核子密度儀在道路工程上應(yīng)用

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摘要：在道路工程中，壓實度檢測是控制工程質(zhì)量的重要內(nèi)容之一，用傳統(tǒng)灌砂法、環(huán)刀法、取芯法檢測存在速度慢、效率低的問題?；诖?，本文以某國際工程贊比亞D019公路升級改造項目的施工為背景，首先闡述了核子密度儀的檢測原理和檢測方法，進而將其與傳統(tǒng)灌砂法、環(huán)刀法進行比較。通過對比，結(jié)果顯示核子密度儀用于壓實度具有精度和速度兩方面的優(yōu)勢，在檢測道路壓實度的實用性和便捷性上更具有競爭力，最后提出型核子密度儀的使用和注意事項，可供相關(guān)檢測人員參考。

關(guān)鍵詞：公路工程；核子密度儀；壓實度

1材料密度檢測的方法及特點

在國際工程施工過程中，核子密度儀大多用于檢測施工材料的密度和含水量，進而判斷施工材料壓實度、材料孔隙率以及材料的含水量是否滿足設(shè)計要求，為施工參數(shù)的制定和優(yōu)化提供依據(jù)。材料密度檢測的方法發(fā)展較為成熟，主要有以下幾種傳統(tǒng)方法，其具體特點如表1所示。以上環(huán)刀法、灌砂法、灌水法、蠟封法以及浸水天平法中，較多使用的為前三種，均具有適用面較窄、耗時較長、對試驗操作技術(shù)要求較高等缺點，而核子密度儀完成一次檢測通常只需不到2分鐘，大大縮短了檢測時間，同時核子密度儀操作更便捷，適用范圍也更廣泛。

2核子密度儀檢測原理

核子密度儀主要利用的是同位素放射原理。核子密度儀的主要放射部分為：10毫居里的銫-137伽瑪源、50毫居里的镅-241中子源。同時核子密度儀中安裝有密度探測構(gòu)件和濕度探測構(gòu)件，基于核子輻射穿透不同密度物質(zhì)的能力不同推斷出材料密度。通常伽馬源用來探測物質(zhì)的單位密度，中子源通過探測物質(zhì)中的氫原子含量進而推測物質(zhì)的含水量[1]。

3核子密度儀檢測方法

針對可造孔的土類和未凝固的混凝土類，一般采用透射法。該方法首先要求在在被檢測材料中按規(guī)定鉆一個垂直的檢測孔，隨后將儀器的探測桿順著鉆好的探測孔放入到被檢測材料中，進而探測出不同深度上的密度和濕度。針對不可造孔的石類、混凝土類等材料，一般采用反射法。該方法將儀器置于被測試材料的表面，按照被測試材料的厚度和種類的不同，調(diào)節(jié)儀器至合適的測試檔位，進而檢測出材料的密度、壓實度等指標。針對巖土、混凝土的密度（或孔隙率）和含水量，相對于傳統(tǒng)的檢測方法，核子密度儀有著明顯的優(yōu)勢。以非洲某工程贊比亞D019公路升級改造項目為例，按照監(jiān)理要求，便道及主路土方壓實施工完成后，要求每20m設(shè)置一個檢測點，如果采用用灌砂法等傳統(tǒng)方法需要大量的人工進行采樣及試驗，一方面將耗費大量時間，另一方面對現(xiàn)場熟練試驗工人不足的情況提出了挑戰(zhàn)，考慮到核子密度儀的快速性和便捷性，加之對南部非洲區(qū)域標準的學(xué)習(xí)與研究，項目部最終決定采用核子密度儀。事實證明，經(jīng)專業(yè)機構(gòu)培訓(xùn)后操作人員對核子密度儀上手很快（主要是對安全使用內(nèi)容的培訓(xùn)），針對土壤密度和含水量的檢測，使用核子密度儀檢測一處一般不會超過2分鐘，大大縮短了檢測時間，幾乎可以到碾壓完畢的同時檢測完畢，有效保證了施工強度及工作斷面的連續(xù)性。通過核子密度儀的使用，項目完美解決了傳統(tǒng)檢測方法耗費大量人工的問題，同時，在較少熟練檢測工人的情況下，一般一名熟練工人配合兩名雜工即可完成對相關(guān)土樣的檢驗，為在有限工期內(nèi)快速高效施工提供了有力的技術(shù)支持?，F(xiàn)場施工如圖1、圖2所示。

4核子密度儀及其他檢測方法的比較

傳統(tǒng)的檢測方法對結(jié)構(gòu)層具有一定的破壞性，特別是探測時留下較多的坑洞，后續(xù)容易產(chǎn)生滲水，進而破壞承重能力。相比而言，核子密度儀檢測密度幾乎不對被檢測結(jié)構(gòu)層造成破壞，特別是檢測混凝土類路面，不產(chǎn)生任何破壞。同時，核子密度儀也在及時掌握碾壓參數(shù)與壓實度或孔隙率的關(guān)系展現(xiàn)出了極強的高效性[2]。目前，在我國道路工程建設(shè)領(lǐng)域，大部分情況下還是使用灌砂法、環(huán)刀法、取芯法等傳統(tǒng)方法，上述方法需要較多的試驗人員投入大量的人力與精力，變相提高人力成本。而新型核子密度儀快速高效，大量節(jié)約了試驗人員的人數(shù)及精力。下述幾種方法對比闡明了傳統(tǒng)方法的固有的不足。

4.1灌砂法

灌砂法具體步驟如下：（1）按照標準挖好尺寸適合的試坑；（2）妥善保存挖出的材料并對其稱重；（3）在容砂瓶灌入量砂，計算體積；（4）通過步驟2及步驟3的結(jié)果計算材料總密度；（5）在步驟2中挖除的材料取出部分做含水量測試，目前使用較多的為烘干法和燃燒法；（6）計算干密度和壓實度。此方法在上述中的各個步驟均需要大量的人工操作，且極易產(chǎn)生較大誤差。灌砂法的步驟繁瑣，且檢測環(huán)節(jié)需要操作人員進行經(jīng)驗判斷，需長時間集中精力等待或檢測試驗結(jié)果。且因大量人工經(jīng)驗判斷，極易產(chǎn)生誤差。同時，現(xiàn)場的試驗檢測需考慮實際情況，監(jiān)理和業(yè)主受時間和人工的影響，很難投入大量的人力去親自操作以上事項，大部分情況下為施工方去做，監(jiān)理人員旁站監(jiān)督。施工單位出于自身利益的考慮，極易通過主管因素去影響或謀求獲得更好的試驗結(jié)果。此環(huán)節(jié)也往往成為監(jiān)理與施工范圍推諉責任的地方。

4.2環(huán)刀法

環(huán)刀法與灌砂法方法類似，主要區(qū)別在確定體積是否需要量砂，其準確度較之灌砂法有優(yōu)勢，但其適用范圍僅限于細粒土。且相對灌砂法的步驟復(fù)雜繁瑣以及容易受主觀因素的影響，環(huán)刀法同樣面臨著上述問題。

4.3取芯法

取芯法適用于硬化面層的密度檢測，其準確度較高。但該方法對路面造成較大的損害，且工作效率更低。因取芯的過程需耗費一定時間，考慮到對道路結(jié)構(gòu)層的影響，很難做到大量取芯，故很難通過增加數(shù)據(jù)的方法保證取樣的精確性。同時，該方法只能完工后進行，如存在壓實度等問題只能返工，容易造成較大的經(jīng)濟損失。通過以上闡述，從數(shù)據(jù)的快速、準確、直觀以及不影響正常施工方面來看，核子密度儀具有得天獨厚的優(yōu)勢。特別是在國際工程中，由于語言及技術(shù)的差異，往往存在中方施工人員與監(jiān)理互不信任的問題，監(jiān)理往往希望嚴格監(jiān)測進而保證工程質(zhì)量，施工方出于自身考慮往往更希望于優(yōu)化檢測數(shù)據(jù)。核子密度儀有效解決了上述問題，其直觀的檢測數(shù)據(jù)減輕了國際工程中的障礙。

5新型核子密度儀的使用

早期核子密度儀未能廣泛應(yīng)用于公路建設(shè)領(lǐng)域，主要原因是在安全性、準確性、價位缺點明顯[3]，主要含以下幾個方面：（1）安全性：在早期的核子密度儀設(shè)置中，因材料的限制，放射源的放射性控制不足，對檢測人員造成較大的安全隱患；同時，由于操作不規(guī)范等問題（如核輻射劑量測定儀佩帶不規(guī)范、過程中安全保護措施不注意、儀器保存運輸環(huán)境不達標）造成較大的安全隱患；（2）準確性：在早期的核子密度儀設(shè)置中，收集輻射劑量的測定準確性不足，導(dǎo)致波動性較大，結(jié)果的準確性較難保證；（3）價格：早期的核子密度儀價格較高，相對而言，環(huán)刀、灌砂筒價格低廉。隨著時代的進步，核子密度儀也不斷的升級，并針對上述的缺點進行了重點改進，其應(yīng)用也越來越廣泛。新型的核子密度儀針對安全方面對以下五個方面進行了改進：（1）針對放射源采用相對人體較低輻射劑量的放射源，從根源上減小了輻射風險；（2）加強放射源桿的鎢塊保護厚度和回復(fù)保護彈性，進一步減少了輻射風險；（3）嚴格規(guī)范使用條件及定期檢查制度，增強對操作人員的保護；（4）規(guī)范核子密度儀儲藏要求，目前大多采用30～50cm厚的鋼筋混凝土墻體及屋頂；（5）規(guī)范運輸條件，專車專運，避免運輸過程中的輻射污染。同時，新型核子密度儀通過對芯片結(jié)構(gòu)的改進，其計算輻射劑量的精確性相對早期核子密度儀大幅提高，極大減小了外界因素而引起的波動。在國際工程贊比亞D019公路升級改造項目中，核子密度儀為美國產(chǎn)Troxler3440型核子密度儀。在使用前期用灌砂法對儀器進行偏差校正時，對同一土樣進行了密度檢測和含水量檢測及比對，二者所測結(jié)果基本一致，誤差不超過1%，其精確性同時超過了環(huán)刀法和灌水法的檢測要求，體現(xiàn)了良好的精確性，且正常施工環(huán)境下，核子密度儀體現(xiàn)了良好的穩(wěn)定性。這也是贊比亞D019公路升級改造項目中全面采用新型核子密度儀進行檢測的至關(guān)重要的原因之一。

6使用核子密度儀的注意事項

鑒于核子密度儀的放射性，在使用核子密度儀的過程中應(yīng)注意以下幾個方面：（1）在核子密度儀投入試驗檢測之前應(yīng)進行對比校正試驗，確保數(shù)據(jù)的準確性，且針對不同的材料需進行對比校正試驗，確保數(shù)據(jù)的準確性。同時，應(yīng)按規(guī)范對設(shè)備進行定期的對比校正，確保數(shù)據(jù)的有效性[4]。（2）針對不同的檢測材料采用不同的檢測模式，鑒于核子密度儀的使用范圍廣泛，且針對不同的材料形態(tài)采取不同的檢測原理，為保證數(shù)據(jù)的精確性，需提前確定檢測模式[5]。一般來說，路基體填筑材料采用土壤模式（透射法），混凝土和瀝青混凝土采用瀝青模式（反射法），低于10cm厚度的應(yīng)采用瀝青薄層模式（反射法）。（3）每次使用之前應(yīng)充分預(yù)熱機器。每日進行輻射密度標準校正，當且僅當密度標準校正值與含水量校正值都取得通過方能用于檢測工作。

7結(jié)束語

新型核子密度儀具有檢測速度快、操作簡單、準確性高等一系列優(yōu)點，在道路施工中有著巨大的優(yōu)勢。目前，在國內(nèi)的工程施工中，因價位、安全、傳統(tǒng)習(xí)慣等原因，暫時未被作為主要檢測方法。但隨著社會經(jīng)濟的進一步發(fā)展，技術(shù)的不斷進步以及人力成本的不斷升高，新型的核子密度儀的使用空間也變得越來越大。鑒于核子密度儀相對于傳統(tǒng)密度檢測方法的巨大優(yōu)勢，目前國際工程中已被較多使用，被為之制定了相關(guān)的規(guī)范，受到了更多施工試驗人員特別是監(jiān)理方的青睞?；谄渚薮蟮膬?yōu)勢，其在國內(nèi)的使用也必將越來越廣泛。

參考文獻

[1]陳任卿.關(guān)于無損檢測技術(shù)在道路工程中的運用分析[J].現(xiàn)代物業(yè)（中旬刊），2020（04）：60-61.

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[3]蘇力輝.高速公路壓實度檢測技術(shù)[J].交通世界，2019（16）：16-17+45.

[4]蘇冬蘭.公路路基壓實度影響因素及檢測技術(shù)對比分析[J].福建建材，2020（08）：17-19.

[5]魏娟.路基路面檢測技術(shù)與質(zhì)量分析[J].四川水泥，2019（04）：149.

作者:蔡保佩 單位:中國港灣工程有限責任公司