核子密度仪在堆石混凝土中的应用

王 冰

（山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002）

0 引言

自密实堆石混凝土（以下简称“堆石混凝土”）是采用初步筛选的块石直接入仓，然后浇筑自密实混凝土，利用自密实混凝土的高流动性能，使其填充到堆石的空隙中，形成完整、密实、有较高强度的混凝土砌石体。由此可见，堆石混凝土的密实性直接影响施工主体的质量，是检测其质量的重要指标之一。以下就围滩水电站使用MC-3型核子湿度密度仪检测堆石混凝土密实性做简要介绍和可行性分析。

1 核子密度仪工作原理

核子密度仪内部有一个含铯137γ源和镅241-铍中子源的复合源。其中γ源用于测量密度，中子源用于测量含水量。

1.1 密度测量原理

铯137γ源释放出γ射线进入被测材料中与物质原子的外围电子发生碰撞而产生康普顿散射，散射后的γ射线能量减少，方向发生改变。物质的密度越大，康普顿散射的γ射线越多，于是通过测量散射后的γ射线数量，即可判断被测物质的密度。

1.2 含水量测量原理

由镅241-铍中子源产生的快中子射入被测材料中，与料层内物质发生碰撞、散射、减速、扩散，使快中子变成热中子，并被探测器探测。上述过程主要是由物质中的含氢量决定，而氢主要存在于水中，若被测材料含水量大，热中子数就多，反之就少。因此热中子数的多少即可反映含水量的大小。

2 核子密度仪检测方法

对于各种土壤和没有凝固的水泥混凝土材料，通常采用透射法。该方法是在被检测材料中用钢钎钻一个垂直的检测孔，然后将仪器的探测杆伸入到被检测材料中，在各个深度上检测材料的密度和湿度。

围滩水电站的堆石混凝土检测采用透射法。浇筑堆石混凝土时先将一根6 cm孔径的PVC管插入测点，混凝土初凝期间，平整预埋孔周围，这样，堆石混凝土终凝后，核子密度仪在检测时能保证仪器处于平面工作，并保证仪器的探测杆和仪器垂直。

3 堆石混凝土密实度测定

运用核子仪自带的标准块来检测仪器并使其处于工作状态。在施工现场选择预埋孔的测点之前将核子密度仪与灌水法测得的结果进行比较，求出两种不同方法测定的密度的相关关系及两种方法间的偏差系数。

3.1 偏差系数

偏差系数分别采用下列公式计算：

湿密度偏差=灌水法测定的湿密度-核子密度仪测定的湿密度；

绝对含水量=湿密度-干密度；

绝对含水量偏差=灌水法测定的绝对含水量-核子密度仪测定的绝对含水量。

3.2 结果分析

以坝高15.2 m、桩号0+039.90位置举例说明：

试坑容重检测结果能够直观快速地判定堆石混凝土的质量，其检测标准为堆石混凝土干密度大于2 350 kg/m3，该密度即为设计参数。由堆石混凝土试坑外观可知，其内部密实、混凝土与块石黏结良好。表2给出了堆石混凝土的试坑检测数据。由表1和表2可知，堆石混凝土的干密度能够满足设计要求。

表1 MC-3型核子湿度密度仪测试结果

表2 堆石混凝土试坑容重检测数据

由表1和表2可知：湿密度偏差=2 650 kg/m3－2 570 kg/m3=80 kg/m3；核子密度仪测定的绝对含水量=2 570 kg/m3－2 449 kg/m3=121 kg/m3；灌水法测定的绝对含水量=2 650 kg/m3－2 506 kg/m3=144 kg/m3；绝对含水量偏差=144 kg/m3－121 kg/m3=23 kg/m3。

3.3 测定结果评价

第一，MC-3型核子湿度密度仪的探测棒最大探测深度是30 cm。堆石混凝土浇筑时，底部有大块岩石，在埋置预测孔时，PVC管无法插入岩石，周围基本全是堆石混凝土，所测数据只能反应表层30 cm情况；而挖坑灌水法所测深度达到60 cm，直径1 m，所测数据更具代表性。第二，MC-3型核子湿度密度仪在布置预留孔时尽可能靠近岩石密集的地方，且尽可能多地布点。根据测量数据可知，测点距岩石越近测量密度越大。在测量过程中基本可以反映出各点的真实情况。如果配料缺少外加剂，混凝土会出现干裂等情况，检测数值会偏低。

4 仪器使用注意事项

第一，堆石混凝土变化大，岩石分布不均匀，被测结构层厚度、材料有变化时需采用灌水法对核子密度仪校正标定。第二，在进行核子密度仪标定时，要求灌水法所挖试坑深度严格符合标准。第三，利用核子密度仪抽检堆石混凝土的密实度时，现场情况要与利用灌水法校正核子密度仪时施工现场情况基本相同。第四，MC-3型核子湿度密度仪有放射性，在操作和存放时要注意放射性防护。如操作时应离仪器3 m，待工作完成后再读数；存放仪器时，离住房尽量远一些。只要核子密度仪通过有关部门的放射性检查，并且操作得当，其使用是安全的。第五，核子密度仪与灌水法配合使用，能收到较好的效果。第六，由于该仪器是表面式核子密度仪，需将被测地面仔细整平。此外，地表面过湿将影响含水量测定结果。

5 结语

堆石混凝土大坝的密实度是工程关键点之一，密实度的好坏关系到整个大坝质量的优劣。要控制好大坝的工程质量，除控制好堆石混凝土的质量外，主要是密实情况。要了解密实情况，主要是抽检堆石混凝土的密实度，抽检密实度可以利用核子密度仪进行，只要做好核子密度仪与灌水法的校正标定工作，利用核子密度仪抽检密实度方法是可行的。