1、中华人民共和国行业标准表层型核子水分一密度仪现场测试规程SL275.1-2001 条文说明2002北京目次Qd1iA斗AFhuhunxu。Lqaqundqaqu具器和器数定试仪计标测则语量准场场总术测标现现-Aq臼ndA哇FDEU1总则1.0.1 本规程中的表层型核子水分一密度仪包括各种进口和国产的表层型核子水分一密度仪，以及单一功能的表层型中子水分仪和表层型核子密度仪。1.0.2 本规程适用于将-射线摞和机射线探测器同时放置在被测材料表面，其间用铅屏蔽，利用下射线背向散射法测定被测材料表层的密度;或将-射线探测器放置在被测材料表面，而将y射线源插入被测材料内一定深度，利用机射线透射法测定该深
2、度以上部位材料的密度;或将y-射线探测器和机射线源平行向下，同步地插入被测材料的相同深度，即利用y-射线透射法测定该深度材料密度。本规程也适用于将中子、源和热中子探测器同时放置在被测材料表面，利用快中子被氢原子慢化方法，测定被测材料的表层含水量。1.0.3 用表层型核子水分一密度仪测定材料密度和含水量是一种间接的物理测量方法，其测量依据是仪器所记录到的机射线或热中子计数率分别与被测材料密度或含水量有确定的相关性。通过预先建立适合仪器进行密度或水分测量的标定曲线，则可根据仪器现场测量所记录到的机射线或热中子计数率，按相对应的标定曲线，确定被测材料的密度或含水量。表层型核子水分一密度仪在出厂前应经
3、过厂家标定，并将标定结果以标定曲线或标定曲线的数学表达式和相关常数表示。厂家提供的仪器标定曲线，应适合一般的土石、强凝土和沥青随凝土在以下范围内测量:密度为1.22. 7g/cm水分为oo.6g/cm3。1. O. 4 由于厂家标定所采用的模拟密度和水分标样材料与现场被测材料化学成分上的差异;由于碾压施工工艺和测量条件不同以及使用过程中仪器的电气与机械部件变化等因素都会给测量结果带来一定误差，因此表层型核子水分密度仪在现场测试前和29 进行现场连续测试时每相隔一定时间，都应由用户进行现场标定，以便对仪器的测量结果进行校核。1. O. 5 仪器经过一段时间的使用，其机械部件如底板、源杆和滑块会变
4、形和磨损，会造成-射线到达下射线探测器的路径发生变化;以及仪器内部探测器的灵敏度等特性也会改变，这些因素会造成仪器探测条件改变，引起标定曲线变化。仪器大修时，探测器更换或机械部件修整也会造成仪器探测条件改变，引起标定曲线变化。因此仪器需要定期或在大修后进行检定。仪器的检定工作，是-项要求很高的专业性工作，且需要专用的标定设备和仪器，应由有资质条件的专门机构进行。30 2术语2.0.14 由于放射性衰变，仪器的y-射线摞和中子源的活度会随时间逐渐减小4随时间推移仪器内部线路和元器件也会老化，使得仪器工作点漂移;不同地区环境放射性本底也不同，因此仪器测量计数有一定的不确定性。采用相对法测量，即采用
5、测量叶数与标准计数的比值即计数比(CR)来表示仪器的测量结果，则可消除以上因素对测量结果的影响。2.0.15 化学成分误差:1.现场被测材料中原子序数高于20的元素(如铁或其他重金属元素)含量偏高，则会使仪器的密度测量结果高于实际值。2.现场被测材料中有机物形态的氢、水化物或结晶水形态的氢含量偏高，则会使仪器含水量(游离水)测量结果高于实际值。3.现场被测材料中氯、跚和铜元素等热中子吸收物质含量偏高，则会使仪器含水量测量结果低于实际值。2.0.17 当采用机射线背向散射法测量材料密度时，其测量深度与仪器测量结构和材料密度大小有关。某些型号仪器，其测量深度可为50mm，甚至38mm，可用于1昆凝
6、土和沥青混凝土路面薄面层测量。对同一仪器，被测材料密度愈大，则测量深度愈小。当采用工射线透射法测量材料密度时，其测量深度取决于仪器源杆插入深度，对大多数型号的表层型核子水分密度仪其最大测量深度为300mm，某些型号仪器，其最大测量深度可达400mm，甚至更大。当采用快中子慢化方法测量材料含水量时，其测量深度与被测材料含水量大小相关，含水量愈大，则测量深度愈小。当被测材料含水量在0.24g/cm3时，其测量深度为150mm左右，当含水量在0.08g/cm3时，为250mm左右，而当含水量在0.48g/cm3时，只有100mm左右。31 2.0.18对般建筑材料，当使用表层型核子水分密度仪进行背向
7、散射法或透射法密度测量，仪器测量获得的密度测量汁数比CRD与被测材抖密度D之间关系可用式(1)表示:CRD = Ae一BD_C(1) 式中A、B、C一一密度测量标定常数，其中A、C与Y射线源活度和核探测条件有关，B与被测材料对射线吸收特性有关。采用由高到低、已知密度的3个密度标样，按背向散射法或某一深度的透射法，用仪器分别对以上每个密度标梓测取密度测量计数并换算成相应的计数比CRD联立求解方程(1)，可依次获得背向散射法和每探度的透射法测量所对应的密度测量标定常数A、B、C，并将其都固化在仪器的微处理机中。对不同测量深度，由于1射线源与1-射线探测器的相对位置或探测条件不同，因此所对应的A、B
8、、C也应不同。现场测试时，仪器采用某种测量深度测量并获取密度测量计数比CRD，仪器微处理机的功能就在于调出该测量深度所对应的一组密度测量标定常数A、B、C并按式(2):1. ( A ) z一lnl一一-一一;I (2) B CRD十CI计算出被测材料的密度D。同样，对一般土壤和建筑材料，仪器测量获得的水分测量计数比CRM与被测材料含水量M之间关系可用式(3)表示:CRM = FM + E (3) 式中E、F-一水分测量标定常数，与核探测条件以及被测材料对中子的慢化和吸收特性有关。采用由高到低、已知含水量的2个水分标样，用仪器分别对以上每个水分标样测取水分测量计数并换算成相应的计数比CRM，联立
9、求解方程(3)，可得到水分测量标定常数E、F。然后将E、F固化在仪器微处理机中。现场测试时，仪器测量并获得水分测量计数比CRM，仪器微处理机的功能就在于调出E、F，并按32 式(4):M = CR M - E 一二F 计算出被测材料的含水量M。(4) 厂家标定所采用的密度模拟标样分别是由铝、模一铝层迭材料和镜制成的，该组标样密度值精确度高，且物理、化学性质稳定。厂家标定所采用的水分模拟标样分别是由铝或镜(含水量为0)和铝一聚乙烯或镇一聚乙烯层迭复合材料制成的，其中采用含氢量很高的聚乙烯模拟水分，因此标样的含水当量精确度高且十分稳定。20世纪70年代的仪器，其厂家标定结果仅能以图线和表格表示，需
10、要查对图线或表格才能给出测量结果。80年代以来，厂家标定结果能以数学表达式和相关标定常数表示，并储存在仪器微处理器中，所以仪器可以直读。33 3 测量仪器和器具3.0.1 某些专用仪器可能采用钻-60(60Co)作为y-射线源，但由于其y-射线能量较高，防护困难，通用型的核子水分一密度仪一般不采用。某些型号的仪器采用钢-252(252CO作为中子惊。3.0.2 标准块是仪器重要附件之一，其截面为矩形，面积稍大于仪器底面，形状相仿，其厚度一般在30100mm范围。钢奸直径应大于仪器源忏2mm，应有1: 100的锥度(钢轩半径与其长度之比)，以减小造孔时对被测材料的挤压变形。包装运输箱用于包装、保
11、存和运输仪器和附件。个人辐射剂量元件供仪器操作者佩带以测量所受辐射剂量。34 4标准计数4.1.1 测取和检验标准计数有以下两个作用.一方面用来检验仪器的工作状态，即标准计数检验合格的仪器应处于正常工作状态。另一方面也将标准计数宦接引入测量结果的计算处理，对仪器起到一种校正作用。4.1.2 对不同型号仪器，其测取标准计数的条件和要求有所不同，应按仪器使用说明书要求进行标准计数测取。4.1.6 在一种温度下测取标准计数而又在另一种不同温度下进行现场测试，而且温度相差较大，会给测量结果带来误差。4. 2. 1 4. 2. 2 f为预置比例因子。某些型号仪器为减少所显示的测量计数的位数，而将实际测量
12、计数预先除以该比例因子后再显示。该比例因子一般为1。如果该值不为1，则仪器生产厂家会提供该值。对不是采用钝-137(137CS)和锯-241镀(241Am-Be)放射源的仪器，其标准计数的有效性不应以2个月为限，而应根据仪器所采用的机射线源和中子源的半衰期确定。4.2.3 表层型核子水分一密度仪测取和检验标准计数的方法基本上分为两种:第一种是手动单次测量方法，每次测量时间为4min。其中某些型号的仪器还有自动计算和检验所测取的标准计数的功能。第二种是自动连续多次测量方法，通常测量总时间为256s，如每8s测取一次标准计数，共测取32个F或是每1s测取1次，共测取256个。某些型号的仪器还可以自
13、动将/万值计算和显示出来，供用户检验新测取的标准计数。35 5现场标定5. 1. 1 仪器现场标定是在采用仪器厂家标定曲线前提下，确定不同化学成分的被测材料和不同测量条件以及在使用过程中仪器电气和机械部件变化可能给仪器密度和含水量测量结果带来的总偏差，用以校正仪器测量结果。这与厂家标定是用来建立仪器标定曲线，与仪器定期或大修后标定是用来检验或修改仪器标定曲线都有一定区别。5. 1. 2 密度和水分标样法标定是指采用现场被测材料，制作已知密度或含水量的密度和水分标样，对仪器进行标定。原位取样法标定是指仪器在现场进行密度或水分测量后，立即在仪器测量原位，采用常规取样法如灌砂法、环刀法或钻孔取芯法对
14、仪器进行标定。5.1.5 为保证现场标定中仪器的测量精度高于仪器现场测试时的精度，仪器现场标定时采用测量时间宜是现场测试时的4倍，一般应采用4min。5.2.1 密度或水分标样的最佳合适尺寸是这样通过试验确定的，即密度或水分标样的三维尺寸在大到某个尺度后，如再增加其任一维方向尺寸，仪器的密度或水分测量计数都不再会发生变化，此时该标样大小，则为最佳合适尺寸。密度和水分标样的最佳合适尺寸与仪器所采用的放射源射线能量有关，射线能量愈高，相应的尺寸就愈大。本规程所规定的密度标样和水分标样尺寸是指仪器采用铠-137(川Cs)和锯-241-镀(241Am-Be)放射源的情况。如采用其他不同种类放射源，则密
15、度和水分标样的最佳合适尺寸也有所不间，应根据试验确定。制作成的密度和水分标样，可采用在标样表面覆盖塑料薄膜的方法来防止水分蒸发。对采用粘性土制作的水分标样，宜采用塑料薄膜覆盖48h以上，以使标样内部水分扩散均匀。36 制作混凝土密度标样时，应使骨料分布均匀。如采用钢模板制作棍凝土密度标样，在仪器测量前应将其拆除，以避免铁原子对射线的吸收和散射。5.3.2 原位取样法现场标定不宜在暴雨后或在非常干燥的天气进行，此时地层水分布不均匀，变化大，会给仪器测量结果和原位取样法测量结果都带来较大误差。37 6现场测试6.1.1 仪器显示屏出现电源储电不足信号时，应及时充电或更换干电池。充电时间宜为1214
16、扎特殊情况下，也可短时间应急充电。6. 1. 26. 1.3 仪器只有在各项测量功能(如键盘、显示器、软件程序等)工作正常，并且标准计数检验也合格时方可使用。6.1.5 设计和设置相关参数有z土石或切青混凝土测量模式;密度测量方式如背向散射法或透射法;测量参数，如密度(湿密度、干密度)、含水量、含水率、压实度、孔隙率等，以及计量单位、测量深度、测量时间和测量结果校正偏差等。6.1.7 当仪器放置在沟渠内测量，如沟渠的宽度小于一定距离时，沟渠的侧壁对快中子和y_射线有反射作用，会影响仪器水分测量结果和背向散射法以及100mm深度以内透射法密度测量结果。不同型号的仪器对沟渠最小宽度的要求和对仪器测
17、量结果的校正方法也有所不同，应按仪器使用说明书要求进行。6.1.8 对填土和碾压棍凝土，当采用透射法测量时，其测量深度宜包含整个碾压层。当采用背向散射法对薄面层压实密度近行测量时，由于-射线会穿过该薄面层而被具有与面层不同密度的垫层材料反射，从而影响仪器的测量结果。对这种情况，可使用专门测量薄层材料的某些型号仪器，其背向散射法测量深度可为50mm，甚至可为38mm;也可采用一般型号的仪器测量，再按仪器使用说明书要求对测量结果进行校正。6. 1. 96. 1. 10 相同测量条件下，背向散射法的测量精度要低于透射法。采用背向散射法测量时，为了提高测量精度，应增加测量时间。6.2.2 采用背向散射
18、法测量时，应仔细地将测量表面平整好，以减小表面糙度误差。38 6.2.3 测孔的深度应大于仪器源杆插入深度Z5mm以上。测孔垂直度要求是:在仪器源杆插/、预定测量深度后，不应造成仪器底面翘起，且仪器底面与测量表面有良好接触。如钻孔不符合上述要求，应废弃重打。一般情况下，导板形状、大小与仪器底面相同，且导孔在导板上的相对位置与仪器源杆出口在仪器底面上相对位置完全相同。因此在测孔造好以后，可用导板的四个角为定位依据，在测点地面上轻轻划上定位标志线。在将导板拿走后，参照己做好的定位标志线，将仪器轻放在测点位置上。此时，仪器底部的源杆出口会正好对准着己造好的测孔孔口上方，十分便于糠杆插入。6.2.5
19、当仪器测试结果有明显异常，怀疑有超大粒径颗粒和空洞存在时，可在仪器测量原位进行原位取样检查和确认，并对测量结果的代表性作出评价。6.3.2 如测点处的钢筋混凝土保护层小于仪器测量深度，钢筋会影响仪器测试结果。对专门用来测量薄面层的某些型号仪器，可允许仪器底面下钢筋氓凝土保护层厚度为50mm左右或38mm左右。6.3.3 应在1昆凝土尚未硬化时进行造孔3对常态混凝土，宜在商注后5ZOmin内进行造孔和测试;对碾压泪凝土宜在碾压后lh内进行造孔和测试。对钢筋混凝土，可采用钢筋位置测定仪，预先测定钢筋位置，以便于选择合适的位置造孔。6. 4. 1 6. 4. 2 由于归青种类和成分极其复杂，因此现场测试前应对每一种不同类型和级配的沥青混凝土进行现场标定。i历青?昆凝土路面面层较薄，一般不宜造孔而采用背向散射法测量。所测沥青混凝土路面面层厚度不应小于仪器背向散射法测量深度。不宜将仪器放在较热的朋青混凝土上测量，以免仪器受损。沥青氓凝土的密度受谧度变化影响，宜在冷却后进行测试。39 FOON-mhNJ 书号:155084 . 96 定价:13.00 7巳
