P 94-061-1(现场压实度检测-针式咖玛密度仪(直接发送)中.doc

法国标准
NF P 94-061-1
1996年10月
分类标记：P 94-061-1

土壤：勘察和试验
对现场材料进行密度确定
第一部分：针式咖玛密度仪（直接发送）

目录

前言
1. 应用范围
2. 标准参考资料
3. 定义 – 缩略语 – 符号
3.1 定义
3.2 缩略语 – 符号
4. 试验原理
5. 仪器
5.1 测量工具
5.2 标定工具
5.3 技术要求
6. 试验方法
6.1 标定
6.2 进行试验
6.3 水含量的确定
7. 结果的表达
7.1 可移动源测量仪
7.2 不可移动源测量仪
7.3 对接近干材料的密度吸收的确定
8. 试验报告
附件A（公告）：基准对中块的特性
附件B（公告）：对材料成分影响的校正

前言
本资料属于一系列用于对现场材料进行密度测定，对现有的主要测定方法进行编码的标准。
本系列的标准有：
NF P 94-061-1：土壤：勘察和试验-对现场材料进行密度确定-第一部分：针式咖吗密度仪（直接发送）
NF P 94-061-2：土壤：勘察和试验-对现场材料进行密度确定-第二部分：薄膜测试法
NF P 94-061-3：土壤：勘察和试验-对现场材料进行密度确定-第三部分：沙子测试发
NF P 94-061-4：土壤：勘察和试验-对现场材料进行密度确定-第四部分：粗糙材料测试法
1. 应用范围
本资料的目的是定义一种测试方法，这种方法是用针式咖玛密度测试仪在施工现场对一已知厚度的材料的平均密度进行随机测试。
它适用于（回填）土方材料，不用于以下等级的材料：F1，F6，F7，F9（按照标准NF P 11-300要求）。
本资料不适用于地面层材料，对此请参照标准NF P 98-241-1。

2. 标准参考资料（略）

3. 定义 – 缩略语 – 符号
3.1 定义
根据本资料需要，应用以下定义：
材料密度：材料相对于体积的密度报告
平均密度ρ：厚度为Z的一层材料，它给位于Z边的、厚度为dz的每个基本层所带来同样的重量（见图1）
射线源支杆

探测器 射线源和探测器之间的距离

平均密度ρ（z）
射线

咖玛密度仪的作用深度 材料

图1. 用咖玛射线对材料平均密度进行确定的原理

3.2 缩略语 – 词汇

1 z = Z
Ρ = ∫ ρ（z）dz
Z z = 0

其中：
ρ：是密度，由克/每立方厘米表示
ρ（z）：是在z深度、厚度为dz的材料的密度，由克/每立方厘米表示
w：是重水含量，由百分比表示；它等于水重量是干材料重量的100倍
ρd：是平均干密度，由克/每立方厘米表示
Ph：是平均湿密度，由克/每立方厘米表示
C：是射线源发出的、穿过材料的咖玛光子数量，由计时器按时间单位探测，由次数/秒表示
Co：是在没有材料的情况下，由射线源发出的、由计时器按时间单位探测的咖玛光子数量，由次数/秒表示
µ’CaCO3：是钙的单位吸收系数，由平方厘米/克表示
µ’mat sec：是试验用干材料的单位吸收系数，由平方厘米/克表示
µ’ap mat sec：是干材料的接近单位吸收系数，由平方厘米/克表示
µ’mat humide：是试验用湿材料的单位吸收系数，由平方厘米/克表示
X：是穿过的平均厚度，由厘米表示
r：是材料的计数比
A、B、C、D、E、F：是在标定时确定的常数
C1：是校正的计数率，由次数/秒表示
ΔC：是探测器停止时间对计数的校正，由次数/秒表示
Cs standard：是在测量前对一标准试块的计数，由次数/秒表示
θ：是探测器的停止时间，由秒表示
C’：是底部噪音，它等于源于环境和所用电子仪器的计数比，由次数/秒表示
t：是计数时间，由秒表示
Z：是测量时放射源所达的深度

4. 试验原理
试验的目的是确定位于一层的上部自由区域、或一给定的区域（Z）的材料的平均密度。
测量的进行是由插入试验层Z深度的放射源给材料发出一个给定量的咖玛光子，看材料对光子的吸收情况。
数量为C的咖玛光子以时间为单位穿过材料，它直接与Co’ µ’mat’ρ和X相联系，关系如下：
C = Co.exp ( - µ’mat·ρ·X )

所探测的材料厚度与射线源插入的深度一致。

材料是在工作基准块上进行了标定的，工作基准块的密度取自基准快的整个中央数据。

5. 仪器
5.1 测量工具
工具有4个主要部分，可以是独立的也可以是组合的一个型号：
1） 射线源总成包括
n 一个咖玛放射源1），有一个杆连接
这个放射源可以深入到所需要的深度（Z）
n 一个测量完成之后用于放置放射源的保护容器
2） 一个能保证几何测量的基座，能确定：
- 仪器可以定位在需要探测的那层材料的表面
- 一个或多个射线探测器的放置
- 射线源的插入深度
仪器上必须有用于可能的测量配置的作用深度显示。
3） 有或没有微处理器时的计数刻度
计数刻度与探测器相连接，它可在一预先设定的时间段或一个要获得脉冲数量所必须的时间段对探测器发出的预设定的电脉冲计数。
必要时，所连接的微处理器可以进行本资料中给出的所有计算操作。

4） 标准块
适合计数比方法用于不可移动放射源的仪器。

5.2 标定工具
用工作基准块对仪器进行标定。
这些工作基准块由至少三个直立棱柱组成。其组成材料是某种化学品，其密度应分别等于1.2g/cm³，2 g/cm³和2.6 g/cm³±0.2 g/cm³。因有空隙而对湿度测定很敏感的这些基准块在干燥炉里在至少60ºC下干燥至少一周时间，在使用前在一个湿度低于80%的地方保存至少3个月。
在每个棱柱上垂直钻一个直径为0mm 到3mm等于射线源连杆的孔径。孔的中轴与壁之间最接近的距离至少应该是10cm。
承接咖玛密度仪底座的上部表面的面积应足够大，以便能使探测器所有的点都在它的四周范围之内，并有一定的边缘能独立对基准块的环境进行测试。
每个棱柱的高度应该是探测的最大深度，至少应为6cm。
每个棱柱上要贴上标签，标明采用各种咖玛密度仪时，对探测的不同深度所能参考的密度。
应每年对工作基准块上的密度重建一次。
操作方法是对基准快标定之后，立即用一定型号的咖玛密度仪测量其密度。附件A中给出的是工作基准快的特性。
对中间基准块或工作基准块的测量条件是要保证对密度的测量有一个0.5%的误差。
工作基准快的密度值与钙有关系，并要考虑与每个仪器的探测能力水平一致的单位吸收系数。

5.3 技术要求
针对仪器有使用的技术要求。
要求有：
——周期调试的种类的频次
——使用前要进行所有的检查
——进行测量时要完成所有的操作步骤
必要时有：
——计算必须的图表
——计数校正值ΔC，所用计数器停止时间的作用
——相连接的微处理器的使用方法
——底部噪音确定方法

6. 试验方法
6.1 标定
咖玛密度仪的标定是根据从至少3个工作基准块所得到的计数值来确定以下函数的代表性曲线：
µ’CaCO3
ρ = A LnC1 +B =
µ’mat sec
或者：

µ’CaCO3
ρ = D Ln（E/r – F ）X
µ’mat sec

附件B中给出了单位吸收系数值的确定方法。
咖玛密度计应该至少一年校定一次。

6.2 试验的进行
一旦选择的测量的位置，即开始以下试验：
——用一个直径类似放射源支杆（最大+3mm）的导杆或者钻头，垂直向下钻一个深度为Z+6cm的孔。
——检查表面状态，底座的整个支撑表面应该完全与材料接触（接近宏观粗糙度）
对于深度Z＜10cm, 表面空出部分应填上细沙子。

A）带可移动放射源的仪器
确定底部噪音的计数比率。
在每个试验场地要每天测量底部噪音，放射源要远离至少10米。
当容器固定在底座上，而且放射源已深入到材料钻孔的Z深度时，确定出计数比率C。

B）带不可移动放射源的仪器
在每个试验场地要每天在标准仪器上测定计数比率Cs。
当放射源深入到材料的Z深度时测定出计数比率C。

C）在上述两种情况下，有两种可能的测量方法：
——或者计数是在一个选择的时间、预设为0.1秒进行
——或者计数是在一个为获得一定的脉冲数而有必要变化的时间进行
计数应该能产生低于或等于所测量密度的0.5%的重复误差。
要检查附近没有其它放射源干扰测量。

6.3 测定水含量
水含量的测定是通过其中的一个标准化方法进行的（见NF P 94-049-1，NF P 94-049-2或NF P 94-050）。
水含量的测定是在经咖玛密度仪探测过的一部分（深度和几何形状）具有代表性的体积上进行的。
要测定7.3中所述的单位吸收系数也就是W的函数，可以采用标准化方法确定水含量，也可以采用中子射线来测定水含量，由咖玛密度仪的工作情况而定。

7. 结果表达
对每个测定位置和测定点的计算是按照以下方法进行计算的：
7.1 采用可移动放射源的仪器
校正计数比率C1。
从停止时间θ开始确定ΔC。
计算C1:C1 = C + ΔC – C1
湿密度：
µ’CaCO3
Ph = (ALnC1 + B) × 2）
W 1 - W
[µ’水 × +µ’ap mat sec ×（ ）]
100 100

干密度：
100
Pd = Ph ×
100 +w

2): 这些关系使我们要考虑水的化学特性和干材料的特性，µ’ap mat sec的确定方法在7.3条中。

7.2. 采用不可移动放射源的仪器
湿密度：

µ’CaCO3
Ph = D×Ln(E/r –F)× 2）
W 1 - W
[µ’水 × +µ’ap mat sec ×（ ）]
100 100

干密度：

100
Pd = Ph ×
100 +w

7.3 确定干材料接近单位吸收系数
7.3.1 土和岩石（A.B.C.D级，R：NF P 11-300）
根据土或岩石的地质来源，将其划分到以下三类中的一类里：
——土或石灰岩（100%的石灰）
——土或硅质岩石100%的硅）
——土或硅质石灰岩（50%的硅，50%的石灰岩）
按照附件B中所描述的方法来测定接近µ’（ µ’ap），注意上面所列每一类的含量。

7.3.2 F级材料（F2，F3，F4，F5，F8）
对这类材料已进行化学识别（矿渣，灰渣，磷灰），按照附件B中所描述的方法根据其化学成分可直接确定出µ’。
如果对材料没有进行化学识别（煤板岩，钾矿板岩），则应对库存材料进行粗略的化学分析，然后按照附件B中所描述的方法从化学分析中来确定µ’ap。

8. 试验报告
试验报告中至少应包含以下信息：
——本资料的参考编号：NF P 94-061-1
——测量仪器的型号和编号
——试验的名称
——试验日期
——材料的特性以及所选择µ’ap的校正类别（7.3条）
——湿密度
——所测定的重水含量
——所计算出的干密度

附件A
（公告）
基准中间块的特性

针式咖玛密度仪所用的C.C.A基准快
1号基准快：聚酰胺
尺寸：1000mm x 507mm x 500mm
密度：1.147g/cm³±0.065 g/cm³
µ’系数：0.08455cm²/g±1.10-4 cm²/g
0.660MeV的CaCO3密度：1.255 g/cm³±0.010 g/cm³

2号基准块：树脂玻璃
尺寸：780mm x 532mm x 500mm
密度：1.960g/cm³±0.010 g/cm³
µ’系数：0.0780cm²/g
0.660MeV的CaCO3密度：1.975 g/cm³ ³）

3号基准块：铝
尺寸：754mm x 504mm x 500mm
密度：2.710g/cm³±0.0066 g/cm³
µ’系数：0.0744cm²/g±2.10-4 cm²/g
0.660MeV的CaCO3密度：2.605 g/cm³±0.017 g/cm³

3）：对有关基准块的基本元素进行进一步的系数测定之后，可获得误差。很有可能CaCO3的密度值会达到或超过0.01 g/cm³。同时要注意的是按照目前的列表，估计石灰岩的系数是0.0774 cm²/g±1，1.10-4 cm²/g。
附件B
（公告）
对材料成分影响的校正
咖玛射线的吸收和分布现象是由物理定律支配的，物理定律的总体可由单位吸收系数来表示，这些系数值即取决于所用射线的能量，也取决于材料成分的特性。
要从唯一的标定曲线中获得对材料成分的独立测定，那么就有必要对因参考了系数值而得出结果进行校正。校正的形式很明显取决于所用的仪器类型，特别是射线源所发出的射线能量，以及仪器的几何形状和探测器的类型。对每一个类型的一起来说，都应该采用由仪器制造商推荐的校正方法。
列表中给出了单位吸收系数值，其中的编号和内容是根据仪器的类型来提供的：
——要计算与给出的能量相一致的系数，可采用插值法
——要计算已知材料的可应用系数，我们先计算出与主要基本要素相一致的系数之和，加上这些要素在材料中的单位含量（不要忘记水含量）。
比如，下表给出的是能量在100KeV和1.5MeV之间、以及在土木建筑中经常见到的几个要素的单位吸收系数值（根据GRODSTEIN表）。

表B.1 单位吸收系数（根据GRODSTEIN表）
能量
KeV
氢
cm²/g
碳
cm²/g
氧
cm²/g
铝
cm²/g
硅
cm²/g
钙
cm²/g
水
cm²/g
硅土
cm²/g
石灰
cm²/g
矾土
cm²/g
100
2.95E-01
1.52E-01
1.56E-01
1.69E-01
1.82E-01
2.57E-01
1.72E-01
1.68E-01
1.96E-01
1.63E-01
150
2.65E-01
1.35E-01
1.37E-01
1.38E-01
1.44E-01
1.67E-01
1.51E-01
1.40E-01
1.49E-01
1.38E-01
200
2.43E-01
1.23E-01
1.24E-01
1.22E-01
1.27E-01
1.37E-01
1.37E-01
1.25E-01
1.29E-01
1.23E-01
300
2.12E-01
1.07E-01
1.07E-01
1.04E-01
1.08E-01
1.12E-01
1.19E-01
1.07E-01
1.09E-01
1.05E-01
400
1.89E-01
9.53E-02
9.56E-02
9.27E-02
9.61E-02
9.79E-02
1.08E-01
9.58E-02
9.65E-02
9.41E-02
500
1.73E-01
8.70E-02
8.70E-02
8.44E-02
8.37E-02
8.95E-02
9.66E-02
8.71E-02
8.76E-02
8.56E-02
600
1.60E-01
8.05E-02
8.06E-02
7.79E-02
8.02E-02
8.13E-02
8.95E-02
8.04E-02
8.09E-02
7.92E-02
800
1.40E-01
7.07E-02
7.08E-02
6.83E-02
7.06E-02
7.11E-02
7.86E-02
7.07E-02
7.09E-02
6.95E-02
1000
1.26E-01
6.36E-02
6.36E-02
6.14E-02
6.35E-02
6.37E-02
7.06E-02
6.36E-02
6.36E-02
6.24E-02
1500
1.03E-01
5.18E-02
5.18E-02
5.00E-02
5.17E-02
5.18E-02
5.75E-02
5.18E-02
5.18E-02
5.08E-02
662
Cs137
1.53E-01
7.72E-02
7.73E-02
7.46E-02
7.69E-02
7.78E-02
8.58E-02
7.71E-02
7.75E-02
7.59E-02

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