1、中华人民共和国行业标准深层型核子水分一密度仪现场测试规程SL275.2一2001条文说明2002北京目次勺Qd。白qdA马aniRU民U巧J月/勺，巧i具器和器数定试仪计标测则语量准场场总术测标现现1i叮LndA哇DPO1总则1.0.1 本规程中的深层型核子水分一密度仪包括各种进口和国产的深层型核子水分一密度仪以及深层型核子密度仪和深层型中子水分仪。1.0.2 本规程适用于将Y射线源和Y射线探测器上下放置，其间用铅屏蔽置于探棒内，通过钻孔或测量导管将探棒插入地层一定深度，采用y-射线散射法测定该深度地层材料密度;也适用于将中子糖和热中子探测器放在一起置于探棒内，通过钻孔戎测量导管将探棒插入地层
2、一定深度，采用快中子被氢原子慢化方法测定该深度地层材料含水量。本规程测定密度得以成立的基本假定是:y-射线与被测物质相互作用的主要方式为康普顿散射。本规程测定含水量得以成立的基本假定是:被测材料应是均一和各向同性，且被测材料中所含氢元素是以自由水分子形式存在。1. O. 3 用深层型核子水分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，其依据是仪器所记录到的-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和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。深层型核子水分一密度仪在
3、出厂前应经过厂家标定，厂家所提供的仪器标定曲线，一般适合于采用厂家指定的测量导管来测量一般土壤和建筑材料。厂家标定曲线一般适用测量范围应为:密度为1.22. 7g/cm水分为OO.8g/cm3。1.0.4 由于厂家标定所采用的密度和水分标样与现场被测材料化学成分上的差异以及厂家标定所采用的测量导管与现场测量所采用的测量导管在材质、尺寸等方面的不同，一般情况下，深层型核子水分一密度仪在现场测试前应由用户采用现场被测材料和67 现场测试拟采用的测量导管对仪器进行现场标定。被测材料化学成分变化影响测试结果，例如:1.现场被测材料中原子序数高于20的元素如铁或其他金属元素含量偏高，则会使仪器的密度测量
4、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、棚和铺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。1.0.5 仪器经过一段时间的使用，其内部探测器的灵敏度等特性会改变;仪器大修时探测器更换或机械部件修整等因素都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。仪器的检定是一项专业性很强的工作，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。68 2术语2.0.12 由于放射性衰变，仪器的工射线源和中子源的活度会随时间逐渐减小;随时间推
5、移仪器内部线路和元件也会者化，使得仪器工作点漂移;不同地区环境放射性本底也不同，因此仪器的测量计数有一定的不确定性。采用相对法测量，即采用测量计数与标准计数之比值即计数比(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。2.0.13 仪器的测量体棋既与仪器核探测条件和所采用的放射源射线能量有关，也和被测材料密度或含水量大小有关。对同一仪器，在相同核探测条件下，被测材料密度或含水量愈大，仪器测量体积就愈小。对相同的被测材料，在相同核探测条件下.仪器采用的放射掠射线能量愈高，则仪器测量体积就愈大。对于具有中等密度(1.8g/cm3左右)和中等含水量(0.2g/cm3左右)的被测材料，
6、当仪器采用钝-137(川Cs)作为机射线惊，采用锯-241-镀e41Am-e)作为中子源时，仪器的测量体积范围大致是以探棒灵敏区为球心，半径为200250mm的球体。2.0.14对一般土壤和建筑材料，当使用深层型核子水分密度仪进行密度测量，仪器测量获取的密度测量计数比CRD与被测材料密度D之间关系可用式(1)表示:CRD = Ae-BD - C (1) 式中A、B、C密度测量标定常数，其中A、C与下射线源活度和核探测条件有关，B与被测材料对y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，采用一定材质和尺寸的测量导管，将仪器分别对以上每个密度标样测取密度测量计数，并换算成相应的汁数比C
7、RD，联立求解方程(1)，可得到密度测量标定常数A、B、C。由于不同被测材料以及不同材质和69 尺寸的测量导管对机射线的吸收特性不同，并且核探测条件也不同，因此所对应的A、B、C也应不同。将对应于不同被测材料和测量导管的每组密度标定常数A、B、C都固化在仪器的微处理机中。现场测试时，采用某种测量导管对某种被测材料进行测量，仪器测取并获得密度测量计数比CRD仪器微处理机的功能就在于调出对应该种被测材料和测量导管的一组密度测量标定常数A、B、C并按式(2):D = :,ln! rm A , J (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，仪器测量获取的水分测量计数比
8、CRM与被测材料含水量M之间关系可用式(3)表示:CRM = FM十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和测量导管对中子的慢化、吸收特性有关。采用由高到低、已知含水量的2个水分标样，采用一定材质和尺寸的测量导管，将仪器分别对以上每个水分标样测取水分测量计数，并换算成相应的汁数比CRM联立求解方程(3).可得到水分测量标定常数E、F。由于不同被测材料以及不同材质和尺寸的测量导管对于中子的吸收和慢化特性不同，且探测条件也不同，因此所对应的E、F也应不同。将对应不同被测材料和不同测量导管的每组水分标定常数E、F都固化在仪器的微处理机中。现场测试时，采用某种测量导管对某种被
9、测材料测量，仪器测取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对应该种被测材料和测量导管的一组水分测量标定常数E、F.并按式(4):7 M (4) 计算出被测材料含水量M。厂家标定就是按以上方法，采用精度较高的密度或水分标样，70 采用拟在现场测试中使用的测量导管对仪器进行密度或水分标定，确定相对应的每组密度标定常数，如A、B、C和水分标定常数如E、F。20世纪70年代的仪器，厂家标定结果仅能以图线和表格表示，需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，并储存在仪器的微处理机中，所以仪器可以直读。2.0.15 深层型核子水分一密度
10、仪的厂家标定与用户标定的目的和方法没有本质区别，只是厂家标定所使用的密度和水分标祥在材质上有所不同，在密度和含水量值的精度上也比用户标定中所采用的标样要高。用户标定除了密度和水分标样法标定外坯可以选择原位取样法进行现场标定。71 3 测量仪器和器具3.0.1 探棒外径一般范围为3850mm，有的专用仪器的机射线源可能会采用钻-60(60Co)，但由于其-射线源能量较高，防护困难，所以通用型仪器一般不采用。辐射防护体中采用铅来屏蔽-射线，用聚乙烯或石蜡来屏蔽中子辐射。对同时具有Y射线源和中子源的深层型核子水分密度仪，一般同时采用这两种材料来制作辐射防护体。某些型号仪器还设计安装有机械式电缆深度指
11、示器，可指示探棒测量深度。3.0.2 对大多数型号的仪器都是采用仪器辐射防护体做为参考标准体。运输包装箱作为支架供仪器测量和检验标准计数，是为了尽量减少地面对射线的反射对标准计数的影响。除了新鲜岩石可不采用测量导管而在钻孔内直接测量外，一般的土壤和松散土石材料，由于钻孔难以维护，也无法保证在重复测量时不扰动孔壁，因此应在钻孔内埋设测量导管。测量导管的内径应稍大于探棒外径，管壁应尽可能带且外壁应与周围被测材料有良好接触。72 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直接引入测量结果的
12、计算处理，对仪器起到一种校正作用。4.1.3 不同型号仪器其测量标准计数的方法和条件有所不同，应按仪器使用说明书要求进行。4.1.4 深层型核子水分密度仪在测取标准计数时对周围环境要求较为严格，过于靠近的建筑甚至测量人员身体也会对射线起反射作用，从而影响标准计数的结果。4.1.5 采用仪器辐射防护体作为参考标准体测取标准计数时，其环境温度变化会使辐射防护体屏蔽材料收缩或膨胀而产生密度变化，从而影响标准计数测量结果。4.2.14.2.2 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
13、该值。对不是采用铠-137e37Cs)和锯241-镀C41Am-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 深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:第一种是于动单次测量方法，每次测量时间为4min。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，累计测取32个。有些型号仪器还具有自动计算和检验所测取的标准计数功能。73 5现场标定5.1.1 现场测试前，应取得测量地区土层的质地和化学成分等资料，必要时应去现场察看。如确认现场被测材料在质地、化学成分上与先前标定过的被
14、测材料相同或相近，且可采用相同测量导管，则可不再进行现场标定。5.1.2 密度和水分标样法标定是指在采用现场被测材料或其他合适的材料，制作已知密度或含水量的密度或水分标样，对仪器进行标定。原位取样法标定是指采用取土钻在测量导管原位或其周围的各个测量深度上钻取土样，送试验室进行土样密度或含水量测定，用来对仪器进行标定。5.1.3 对深层型核子水分一密度仪，测量导管是影响测量结果的重要因素。因此，应选择合适的测量导管并在现场标定和现场测试中保持测量套管在材质和尺寸上的一致性。5.1.4 由于现场被测材料密度和水分空间分布的复杂性，为了减小所取土样的密度或含水量测量结果随机误差对标定结果的影响，并使
15、所取土样的密度或含水量分布有较大的变化范围，应钻取足够数量的土样。钻取的土样数量不宜少于20个，一般是指建立一条标定曲线所需的土样总数，可以是在不同测量地点的几个测量导管周围所取土样数量总和。在测量导管周围同一深度上所取的一对土样，是取其密度或含水量结果的平均值作为该深度土样的测量结果，因此仅能算一个土样。5. 1. 7 为了保证现场标定试验中仪器的测量精度高于仪器现场测试时的精度，在现场标定中，仪器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只寸，仪器的密度或水
16、分测量计数都不再会发生变化，此74 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(137Cs)和锯-241-镀e41Am-Be)放射源的情况。如采用其他种类放射源，则密度和水分标样的最佳合适尺寸也有所不同，应根据试验确定。密度标样数量至少应有3个，是求解联立方程(1)的需要，该方程是含有3个未知数的指数曲线方程。水分标样数量至少应有2个，是求解联立方程(3)的需要，该方程是含有2个未知数的直线方程。采用土石材料制作密度标样时，一般可采用改变碎石、砂和土的配
17、比和穷实程度来调整标样密度。充填料应拌合和充填均匀。采用混凝土材料制作密度标样时，宜选择较小粒径的骨料，这样有利于充填料拌合和充填均匀。宜采用在标样表面覆盖塑料薄膜的方法来防止标样水分蒸发。对于用粘性土制作的水分标样，宜采用塑料薄膜覆盖并保持48h以上，以使标样内部水分扩散均匀。5.2.2 探棒的探测灵敏区是指探棒内y-射线探测器或热中子探测器的中心位置或这两种探测器连线的中部位置，一般在探棒上有标记。5.3. 1 5. 3. 2 在钻孔和埋设测量导管过程中，应留心观测所取土样的质地、分层，大粒径颗粒和空洞情况，并选择有代表性、成分一致性和颗粒均匀性较好的层段作为拟定的标定层，记录其相应深度。
18、在使用套筒式取土钻时，可在拟定的标定层中钻取一段未扰动的原状土芯样;在使用麻花取土钻取土样时，可在拟定的标定层中将其中段土样分次取出，并按钻孔孔径和取样高度计算出土体实际体积。土体取样高度应以1020cm为宜3取出的土样应立即放进己称重过的铝盒或塑料袋中密封起来，送实验室测定其密度和含水量。75 采用原位取样法现场标定时，标定试验的结果一般都以绘制的标定曲线或图表表示，也可根据用户需要和仪器功能情况，计算出相应的标定常数并输入仪器。76 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1214h，特殊情况下，也可短时间应急充电，以满足现场测试需要
19、。6. 1. 26. 1.3 仪器只有在各项测量功能(如键盘、显示器和软件程序等)工作正常并且标准计数检验也合格时方可使用。6. 1. 46. 1.5 如随着测量位置和深度变化，土层质地、化学成分有较大差异则应采用适合于该士层的密度或水分标定曲线，甚至在同一测量导管，只要不同深度上土层质地、化学成分不同，也应采用不同标定曲线。6. 1. 6 在测量之前，都应采用空白探棒在测量导管内试放，检查测量导管是否通畅，如不通畅应处理解决好，否则可能会发生卡孔，致使含有放射源的探棒无法取出造成事故。仪器探棒一般不具备水密封性能，因此当测孔比较深而且可能有地下水渗入时，测量导管下端应预先采用快干水泥或事子封
20、堵死，以防止地下水渗入。管内积水会产生错误读数并会造成探棒损坏。6.1.7 测量深度小于300mm时，一部分Y射线或快中子会从土壤表层逃逸出去，使得仪器的密度或水分测量计数减小，从而影响测量结果。6.2.2 应避免选择低凹处，以免地表水集中和下渗到测量位置影响仪器测量。铺架操作平台可避免在钻孔、埋设测量导管和测试时踏实表层土壤和损坏地表植物。6.2.3 在钻孔过程中应探明土层土质变化、地下水水位并记录相应深度，如土壤质地和化学成分上有较大差异，则应选择不同的密度或水分测量标定曲线。测量导管埋设时应露出地面同样高度，以便在电缆上做适合77 现场所有测量事管的深度标记。测量导管不宜露出地面过高，一方面可防止仪器搬动时将其碰坏，另一方面也可减少操作者沉放探头时所受辐射剂量。测量导管应加盖，以防止杂物和雨水落入。6.2.5 没有直读功能的仪器，应预先准备好相对应的标定曲线的图表，以供现场查对和确定密度和含水量测量结果。对直读仪器，现场测试时宜同时记录下密度或水分测量计数和密度或含水量测量值，以防止一旦发生标定曲线选择错误时，可重新进行数据计算处理。78 FOON-mhNJ 书号:155084 . 96 定价:13.00 7巳
