核子密度湿度仪

核子密度湿度仪

在公路工程质量控制中的应用

刘树林

（科达集团股份有限公司257335）

摘要本文对核子密度湿度仪（以下简称核子仪）快速测定路基或路面材料的密度和含水量，并计算施工压实度作简要介绍，具体阐述挖坑灌砂法同核子仪法的回归分析和核子仪的特性，从而用于正确使用核子仪控制公路工程质量以指导现场施工，并为路用者参考使用。

关键词密度压实度回归分析核子仪法灌砂法

引言

在公路工程施工过程中，现场压实密度测定的方法主要有挖坑灌砂法、核子仪法、环刀法、钻芯法和挖坑灌水法。应用这些方法能否快速测得结果，对工程施工进度会有很大的影响，除核子仪法，其他检测方法均会大于12个小时，而核子仪法则不会超过1分钟。但如何正确标定进行回归分析和正确使用至关重要。

1.核子仪使用范围

核子仪法测定路基或路面的密度和含水量有透射法和散射法两种。散射法可用于测定沥青混合料面层的压实度，所测沥青面层的厚度应不大于根据仪器性能决定的最大厚度；透射法用于测定土基或基层材料的压实度及含水量，打洞后直接测定，测定层的厚度不宜大于20cm。

2.检测步骤

2.1准备工作

2.1.1接通电源，按照规定的时间预热仪器。

2.1.2在测定前，在标准板上取3～4个读书的平均值建立原始标准值，并不得超过说明书规定的标准值限界。

2.2测定

2.2.1按照随机取样的方法确定测试位置，但距路面边缘或其他物体的最小距离不得小于30cm。核子仪距其他的射线源不得小于20m。

2.2.2当用散射法测定时，用细砂填平测试位置路表结构凹凸不平的空隙，使表面平整，将核子仪平稳地置于测试位置上，以确保接触紧密。

2.2.3当使用直接透射法测定时，在待测面上用钻杆打孔，孔深略深于要求测定的深度，孔应竖直圆滑并稍大于射线源探头。

2.2.4打开仪器，测试员退出仪器2m以外，以确保符合核辐射防护规定的人员安全。按照规定的测定时间进行测量，达到测定时间后，读取显示的各项数值，并迅速关机。

2.3计算

按式（2.3-1）、（2.3-2）计算施工干密度及压实度。

ρd＝ρw/（1+ w）（2.3-1）

k =ρd/ρ c × 100％（2.3-2）

式中：k――测试地点的施工压实度（％）；

w――含水量，以小数表示；

ρw――试样的湿密度（g/cm3）；

ρd――试样的干密度（g/cm3）；

ρc――由击实试验得到的试样的最大干密度（g/cm3）。

3.核子仪检测特性

3.1核子仪方位变动与读书的关系

将核子仪置于某一点进行检测，即使点位和探杆的探测深度不变，只改变核子仪的方位而测得的数据也会不同，原因其一是放射源探测的范围有了变化，其二是道路材料及密度又非均匀一致。

3.2核子仪量测次数与读书的关系

将核子仪置于某一点进行检测，即使点位、探杆的探测深度、方位均不变，连续进行测量，每次测得的数据各不相同，但波动并不过大，经过数次测量分析，影响不大。

3.3核子仪量测时间与干密度的关系

核子仪的量测时间一般可在15～60秒之间选定，量测时间选定过短或不当，就会导致面板出现“＃”符号，这是因为选定时间过短不仅精度较低且有时间误差较大仪器要求重测。常用的量测时间为15、30、60秒，建议散射法量测时间选定30秒，透射法量测时间选定15秒。

3.4核子仪读数与干密度的关系

核子仪量测公路结构层的含水量时，所测读数较实际偏大，就会导致干密度较实际偏小。究其原因是材料中的氢原子并非均存于内含的水分中，而在一些粘性土、石灰及有机材料内也有束缚状态存在地氢原子，核子仪的中子射线对这些氢原子是分不清的。

4.核子仪读数的处理

既然核子仪有上述特性，那么用核子仪检测公路压实质量时就必须先将其与先行规范规定的标准密度测定法进行对比标定，通过分析找出读数与实际值之间的规律，并将核子仪读数加以修正。

对一般细粒土路基或石灰、水泥、工业废渣稳定细粒土结构层，可以用环刀法或灌砂法为对比基准方法；对含有碎、砾石颗粒的石灰、水泥、工业废渣稳定类结构层，可用灌砂法为对比基准方法；对沥青碎石面层，可用灌砂法或钻芯法为对比基准方法；对沥青混凝土面层，可用钻芯法为对比基准方法。

核子仪的标定一般有固定系数法和回归方程法两类。但固定系数法简单地用一个始终不变的固定数来表示，这与回归方程法相比，则不甚符合客观实际的变化规律。下面就回归方程法（核子仪与灌砂法）作详细介绍。

4.1核子仪法和灌砂法测定数据的取舍

核子仪法与灌砂法所测数据对比表表1

4.1.1按现行对试验数据可疑值舍弃标准的规定，即舍弃：平均值±4r范围以外的测定值，r＝0.675s，s为标准差。

4.1.2在4.1.1舍弃的基础上，绘制散点图，全面查找出某些与点群偏离度明显过大的点进行进一步舍弃。

4.2建立回归计算表

核子仪法与灌砂法回归计算表表2

4.3.1 Y＝A+BX

4.3.2求常数A

A＝(ΣY/N)-B(ΣX/N)

式中N――为测点总数。

4.3.3求系数B

4.4计算相关系数R

4.5

一般情况下，相关系数R的绝对值约接近于1，则所求得的直线回归方程越能反映两法（核子仪法和灌砂法）间存有显著的、有规律的相关关系（只不过负数表示负相关，正数表示正相关）；否则，所求得的回归方程表示两法没有密切的关系，即没有使用价值。

5.结论

5.1使用核子仪必须严格按照说明书进行对仪器存放、运输及操作，作好核辐射防护，确保安全。

5.2使用前必须预热、标定仪器。

5.3选定对比测点时，应具有较好的代表性，即所选不同区段的土样的击实最大干密度值高低变化幅度值尽量大一些。

5.4核子仪法与任意标准密度法标定，应同时、同步在选定的测点上进行。测点越多越能反映实际，过多则不利操作者安全，建议不少于30个测点，鉴于整理中舍弃可适当增测数据。

5.5在对核子仪标定测量中，应按仪器特性及待检结构层的情况，适当确定好仪器的方位、探测深度、量测时间、同点连读次数及取值方法。并保证在以后的正常施工检测中使之一致。对标准法取样的部位，应紧靠核子仪的探孔并选定在探测源与接收放射线的探测器之间。

5.6对于不同的道路结构层，应选用不同的标定方法，当工期较长时，应在同一结构层上于一定时期后重作对比试验，即不可一式多用又不要长期套用一劳永逸。

5.7回归直线方程的相关系数检验标准，应按数理统计理论进行对照检验，不应不管抽点多少，简单的要求相关系数一定要大于0.9或更高的值。

总之，注意上述5.1～5.7点，在确保安全的前提下，利用对比试验成果就能更切合实际地快速监控、评价公路压实质量，指导现场施工。

作者介绍：刘树林，男，大专，高级工程师

地址：鲁东营市广饶大王经济技术开发区逢春路1号

单位：科达集团股份有限公司路面材料研究所

邮编：257335