理工职称论文发表-压实度检测“灌砂法及核子密度仪”试验方法之我见

发布时间：2013-05-30

　　摘 要：目前我国公路压实度检测主要采用灌砂法，国外高速公路普遍采用核子密度仪试验方法，通过实践证明，如果单靠常规的灌砂法检测现场压实度，不可能满足施工进度要求及试验规范检测频率。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，应采用核子密度仪法代替灌砂法。

　　关键词：理工论文,职称论文发表,压实度,检测,灌砂法,核子密度仪法

　　一、 概述

　　压实度是现场土基经压实后的干密度与试验室取得的最大干密度的比值，用百分率表示。路基工程质量的好坏，压实度是最重要的内在指标之一，只有对路基进行充分压实，才能保证路基的强度、整体稳定性，并保证和延长公路的使用寿命。目前国内公路行业检测压实度通用的试验方法为灌砂法。摩洛哥施工采用法国规范，主要要求采用核子密度仪检测路基压实度等。通过我们在国外的实际应用来看，采用核子密度仪法更能准确、快速地检测出路基压实度值。因此，采用核子密度仪法更适用、更快捷方便，在这里就两种方法进行简单比较。

　　二、两种试验的方法的比较

　　1.灌砂法

　　灌砂法适用于现场测定基层(或底基层)、砂石路面及路基土的各种材料压实层的密度和压实度检测。但不适用于填石路堤等不均匀材料的压实度检测。灌砂法基本原理是利用粒径0.25～0.50mm清洁干净的标准砂，从一定高度自由下落到试洞内，按其单位重不变的原理来测量试洞的容积(即用标准砂来置换试洞中的集料)，并结合集料的含水量来推算出试样的实测干密度。灌砂法的检测步骤：

　　(1)确定锥体砂的质量。

　　在灌砂筒内装一定量的砂距桶口15㎜左右为止。称取装在筒内砂的质量

　　,准确至1ɡ，以后每次标定及试验都应该维持装砂高度与质量不变。将开关打开，让砂自由流出，并使流出砂的体积与工地所挖试坑内的体积相当(可等于标定罐的容积)，然后关上开关，称灌砂筒内剩余砂的质量

　　,准确至1ɡ。不晃动储砂筒的砂，轻轻地将灌砂筒移至玻璃板上，将开关打开，让砂流出，直至筒内砂不再下流时，将开关关上。取下灌砂筒，并称量筒内砂的质量，准确至 1g 。 玻璃板上的砂就是填满锥体的砂，重复上述测量三次，取其平均值。

　　(2)标定砂的单位质量M。

　　用水确定标定罐的容积V，准确至1mL，在储砂筒内装入砂并称重，并将灌砂筒放在标定罐上，将开关打开，让砂流出，在整个流砂过程中，不要碰动灌砂筒，直到砂不再下流时，将开关关闭，取下灌砂筒，称取筒内剩余砂的质量准确至1ɡ。计算填满标定罐所需砂的质量。重复上述测量三次，取其平均值。

　　(3)试验步骤

　　试洞的深度应等于测定层厚度，不得有下层材料混入，最后将洞内的全部凿松材料取出。对土基或基层，为防止试样盘内材料的水分蒸发，可分几次称取材料的质量。将基板安放在试坑上，将灌砂筒安放在基板的中间，使灌砂筒的下口对准基板的中孔及试洞，打开灌砂筒的开关，让砂流入试坑内。直至 储砂筒内的砂不在下流时，关闭开关，小心取走灌砂筒，并称量灌砂筒内剩余砂的质量，准确至1ɡ。在试洞挖好后，将灌砂筒直接对准放在试坑上，中间不需要放基板。打开筒的开关，让砂流入试坑内。直到储砂筒内的砂不再下流时，关闭开关，小心取走灌砂筒，并称量剩余砂的质量, 准确至1ɡ。准确取出试筒内的量砂，已备下次试验时再用，若量砂的湿度已发生变化或量砂中混有杂质，则应该重新烘干、过筛，并放置一段时间，使其与空气的温度达到平衡后再用。

　　式中： K ——测试地点的施工压实度( % )。

　　灌砂时，试坑上放在基板时：

　　Mb = m1 – m4 -( m5– m4)

　　灌砂时，试坑上不放基板时：

　　Mb = m1 – m4′–m2

　　式中： Mb ———填满试坑的砂的质量( g );

　　m1 ———灌砂前灌砂筒内砂的质量( g );

　　m2 ———灌砂筒下部圆锥体内砂的质量( g );

　　m4 、 m4′ ———灌砂后，灌砂筒内剩余砂的质量( g );

　　m5、m4 ———灌砂筒下部圆锥体内及基板和粗糙表面间砂的合计质量

　　2.核子密度仪法

　　核子密度仪法适应于检测任何粒径、级配、组成成分和组成结构的土壤、石头等材料。根据法国试验规范要求，摩洛哥采用MODEL5001C深层核子仪，该仪器以铯和镅两种放射源发出的微量射线，直接贯穿于土壤或建筑材料之中，通过电子计算机的接收和处理，能快速检测路基材料的密度和含水率。本试验方法操作简单，直接显示测量出路基与路面底基层、基层密度和含水量。

　　核子密度仪需另建房并在房内深挖2m基坑封闭存放，存放房间周围10m内不得有人来往。

　　试验步骤如下：

　　(1) 试验时，操作人员必须身着防辐射服。选好试点，并将带孔的基板放在碾压好的路基上，用铁锥对准基板孔钻一直径为20mm的检测孔，其深度可根据填筑材料厚度确定。

　　(2)打开核子密度仪箱，取出核子密度仪对准检测孔，按下开关键ON,将操作杆置于“SAFE”,选好“SOIL”模式，检测湿密度时需按下“O/WD” 键，便可测出湿密度值;再按一下“4/DD” 键，可测出干密度值;再按一下“5/M”键，可测出含水率值。检测完毕立即按下开关键“OFF”，并把核子密度仪装入箱子。

　　式中： K ——测试地点的施工压实度( % )。

　　ρd — — 试样的干密度，可直接利用核子密度仪测出。

　　ρdm —— 由击实试验得到的试样的最大干密度 。

　　三、两种试验原理的比较

　　1.灌砂法的试验原理

　　灌砂法(不适用于填石路堤等不均匀材料的压实度检测)，基本原理是利用粒径0.25～0.50mm 清洁干净的均匀砂，从一定高度自由下落到试洞内，按其单位重不变的原理来测量试洞的容积(即用标准砂来置换试洞中的集料)，并根据集料的含水量来推算出试样的实测干密度。

　　2.核子密度仪法的试验原理

　　核子密度仪是利用同位素放射原理实时检测路基填筑材料的密度和含水量的仪器。核子密度通常安装有一个密封的10毫居里的铯137伽玛源和一个密封的50毫居里的镅241/铍中子源，仪器中还安装有密度和湿度两种射线探测器，分别与伽玛源和中子源共同对被测材料的密度和含水量进行测量。

　　① 密度测量的原理

　　一个密封的10毫居里铯-137伽玛源向被测材料放射伽玛射线，穿透被检测材料的射线会被仪器中的密度检测管检测到。如果材料的密度较低，材料吸收的伽玛射线较少，那么在一定时间内较多的伽玛射线就会穿过材料，检测管的计数将较高：反之，如果材料的密度较高，高密度的材料吸收了更多的伽玛射线，那么在同样时间内就会有较少的伽玛射线穿过材料，检测管的计数将较低。

　　伽玛射线在被测材料中的穿透、反射和被吸收等行为只与被测材料中的组成成分的所有原子的原子核的质量相关。核子仪测量的总密度实际是单位体积的土工材料总的原子量。只有 当被测材料的总的原子量发生变化时，核子仪的检测结果才相应地发生变化。

　　② 含水量测量的原理

　　一个密封的50毫居里镅241/铍中子源向土壤等被测材料放射高能中子射线，高能中子与氢原子碰撞后，迅速失去能量而变成低能中子，而其它任何种类的原子都不能象氢原子那样显著减少高能中子的能量。被测材料中的湿度越高，水分含量就越高，氢原子就越多，当中子射线穿过时，将产生更多的低能中子;同样的原因，当被测材料较干时，产生的低能中子数目就较少。仪器中的含水量检测管只检测低能中子。低能中子计数越高，表示被测材料的含水量越高;反之，低能中子计数越低，表示密度越低。

　　核子仪在进行密度和含水量测量时，分别使用不同的放射源，不同的射线接受器，不同的数据计算系统，所以密度和含水量两个检测系统相互独立，其检测数据也互不影响。

　　四、核子密度仪法相对于灌砂法的优点：

　　1.核子密度仪法是一种非破坏性测定方法

　　核子密度仪法能快速测定湿密度和含水量，满足现场快速、无破损的要求，并具有操作方便，显示直观的优点。 可以增加检测点数。

　　灌砂法是一种破坏性检测方法，适用于各类土。优点是测定值精确;缺点是操作较复杂，须经常测定标准砂的密度和锥体重。

　　2.“实时”性强

　　利用核子密度仪法在压路机通过后几分钟就可以显示检测结果。可以立即对是否需要增加碾压进行指导，可以帮助及时调整施工方法以保证获得所需要结果。而灌砂法大约30分钟完成一次检测。

　　五、结语

　　目前国内交通行业的公路试验规程已经把核子密度仪法试验写进，并且建议采用核子密度仪试验方法代替灌砂法。我们认为用核子密度仪法检测压实度指标，这样应该更能准确、快速、有效的控制路基工程质量，也在很大程度上减轻了试验检测人员的劳动强度，加快了施工进度，这在高速公路上应该更适用些。

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