浅谈核子密度仪检测压实度

浅谈核子密度仪检测压实度

作者：湖南省交通科学研究院　彭国建,梅向东

　　路基填土施工交通部规范要求每层压实度检测频率2000m28点。底基层与基层施工交通部规范要求每一层压实度检测频率2000m26点。规范要求检测的压实度频率大、工作量大，如果单靠常规的灌砂法检测现场压实度，不可能满足规范检测频率的要求，影响施工进度，造成检测压实度数据的虚假成份。为满足施工需要和便于控制路基与路面底基层、基层的质量，我们在长常高速公路长益段承担施工监理任务中，使用核子密度仪与灌砂法相结合的方法来控制路基与路面底基层、基层的压实度。在路基精加工层与底基层、基层压实度抽检中达到了交通部规范要求的压实度检测频率，有效的控制了路基与底基层、基层的工程质量，也减轻了试验检测人员的劳动强度，加快了施工进度。

一、核子密度含水量测定仪工作原理

　　我们在长常高速公路长益段担任施工监理工作中使用的表面式核子密度含水量测定仪型号为MT-5012C，由湖南省交通科学研究院长沙核子仪器公司生产。工作原理如下：

　　仪器内部有一个含铯137γ源和镅241-铍中子源的复合源。其中，γ源用来测量密度，中子源用来测量含水量。

　　1. 密度测量的原理是：铯137γ源旗出γ射线进入被测材料中与物质原子的外围电子发生碰撞而产生康普顿散射，散射后的γ射线能量将减少，方向会改变。若物质的密度越大，康普顿散射的γ射线越多，于是通过测量散射后的γ射线的数量，即可判断被测物质的密度。

　　2. 含水量测量的原理是：由241Am-Be中子源产生的快中子射入被测材料中，与料层内物质发生碰撞散射，减速、扩散，使快中子最后变成热中子，热中了被探测器探测，这个作用主要是由物质中的含氢量决定，而氢主要在水中，若被测材料中含水量大，热中子数就多，反之就少。因此探测热中子数的多少即反映其含水量的大小。

二、核子密度含水量测定仪的标定

　　用核子仪带有的标准块，检测仪器并使其处于工作状态，在施工现场选择均匀平坦的测点进行核子密度含水量测定仪与灌砂法测得的结果进行比较，求出两种不同方法测定的密度的相关关系，或两种不同方法之间的偏差系数。

　　1. 标定步骤

　　(1) 先将核子仪预热15分钟。

　　(2) 将核子仪放在标准支架上。

　　(3) 在预备状态下，按"标准计数"键，即显示标准计数的当前值，再一次按"标准计数"键，显示提示信息，仪器进行120S标准计数测量，测量完毕仪器发出快鸣叫声，显示本次测量结果。

　　(4) 核子仪的修正值置于零，预置测量时间30-60S，选择压实好的平坦测试点，把仪器置于测试位置，然后进行一次测量，取得读数，保持中心位置不变，旋转180°再进行第二次测量，记录读数，再将仪器在原位转90°测第三次，记录读数，再次仪器的原位转180°测量第四次，记录读数，然后将这四次读数的平均值作为核子仪湿密度与含水量的测得值，计算干密度。移去核子仪在该点在位置中间打一个圆洞，并用灌砂法测定得湿密度，取样品测定含水量后，计算灌砂法测得的干密度。根据交通部JTJ059-95《公路路基路面现场测试规程》规定至少测定15处，进行对比。国外工作经验至少5处进行对比。计算两者的相关方程或偏差系数。

 
　　2. 灌砂法与核子仪对比原始资料

　　土质：红色网状粘土

测点编号	灌砂法			核子仪法
	湿密度(g/cm3)	含水量(%)	干密度(g/cm3)	湿密度(g/cm3)	含水量(%	干密度(g/cm3)
1	1.986	27.5	1.558	2.013	24.2	1.621
2	1.977	26.1	1.568	2.016	22.0	1.652
3	1.982	26.4	1.568	2.026	24.3	1.630
4	1.920	26.7	1.515	1.964	24.0	1.583
5	1.928	27.2	1.516	1.995	24.1	1.608
6	1.958	26.2	1.552	2.021	22.6	1.648
7	1.931	26.1	1.531	1.999	24.0	1.612
8	1.996	23.3	1.619	2.021	20.5	1.677
9	2.047	21.7	1.682	2.076	20.5	1.723
10	1.994	25.9	1.584	2.027	21.8	1.664
11	1.998	24.8	1.601	2.054	21.4	1.692
12	1.836	26.9	1.447	1.795	25.7	1.428
13	1.856	25.3	1.481	1.825	23.9	1.473
14	1.988	24.7	1.594	1.983	21.0	1.639
15	1.912	25.2	1.527	1.961	22.0	1.607
16	1.819	24.7	1.459	1.933	21.0	1.598

　　3. 灌砂法与核子仪对比资料分析

　　1. 偏差系数

　　(1) 利用下列公式计算偏差

　　湿密度偏差(kg/m3)=灌砂法测定的湿密度一核子仪测定温密度

　　绝对含水量(kg/m3)=湿密度-干密度

　　绝对含水量偏差(kg/m3)=灌砂法测的绝对含水量-核子仪测的绝对含水量

　　(2) 计算实例

　　◆湿密度偏差

测点	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
偏差(kg/m3)	-27	-39	-44	-44	-67	-63	-68	-25	-29	-33	-56	+41	+31	+5	-49	-114

　　利用3倍标准差法分析对比数据

　　X=-36.3 S=38.2
　　X-3s=-150.9
　　X+3s=78.3

　　灌砂法与核仪对比的湿密度偏差，经数据分析，在试验误差范围内，试验数据可靠。

　　◆绝对含水量偏差

测点	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
灌砂法绝对含水量	428	409	414	405	412	406	400	377	365	410	397	389	375	394	385	360
核子仪绝对含水量	392	364	396	381	387	373	387	344	353	363	362	367	352	344	354	335
偏差(kg/m3)	+36	+45	+18	+24	+25	+33	+13	+33	+12	+47	+35	+22	+23	+50	+31	+25

　　利用3倍标准差法分析对比数据

　　X=-29.5 S=11.4
　　X-3s=4.7
　　X+3s=63.7

　　灌砂法与核仪对比的绝对含水量偏差，经数据分析，在试验误差范围内，试验数据可靠。

　　◆确定核子仪修正值

　　根据湿密度偏差与绝对含水量偏差的平均值来确定核子仪的修正系数值。

　　比例修正系数值为：
　　湿密度修正值γ=-36(kg/m3)
　　 绝对含水量修正值：n+=+30(kg/m3)

　　(3) 相关方程

　　根据一元线性回归分析，建立γ=a+bx关系来修正核子仪的数据与灌砂法数据接近。

　　Y=0.698X+0.422

　　式中：X-核子仪测的干密度(g/cm3)
　　　　　Y-修正后真实的干密度(g/cm3)

　　此例γ=0.857，其相关系数小于0.9，由于试验误差，及土的性质要达到相关系数大于0.9比较困难。

三、使用核子仪测定密度含水量的注意事项

　　1. 土质变化大，被测结构层厚度、材料有变化时进行灌砂法与核子仪的校正标定。

　　2. 在进行核子仪标定时，灌砂法挖的试坑深度要标准。

　　3. 由于我省土质变化大，土的颜色，土的性质都有变化，影响土的最大干密度的变化，我们在抽检压实度时要注意最大干密度的变化情况，正确确定最大干密度，使抽检的压实度能够正确指导施工。

　　4. 利用核子仪抽检底基层、基层压实度时，抽检时施工现场情况，如水泥凝结时间几小时到1天要与利用灌砂法校正核子仪时施工现场情况要基本相同。

　　5. 湖南省交通科研究院长沙核子仪器公司生产的系列核子仪与美国生产的仪器放射性要小些。但是，在操作过程中和存放核子仪时要注意防护放射性。如操作时离仪器2米，等工作完成后再读数，存放仪器时，离住房尽量远些。只要大家操作得当，核子仪通过有关部门进行仪器的放射性检查，使用核子仪是安全的。

　　6. 核子仪与灌砂法配合使用，能收到好效果。

　　7. 由于是表面式核子仪，需将被测地面仔细整平，地表面过湿影响所测含水量结果。

　　公路工程中路基工程是关键工程之一，路基工程的质量的好坏，关系到整条公路质量的优劣。要控制好路基的工程质量，除控制好路基用土的质量外，主要是控制路基的压实情况，要了解压实情况，主要的检测手段就是抽检路基的压实度，抽检压实度可以利用核子仪进行，国内济青高速公路，国外卢旺达布西公路是使用核子仪抽检压实度，控制路基工程质量的成功典范。只要做好核子仪与灌砂法的对比标定工作，利用核子仪抽检压实度是可行的。