本发明属于道路工程领域，涉及一种不规则形状集料介电常数检测方法。
背景技术：
随着我国公路基础建设的逐步完善，建设高峰期已经逐渐退去。一方面在建道路与规划道路的修建环境多集中在中西部地理环境较困难地区，对施工控制和质量的要求相比以前更加严格；另一方面随之而来的是大量的道路需要养护和维修，公路建成投入使用后，因反复承受车轮的荷载和磨损以及各种自然因素的影响，裂缝、脱空、沉陷、推移、松散等病害普遍存在，质量检测显得尤为重要，这就要求质量检测的过程不仅能够指导施工控制，而且能够为公路养护管理提供科学的数据支持。由此可见，做好公路质量的检测与评价就显得尤为重要，同时也应该根据实际需要，寻求更快捷、更高效、更精确的道路检测手段。目前常见的道路质量检测方法包括有钻芯取样法、pqi密度仪法、核子仪密度法等，但该几种方法在具体的实际应用方面均存在着一定的局限性。钻芯取样法效率低、速度慢且会对路面造成一定的损害；pqi密度仪法由于电磁波能量被吸收和损耗情况存在差异，易导致结果偏差，且测量效率不高；核子仪密度法由于放射源具有放射性，对健康不利，同时由于放射源的衰变，测量结果较实际值偏大。探地雷达作为一种新型的无损检测设备，利用超高频电磁波的发射与接收技术作为核心技术，兼具高校、快速、连续、成本低、精确度高等各方面优势，目前已经成为了道路无损检测技术的重要组成部分，且能有效满足该领域不断发展的需求。但目前其只是初步应用于道路结构层厚度检测方面，在其它方面的应用精度不高。
路面材料介电特性的差异是路面雷达应用的先决条件，雷达接收到的反射波是介质介电特性的函数，对路面雷达图像数据的解释、判读和反演都是基于介质介电特性的分析。探地雷达并不能直接识别出结构层厚度、压实度、含水量等性能指标，但是可以基于对路面结构层材料介电特性的研究加以实现。
众所周知，沥青混合料是由集料、沥青及空气组成的三相复合体，其中集料在沥青混合料的组成成分中占90％以上，也是决定沥青混合料复合介电常数的主导因素。现有的复合介电常数模型并不能很好地符合工程实际，因此测定集料的介电常数可以帮助修正现有的复合介电常数模型，从而提升探地雷达的检测精度，使其更好的应用于工程实际。但由于集料表面存在着不规则的形状，很难对其进行介电常数的测定。
国内对于该领域的研究不多，主要集中在微波遥感、地质勘测和石油测井等方面，且对象多为水、岩石、土壤等典型地物，对于沥青混合料这种多物质组成的混合物并没有过多研究。中国科学院长春地理研究所微波遥感室的张俊荣、张德海、王丽魏等对微波遥感中目标和背景的介电常数进行了研究，给出了一些典型地物如纯水、岩石、土壤等的介电常数公式和模型；中国电波传播研究所的康士峰、孙芳、罗贤云等采用同轴探头介电常数测量系统经过测量，给出了几种典型地物如沙子、岩石、树木等介电常数的测量和分析结果；大庆石油管理局测井公司的李剑浩应用电场理论研究混合物的电性，得出了混合物的介电常数取决于各组成成分介电常数的均值和方差，给出了混合物介电常数公式并进行了有效验证。相比而言，国外对于路面结构层材料的介电特性方面做了较多的研究工作。1994年，virginiatech曾开展一项科研项目，项目研究的主要目的是为了更好地了解水泥混凝土的介电特性及混凝土的组成成分对其介电常数的影响；1995年，robertet.al.采用一大型宽带同轴线测量水泥混凝土的复合介电常数，研究了养护时间对于复介电常数的影响；rhim也曾在1998年对混凝土含水量与复合介电常数之间的关系进行了试验研究。
因此，现在急需一种可进行不规则集料介电常数测定的方法，能够完整地反映整个集料的介电特性，从而更好地反映沥青混合料的复合介电特性，修正沥青混合料复合介电常数的模型，提升探地雷达对于道路质量检测的精确性，扩大工程应用范围。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种可以对不规则形状集料介电常数进行检测的试验方法，能完整地反映整个集料的介电特性，从而反映沥青混合料的复合介电特性，修正沥青混合料复合介电常数模型，为探地雷达检测道路质量和各项参数的精度提供理论基础。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
对不规则形状集料介电常数的检测方法，包括以下步骤：
将不规则形状集料称重后与液体石蜡混合倒入模具，冷却得到形状规整的石蜡与集料两相混合物；同时采用相同模具制备一个纯石蜡样品；通过对样品称重和计算体积得到固体石蜡的密度，进一步计算得到石蜡与集料两相混合物中石蜡与集料的体积比；
通过介电常数测试系统分别测定纯石蜡样品和两相混合物的介电常数值；
推导复合材料线性模型εap＝εaθa+εpθp，得到集料的介电常数计算公式：
其中，εa为集料的介电常数；θa为集料的体积占比；εap为混合物的介电常数；θp为石蜡的体积占比；εp为石蜡的介电常数。
按上述方案，所述液体石蜡为温度65-75℃的均匀液体。
按上述方案，所述模具为圆柱体、正方体或者长方体。
按上述方案，固体石蜡的密度通过对纯石蜡样品质量和体积的测定计算得到。
按上述方案，石蜡与集料两相混合物中石蜡与集料的体积比通过以下方法得来：
通过对纯石蜡样品质量和体积的测定计算得到固体石蜡的密度以及石蜡与集料两相混合物的体积；
对石蜡与集料两相混合物称重，减去事先测得集料的质量得到固体石蜡的质量，已知固体石蜡密度的情况下得到固体石蜡所占的体积，进一步得到不规则形状集料的体积。
玻璃模具需要进行清洁处理，以防杂质对测定结果产生影响。
在成型样品的整个过程要注意时间不能过久，以防液体石蜡温度降低后形成固体状态及进入空气，影响试验效果。
在去除多余的石蜡时，需要仔细认真，切勿对样品形状造成损伤。
在使用介电常数测试系统对样品介电常数进行测定时，需要稳定在同一电压同一频率状态下，排除电压、频率的干扰。
本发明通过蜡封法，利用可以测得介电常数的纯石蜡对于不规则形状集料进行整体形状改造，使得其可以直接使用介电常数测试系统进行混合物整体介电常数的测定，再通过推导得到的线性模型求出整个集料的介电常数值。
本发明所采用的所需耗材及原材料方便易得，纯石蜡也可加热后回收利用。整个试验过程简单，整个样品成型及介电常数测定试验耗时较短，算上室内冷却时间一般耗时1～2天，可以多个样品同时成型及分析，有效地节省了时间。
本发明有益效果如下：
本发明所采用的的试验方法简单便捷，可以测定不规则形状集料的介电常数，对于研究沥青混合料介电性能、提升探地雷达检测精度及应用性均有重要意义。其从试验方案的合理性、试验操作的便捷性上看均能满足实际的要求。
本试验操作简便，样品成型及测定时间较短。
整体试验流程合理，外界环境干扰较小，试验可信度高。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
制备纯石蜡、石蜡与集料混合物试验样品
试验所采用两种集料做平行试验，一种是来自湖北石鑫的辉绿岩，一种是来自湖北洪湖的砾岩，所采用的均为4.75mm～9.5mm档集料，每种分别各取10个集料进行编号。把集料用净水清洗清理杂质，待洗净后放置于室温下进行自然风干处理，同时将适量固体石蜡导入洁净烧杯中，放置于70℃的烘箱内进行加热。取15个质地均匀、形状规整的直径26.8mm，高度10mm的玻璃模具，待石蜡加热成均匀的液体状态时，先将其导入玻璃模具底部直至完全将底部铺满，再将集料按照合适的角度放入，且尽量放在中心位置处。集料放置完毕后将液体石蜡导入玻璃模具中直至呈现饱满状态后放置于室温下静置。纯石蜡样品的制作更为简便，直接将液体石蜡导入玻璃模具中至呈现饱满状态后置于室温状态下即可。等样品在室温下冷却成为固体状态时，褪去玻璃模具并将溢出的、影响整体形状的石蜡除去，使得样品均为同样规格标准的圆柱体。至此，纯石蜡、石蜡与集料混合物试验样品制作完毕。
计算集料与石蜡体积比
在洗净集料并置于室温下风干后，称得其质量为ma。在去除浇灌时多余和溢出的石蜡得到规则的直径为26.8mm，高为10mm的集料与石蜡的两相混合物后，称取两相混合物样品的质量m，得到石蜡质量mp＝m-ma。同时称量纯石蜡样品，得到其质量mp′，且其体积即玻璃模具体积为vp′＝2πr2h，故可以依据公式求出该种石蜡的密度。再得到石蜡的密度之后可以求得混合物样品中石蜡的体积，则集料体积为vx＝vp′-vp，可求出石蜡与集料的体积比。试验结果如下表1所示。
表1各组集料与石蜡体积比
测定样品介电常数
试验采用长沙三琦电子科技有限公司开发生产的介电常数测试系统对该规格样品的介电常数进行测定，用其它测定设备则同样采用蜡封的方法形成符合仪器规格要求的样品。
首先，将紧定螺丝放松，提升试验台夹具升至一定高度，将制得的样品放入夹具的置物台中并使之与电极充分接触。其次，调节频率和电压按钮，找到最优状态下的频率和电压值，使之能够得到稳定的介电常数数据。同时，创建测量方案，输入体积数据和测量数据需要，以确保试验的顺利进行。最后，在最优状态下依此对于各样品进行介电常数的测定。
集料介电常数的计算
在对各样品进行测定之后，进行整理得到如表2所示的各组介电常数数据。
表2各组混合物介电常数数据
此外，得到纯石蜡的介电常数为2.09。
通过推导常用的复合材料线性模型，得到集料的介电常数计算公式：
表3各组集料介电常数数据
由于各单个集料之间物质组成不完全相同，其介电常数值本身存在着一定的差异，也同时由于集料表观特性对于介电常数的测定会产生一定的影响，即便本次选用的是规格齐整且符合工程实际的集料，但每个集料之间依然存在介电常数的差异。
根据现有的岩石介电常数数据资料显示，辉绿岩的介电常数为10～12，砾岩的介电常数为4～6，故通过对比可知该试验方案符合实际，可信度较高。
综上所述，本次试验结果反映了两个重要内容。第一是由于集料本身的表观特性存在，在探地雷达进行道路检测时会造成一定的能量损失，影响其介电常数的测定，故后续可以在集料表观特性对于介电常数影响方面再深入研究；第二是采用蜡封的方式改变不规则集料本身的形状进行介电常数的检测方法可信度较高，可以在此基础上深入研究并修正沥青混合料的介电特性复合模型，为提升探地雷达的探测精度与应用广泛性提供了理论依据。