核子密度儀在太長三十一合同段路基工程中的應用

王鳳美

（山西省公路局陽泉分局，山西 陽泉 045000）

1 核子密度儀工作原理

其放射源多采用137ts和241Am。137Cs通常密封在上下可移動的探桿端部，241Am則密封在儀器底部；不使用時可將探桿縮回至安全位置，放射源則被儀器底部的屏蔽套屏蔽；使用時可根據測試需要，將探桿置于被測材料的不同深度(通常0～30 cm)。放射源137Cs發射出的γ射線在經過被測媒介時發生衰減，不同密度材料，其γ射線衰減程度不同，這樣根據事先率定的γ射線計數率與密度關系，即可快速測出被測材料密度；水分測量，則是利用放射源241Am放射出的中子與被測材料水分中的氫發生碰撞來實現的。

2 核子密度儀的安全防護

放射防護工作不僅關系到放射工作人員和后代的健康，同時也關系到公眾的健康與安全，因此，放射工作人員必須有高度的責任感，有義務做好放射防護法規、標準的宣傳普及，提高公眾的自我防護意識。核子密度儀的使用多在野外，易造成公眾的好奇圍觀，除應采取設置醒目警示標志或必要時設置警戒線外，放射工作人員還應做好放射防護宣傳。輻射看不見、摸不著，不易被人們感知，因而放射防護易被忽視。因此，必須杜絕僥幸心理，預防為主，積極主動防護。防護中應充分利用時間、距離、屏蔽3要素。要定期將儀器送往有資質的單位檢驗、標定，以避免放射源泄露。

2.1 時間防護

人體受到照射的累積劑量與受照時間成正比。因此，在核子密度儀使用和維護中，應提高儀器操作熟練水平，縮短操作時間，減少受照射劑量。對于一次使用儀器需較長時間的，應盡量采取多名放射工作人員輪流操作，減少個人操作時間，以分擔個人受照劑量。

2.2 距離防護

輻射劑量率與放射源到受照物之間的距離平方成反比，即距離增大1倍，照射量則減少到原來的1/4。因此，在核子密度儀的使用維護中，應充分利用這一規律，盡可能增大放射工作人員與儀器放射源的距離。在儀器維護中，有條件時可使用長柄工具；在儀器測量時，放射工作人員應離開儀器2 m以上，待儀器測量結束發出蜂鳴，再靠近讀數或操作；在儀器運輸時，原則上應采取人員和儀器分車運輸，無條件分車時，盡量增大儀器與乘車人距離。

2.3 屏蔽防護

核子密度儀放射源放射出的主要是γ射線和中子，其放射防護主要是外照射防護，做好屏蔽防護是十分重要的。屏蔽防護就是人為的在放射源與被照射物之間增加一層能減弱射線的屏蔽體，多以鋼、鉛、鋁和混凝土等密度大的材料制作，如，核子密度儀庫房可采用混凝土建造。核子密度儀機殼一般都采用具有較好屏蔽射線的材料制作，并設有屏蔽放射源的屏蔽套。在儀器操作和維護時，可充分利用機殼做屏蔽，避免直接面對儀器底部或探桿端頭的放射源。有時在儀器使用中，因造孔定位板的變形，定位不夠準確，常導致探桿不易準確插入測孔，這時嚴禁放射工作人員將儀器傾斜，伸出探桿，目視探桿端頭對著測孔插入。對于需要采取已被測的材料進行其他試驗的，應避免采取儀器正下面部分，特別是測孔周圍的材料，應戴手套持工具采取。

核子密度儀在存放與使用過程中，均有微量的放射性輻射，對接觸人員有一定的傷害。國際上通常對從事放射性輻射工作人員的控制放射標準是一年所受的輻射量小于5 000 mrem。經改革放射性測量儀檢測，在距離核子密度儀2 m以外，測量儀無放射量顯示。因此使用時，人員應退至距儀器2 m以外的安全距離進行自我防護。一般使用核子儀工作一年所受的輻射量大約為100 mrem，間歇性檢測的輻射量更少。實際上做一次醫療X光檢查的輻射量常常超過用核子儀工作一年的輻射量。所以，只要按儀器使用說明書進行操作，安全是有保障的。

3 核子密度儀與灌砂法的對比試驗

3.1 準備工作

3.1.1 標定灌砂筒下部錐體內砂的質量

（1）在灌砂筒筒口高度上，向灌砂筒內裝砂至筒頂15 mm左右為止。稱取裝入筒內砂的質量m1，準確至1 g，以后每次標定及試驗都應該維持裝砂高度與質量不變。

（2）將開關打開，讓砂自由流出，并使流出砂的體積與工地所挖試坑內的體積相當（可等于標定罐的容積），然后關上開關，稱灌砂筒內剩余砂質量m5，準確至1 g。

（3）不晃動灌砂筒的砂，輕輕將灌砂筒移至玻璃板上，將開關打開，讓砂流出，直到筒內砂不再下流時，將開關關上，并細心地取走灌砂筒。

（4）收集并稱量留在玻璃板上的砂，準確至1 g。玻璃板上的砂就是填滿錐體的砂m2。

（5）重復上述測量3次，取其平均值。

3.1.2 標定量砂的單位質量rs

（1）用水確定標定罐的容積V，準確至1 mL。

（2）在灌砂筒中裝入質量為m1的砂，并將灌砂筒放在標定灌上，將開關打開，讓砂流出，在整個流砂過程中，不要碰動灌砂筒，直到砂不在流時，將開關關閉。取下灌砂筒，稱取筒內剩余砂的質量m3，準確至1 g。

（3）按下式計算填滿標定罐所需砂的質量ma：

ma=m1-m2-m3

式中：ma：標定罐中砂的質量，g；

m1：裝入灌砂筒內的砂的總質量，g；

m2：灌砂筒下部圓錐體內砂的質量，g；

m3：灌砂入標定罐后，筒內剩余砂的質量，g；

（4）重復上述測量3次，取其平均值。

（5）按下式計算量砂的單位質量：

式中：rs：量砂的單位質量，g/cm3；

V：標定罐的體積，g/cm3。

3.1.3 用標準板測定核子密度儀的標準值

（1）接通電源，按照儀器使用說明書建議的預熱時間，預熱測定儀。

（2）在測定前，應檢查儀器性能是否正常，在標準板上取34個讀數的平均值建立原始標準值，并與使用說明書提供的標準值校對，如標準讀數超出使用說明書規定的界限時應重復此標準的測定，若第二次標準計數仍超出規定的界限時，需視做故障并進行儀器檢查。

3.2 現場試驗

3.2.1 核子密度儀測試壓實度

（1）選定距路面邊緣不小于30 cm的一路基干凈平面。

（2）用專用的探桿打孔，孔深略深于要求測定的深度，孔應豎直圓滑。

（3）將放射源棒放下插入已打好的孔內。

（4）打開儀器，測試員退出儀器2 m以外，按照選定的測定時間進行測量，到達測定時間后，儀器發出“嘟”聲，讀取顯示的各項數據，并迅速關機。

3.2.2 灌砂法測定壓實度

（1）移開核子密度儀，放上基板，使其中心位置與核子密度儀的探孔一致，沿基板中孔鑿洞。在鑿洞過程中，注意勿使鑿出的材料丟失，并隨時將鑿出的材料取出裝入塑料袋中不使水分蒸發。試洞的深度應等于測定層厚度，但不得有下層材料混入，最后將洞內的全部鑿松材料取出，并稱其總質量mw，準確至1 g。

（2）從挖出的全部材料中取出有代表性的樣品，放在鋁盒中，測定其含水量（w，以%計）。

（3）將灌砂筒放在試洞中間，筒內的砂質量為m1，使灌砂筒的下口對準試洞，打開灌砂筒的開關，讓砂流入試坑內。在此期間，應注意勿碰動灌砂筒。直到筒內砂不再下流時，關閉開關。小心取走灌砂筒，并稱量筒內剩余砂的質量m4，準確至1 g。

（4）計算填滿試坑所用砂的質量mb：

mb=m1-m4-m2

式中：mb：填滿試坑砂的質量，g；

m1：灌砂前灌砂筒內砂的質量，g；

m4：灌砂后，灌砂筒內剩余砂的質量，g；

m2：灌砂筒下部圓錐體內砂的質量，g。

式中：mw：試坑中取出的全部材料的質量，g；rs：量砂的單位質量，g/cm3。

（6）計算試坑材料的壓實度ρd：

式中：w：試坑材料的含水量，%。

3 灌砂法與核子密度儀對比

對同一種材料，重復以上兩種方法測定壓實度至少15處，求取兩種不同方法測定的密度及含水量的相關關系，其相關系數應不小于0.9，在此采用了一元線形回歸分析。

Y=a+bx

式中：a，b：回歸系數。

設定灌砂法測定結果為Y值，核子密度儀測定結果為X值，先對濕密度進行對比，然后分別對含水量和壓實度進行對比。該層填土采用小河北3#土場土,最大干密度為1.89 g/cm3，最佳含水量為14.1%。土質為低液限黏土。將兩種方法的試驗結果列為表 1、表 2。

表1 灌砂法測得密度與含水量結果

表2 核子密度儀測得密度與含水量結果

濕密度對比結果：

經計算：

相關系數r是描述回歸方程線性相關的密切程度的指標，r的絕對值越接近1，x與y之間的線性關系越好。

含水量對比結果：

壓實度對比結果：

經計算：

根據以上結果，說明這臺核子密度儀可以用于路基施工檢測當中。濕密度與含水量可以不進行修正，但壓實度必須進行修正，修正結果為：Y=1.658+0.982X。

如果進行對比后的相關系數r小于0.9，則應對核子密度儀進行重新標定或修正。