红外热成像仪测试渗水点温度(T3)及周围区域温度(T4)，计算相应桩号下的温度差△T2＝T4-T3，再采用渗水仪测试渗水点渗水系数Cｗ。
同时，采用手持红外热成像仪测定沥青路表不渗水路段多点的温度，并取平均值作为路表温度(T)。
建立判定准则
通过红外热成像仪与渗水仪的现场测试结果，可以建立现场手持红外热成像仪温度差△T2与渗水系数Cｗ的对应关系。现场实测数据显示，对应关系并非如函数关系的一一映射，△T2与Cｗ经常是一对多或多对多的映射关系。
实际操作中，测试点位的选取应尽量多。同时，应将△T2与Cｗ的关系予以归类，所建立的关系应为温差区间与渗水系数范围的对应关系。
一般而言，T=T4。因红外渗水检测车为高速动态检测，而手持红外热成像仪为静态检测，一般T3＜
T1，T4＞T2。因此，△T2=T4-T3＞△T1=T2-T1。
如果通过红外渗水检测设备判定渗水状况时，以△T2为判定标准，将会轻估路面的渗水状况。因此，通过多个点△T1与△T2的对比，结合已建立的温差△T2与某个渗水系数范围的对应关系，便可建立温差△T1与某个渗水系数范围的对应关系。
基于上述步骤，便以△T2为桥梁，建立了红外渗水系数检测车多个温差△T1区间与多个渗水系数Cｗ范围的对应关系。通过此对应关系，便可根据红外渗水系数检测车采集的路面红外图片的温度差△T1获取路面的渗水系数，以判定路面的渗水状况。
工程案例及验证
依托广东省某高速水稳定性专项评估工程，通过建立温度差与渗水系数判定准则，以获取该高速主车道全断面渗水面积；并通过与主车道钻取芯样的室内浸水飞散试验结果对比，以验证红外渗水结果的合理性。
基于红外渗水检测结果
(1)建立判定准则。
根据汕汾高速沥青路面历年养护和检测数据，选取了长度为ｍ的路段予以建立判定准则。现场标定如图3所示。选取的路段渗水状况良莠不齐，状况好的路段基本不渗，状况差的路段渗水系数达到mL/min。此外，局部病害路段渗水系数为mL/min~mL/min，数量也较多。
按照3.2节的步骤，建立了△T1、△T2与Cｗ的对应关系，如表1所示。
(2)试验结果
在建立温度差与渗水系数判定准则表1的基础上，输入温度差，通过后处理软件可自动将满足判定条件的面积、桩号等相关信息以Excel的形式输出，进而得到上行和下行方向不同桩号所对应的面积，如图4和图5所示。
数据采集完成后，通过与现场病害的比对可知，渗水位置主要集中在铣刨重铺路段、坑槽修补区域，且渗水面积较大；加铺罩面段路面局部病害处也有渗水，面积稍小；离析路段局部也存在渗水，但面积较小。人工复核后的统计汇总数据如表2所示。
铣刨重铺路段的渗水系数基本大于mL/min，坑槽修补区域的渗水系数基本在～mL/min之间；加铺罩面段路面在未修补坑槽、网裂等病害处存在渗水或积水，局部病害点位渗水系数在~mL/min之间，部分离析处渗水系数在~mL/min之间，其余均在mL/min以下。
从总面积来看，以渗水系数大于mL/min、mL/min、mL/min、mL/min的累计面积计，上行方向均大于下行方向，表明上行方向的渗水状况较下行方向严重。
基于飞散试验的验证
室内浸水飞散试验是评价沥青混合料水稳定性能较为适用的方法之一。进行红外渗水测试的同时，进行钻芯取样。取样深度仅为罩面层，取样频率为每ｍ一处，每处取样3个。取样点位为主车道左轮迹、轮迹带中及右轮迹，上行方向取样28×3=84个，下行方向取样32×3=96个。
通过室内浸水飞散损失试验结果与红外渗水检测结果进行比对，可评价红外渗水检测结果的有效性。课题组通过大量的工程实践，总结得到了沥青混合料抗水损害等级评定表[9]，如表3所示。根据表3的等级评定结果，统计并汇总芯样浸水飞散试验结果，如表4所示。其中，取断面3个芯样飞散质量损失的平均值作为该断面的飞散质量损失。
由表4可知:上行方向28个试验结果中，优良等级比例为25％，中、次、差等级比例分别为50％、14.3％、10.7％；下行方向32个试验结果中，优良等级比例为53.1％、中、次、差等级比例分别为37.5％、6.3％、3.1％。下行方向的沥青混合料水稳定性(优良等级53.1％)好于上行方向(优良等级25.0％)。
对比分析红外渗水测试结果与浸水飞散试验结果，可得上行方向水稳定性能优于下行方向。对比分析渗水面积分布图与芯样飞散损失分布图(图6、图7)可知，AK~AK、AK~AK、AK~AK这3段渗水面积较大，与此对应的浸水飞散损失也较大；AK~AK段渗水面积相对较小，与此对应的浸水飞散损失也较小。
结语
针对渗水仪检测结果仅代表单一断面、单点、定点、非面域渗水情况的现状，结合养护评估工作的需要，课题组研发了红外渗水检测车。以△T2为桥梁，建立了多个温差△T1区间与多个渗水系数Cｗ范围的判定准则，依托广东省某高速水稳定性专项评估项目，对比分析红外渗水测试结果与人工复核结果、浸水飞散试验结果，表明红外渗水检测车可快速完成面域内的渗水评估任务。红外渗水测试结果与现场、室内测试结果相关性高，可较准确地评估面域的渗水情况。
全文完。首发于《公路》年3月。登陆
