Межгосударственный стандарт ГОСТ 23061-2012 "Грунты. Методы радиоизотопных измерений плотности и влажности" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 ноября 2012 г. N 708-ст)

Soils. Methods for radioisotope measurement of density and humidity

Дата введения - 1 июля 2013 г.
Взамен ГОСТ 23061-90

ГАРАНТ:

Настоящий ГОСТ был включен в Перечень документов в области стандартизации, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований Технического регламента о безопасности зданий и сооружений

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на песчаные, глинистые, крупнообломочные и скальные грунты и устанавливает методы радиоизотопных измерений плотности и влажности при исследовании их свойств.

Настоящий стандарт не распространяется на крупнообломочные валунные грунты, а также грунты, в которых содержание фракций размером более 100 мм превышает 20%, и фосфоритосодержащие грунты с содержанием фосфоритов более 20%.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 8.009-84 Государственная система обеспечения единства измерений. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений

ГОСТ 8.442-81* Государственная система обеспечения единства измерений. Влагомеры нейтронные. Методы и средства поверки

ГОСТ 1050-88 Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 8731-87 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Технические условия

ГОСТ 8732-78 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент

ГОСТ 9567-75 Трубы стальные прецизионные. Сортамент

ГОСТ 19611-74 Влагомеры нейтронные. Типы и основные параметры

ГОСТ 21196-75 Влагомеры нейтронные. Общие технические требования

ГОСТ 23740-79 Грунты. Методы лабораторного определения содержания органических веществ

ГОСТ 25260-82 Породы горные. Метод полевого испытания пенетрационным каротажом

ГОСТ 25932-83 Влагомеры-плотномеры радиоизотопные переносные для бетонов и грунтов. Общие технические условия

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 радиоизотопный измерительный преобразователь (РИП) (nuclear measuring probe): Устройство, включающее источник ионизирующего излучения с блоком защиты и формирования потока и детектор со схемами усиления, дискриминации и т.д., для преобразования потока ПИ в выходной электрический сигнал.

3.2 источник ионизирующего излучения (nuclear gauge); источник гамма-излучения [gamma (radiation) source]; нейтронный источник [neutron (radiation) source]: Радиоактивное вещество или устройство, испускающее или способное испускать ионизирующее излучение, - источники, продуцирующие гамма-излучение; источники, излучающие нейтроны.

3.3 детектор (detector): Устройство, определяющее величину радиации.

3.4 радиоизотопный плотномер (nuclear density gauge): Плотномер, принцип действия которого основан на регистрации рассеянного и поглощенного гамма-излучения на электронах атомов вещества - объекта измерения.

3.5 нейтронный влагомер (nuclear moisture gauge): Влагомер, принцип действия которого основан на регистрации замедленных нейтронов в процессе их рассеяния на ядрах атомов водорода, входящих в состав молекул воды, содержащихся в веществе или материале объекта измерения, т.к. замедление и рассеяние нейтронного потока происходят не только на ядрах водорода, но и на атомах других веществ.

3.6 основная погрешность плотномера (влагомера) [densimeter (moisture gauge) basic error]: Разность между показаниями плотномера (влагомера) и действительными значениями измеряемой плотности (влажности) материала.

3.7 блок обработки и управления (processing and control block) плотномера, влагомера, влагоплотномера: Составная часть прибора, управляющая приемом сигнала и выполняющая его обработку для вычисления плотности и влажности.

3.8 образцовая мера плотности (влажности) или стандартный образец (reference standard): Аттестованное средство измерения в виде вещества или материала, служащее для градуировки и поверки плотномера (влагомера).

3.9 база измерительного преобразователя (длина зонда) (measuring probe base): Середина расстояния между центрами источника и детектора излучения.

3.10 стандартные образцы (prepared blocks): Метрологически аттестованные образцовые меры с различными определенными инженерно-физическими свойствами материалов.

4 Общие положения

4.1 Методы радиоизотопных измерений плотности и влажности грунтов основаны на использовании закономерностей взаимодействия гамма- и нейтронного излучений с электронами и ядрами атомов вещества среды (грунта).

4.2 Метод радиоизотопного измерения плотности грунтов основан на зависимости между плотностью контролируемого грунта и характеристиками ослабления и рассеяния измеряемого потока энергии гамма-излучения.

4.3 Плотность грунта измеряют детектированием и регистрацией плотности потока:

- рассеянного первичного гамма-излучения (метод альбедо);

- ослабленного первичного гамма-излучения (метод абсорбции);

- рассеянного и ослабленного первичного гамма-излучения (альбедо-абсорбционный метод).

4.4 Метод альбедо заключается в детектировании и регистрации плотности потока гамма-квантов, рассеянных на электронах атомов вещества при взаимодействии потока энергии первичного гамма-излучения источника ионизирующего излучения с материалом грунта.

4.5 Метод абсорбции заключается в детектировании и регистрации плотности потока гамма-квантов, прошедших через слой материала между радиоактивным источником и детектором гамма-излучения.

4.6 Альбедо-абсорбционный метод заключается в детектировании и регистрации плотности потока гамма-квантов, рассеянных в объеме грунта и прошедших через слой между источником ионизирующего излучения и детектором гамма-излучения.

4.7 Метод нейтронного измерения влажности основан на зависимости между водосодержанием грунта и плотностью потока замедленных нейтронов в процессе их рассеяния на ядрах атомов водорода. Этим методом измеряют влажность грунта в исследуемом объеме между источником нейтронов и измерительным преобразователем.

4.8 Плотность грунта измеряют радиоизотопным плотномером и определяют по зарегистрированной плотности потока гамма-излучения с помощью градуировочного графика радиоизотопного плотномера, приведенного в приложении Б.

4.9 Влажность грунта w измеряют нейтронным влагомером и определяют по зарегистрированной плотности потока замедленных нейтронов с помощью градуировочного графика нейтронного влагомера, приведенного в приложении В, или вычисляют по специальным формулам.

5 Средства измерения

5.1 Для измерения плотности грунта применяют радиоизотопные переносные или возимые плотномеры по ГОСТ 25932.

5.2 Для измерения влажности грунта применяют нейтронные переносные или возимые влагомеры по ГОСТ 19611, ГОСТ 21196.

5.3 Для одновременного измерения плотности и влажности грунта применяют переносные влагоплотномеры по ГОСТ 25932.

5.4 Радиоизотопные плотномеры и влагоплотномеры должны обеспечивать возможность измерения плотности грунта от 0,8 до 2,3 (от 800 до 2300 ) с погрешностью ().

Для измерения плотности торфа, заторфованных и других рыхлых грунтов допускается применять радиоизотопные плотномеры с нижним пределом измерений плотности менее 0,8 (800 ) и верхним пределом измерений плотности ниже 2,3 (2300 ).

5.5 При измерении плотности грунта методом альбедо применяют следующие схемы измерений (см. рисунок 1):

- глубинную - измерительный преобразователь с источником ионизирующего излучения, помещают в скважину по ее центру на глубину более 400 мм для измерения плотности в радиусе до 100-250 мм;

- поверхностную - измерительный преобразователь и источник ионизирующего излучения помещают на поверхности грунта для измерения плотности грунта в слое толщиной до 120 мм;

- поверхностно-глубинную - измерительный преобразователь и источник ионизирующего излучения прижимают к боковой поверхности скважины или обсадной трубы для измерения плотности грунта в слое толщиной до 120 мм.

5.6 При измерении плотности грунта абсорбционным методом применяют схему измерений с расположением источника ионизирующего излучения в одной скважине, а измерительного преобразователя - в другой [см. рисунок 2а)] с расстоянием между источником ионизирующего излучения и детектором преобразователя, фиксированным с погрешностью не более %. Для послойного измерения плотности в объеме грунта между скважинами источник ионизирующего излучения и измерительный преобразователь могут быть размещены в жесткой конструкции [см. рисунок 2б)], погружаемой в грунт.

5.7 При измерении плотности грунта альбедо-абсорбционным методом применяют схему измерений [см. рисунок 2в)], при которой источник ионизирующего излучения погружают в грунт, а измерительный преобразователь помещают на поверхности грунта для измерения средней плотности грунта в слое между источником ионизирующего излучения и измерительным преобразователем.

5.8 Нейтронные влагомеры и радиоизотопные влагоплотномеры должны обеспечивать возможность измерения объемной влажности в пределах от 2% до 100% при глубинных измерениях и от 2% до 40 ()% - в остальных случаях.

5.9 При измерениях влажности грунта нейтронным методом применяют следующие схемы измерений (см. рисунок 3):

- глубинную (скважинную) - измерительный преобразователь с источником нейтронов помещают в скважину с обсадной трубой по ее центру для измерения влажности грунта в радиусе вокруг измерительного преобразователя от 200 до 250 мм при объемной влажности 40%-45% и в радиусе до 450 мм при %;

- поверхностную - измерительный преобразователь и источник нейтронов помещают на подготовленную поверхность грунта для измерения влажности грунта в слое толщиной до 150 мм под измерительным преобразователем;

- поверхностно-глубинную - измерительный преобразователь и источник нейтронов прижимают к боковой поверхности скважины или обсадной трубы посредством пружинного прижимного устройства для измерения влажности в слое толщиной до 150 мм под измерительным преобразователем;

- комбинированную - измерительный преобразователь помещают на поверхности грунта, а источник нейтронов в грунте - для измерения влажности грунта в слое между источником нейтронов и измерительным преобразователем.

5.10 При одновременном измерении плотности и влажности грунта радиоизотопными влагоплотномерами применяют следующие схемы измерений (см. рисунок 4):

- глубинную (скважинную) - измерительный преобразователь, содержащий детектор (детекторы) для совместной или раздельной регистрации плотности потока гамма-излучения и замедленных нейтронов и источники гамма-излучения и медленных нейтронов, помещают в скважину по ее центру. Такие измерения рекомендуется использовать для выявления разуплотненных зон и зон повышенной влажности в массивах грунтов и уточнения инженерно-геологических разрезов массивов естественного сложения;

- поверхностную, в которой измерительный преобразователь устанавливают на поверхности грунта для измерения плотности и влажности грунта в слое толщиной до 150-200 мм под измерительным преобразователем для измерения плотности грунта по 4.5, 4.8 и влажности по 4.9;

- поверхностно-глубинную, в которой измерительный преобразователь прижимают к боковой поверхности скважины или обсадной трубы для измерения плотности в слое толщиной до 120 мм и влажности грунта в слое толщиной до 150 мм под измерительным преобразователем;

- комбинированную, в которой измерительный преобразователь помещают на поверхности грунта, а источники нейтронов и гамма-излучения погружают поочередно в грунт для измерения плотности и влажности грунта в слое между измерительным преобразователем и источником ионизирующего излучения.

5.11 При глубинных (скважинных) измерениях в необсаженных скважинах или скважинах с переменным диаметром обсадных труб следует применять индикаторы диаметра (каверномеры и диаметромеры) в составе преобразователя плотномера, влагомера или влагоплотномера или в виде отдельных преобразователей. Индикаторы диаметра (каверномеры или диаметромеры) должны обеспечивать возможность измерения диаметра скважин до мм с погрешностью не более мм при доверительной вероятности 0,95.

5.12 При глубинных измерениях плотности (влажности) в процессе зондирования (пенетрации) следует учитывать требования ГОСТ 25260.

5.13 При поверхностно-глубинных измерениях плотности, влажности в скважинах следует применять прижимные пружинные устройства, обеспечивающие надежный контакт измерительного преобразователя со стенкой скважины (обсадной трубы), а также экранирующие устройства в составе измерительного преобразователя, обеспечивающие снижение влияния излучений, рассеянных от стенок скважины (трубы), до фоновых значений.

6 Подготовка и проведение измерений

6.1 При глубинных (скважинных) радиоизотопных измерениях для определения плотности и (или) влажности следует пробурить скважину и (или) погрузить трубу (ГОСТ 8731, ГОСТ 8732, ГОСТ 9567). Диаметр скважины должен быть не более 90 мм, и скважина не должна быть заполнена водой. При соединении отрезков труб не допускается применять муфтовые или ниппельные соединения.

Отклонение диаметра скважины от принятого при градуировке прибора не должно превышать 2 мм при измерении плотности и 5 мм - при измерении влажности. Отклонения толщины стенки трубы от принятого при градуировке для стальных и титановых труб не должны быть более 0,5 мм; для дюралевых и керамических труб - не более 1 мм.

Диаметр труб, погружаемых в грунт, должен быть не более 90 мм.

Толщина стенок стальных и титановых труб должна быть не более 6 мм; толщина стенок дюралевых и керамических труб - не более 10 мм.

Трубы и их стыки должны быть водонепроницаемыми.

При погружении обсадных труб в скважины зазор между стенкой скважины и трубой должен быть не более 1 мм.

При измерениях следует применять обсадные трубы, материал и толщина стенки которых не отличаются от принятых при градуировке приборов, в соответствии с приложением А.

6.2 Диаметр скважины (трубы) при поверхностно-глубинных радиоизотопных измерениях в скважинах (обсадных трубах) для определения плотности или влажности должен быть не более 146 мм. Скважины (трубы) не должны быть заполнены водой.

При определении плотности грунта альбедо и альбедо-абсорбционным методами, а также при поверхностных и комбинированных определениях влажности измерительный преобразователь, содержащий источник гамма-излучения или замедленных нейтронов, следует устанавливать на расчищенную и выровненную поверхность грунта. Опорная плоскость измерительного преобразователя должна быть плотно (без зазора) прижата к поверхности грунта.

При определениях плотности альбедо-абсорбционным методом и влажности по комбинированной схеме блок источника ионизирующего излучения помещают (внедряют) в грунт на глубину, фиксируемую с погрешностью не более см.

При проведении измерений вблизи сооружений или выработок расстояние между измерительным преобразователем плотномера (влагомера) и стенкой сооружения или выработки с целью исключения их влияния должно быть не менее 50 см.

6.3 Градуировку и метрологическую аттестацию радиоизотопных плотномеров, влагомеров и влагоплотномеров проводят в заводских или лабораторных условиях по образцовым мерам (стандартным образцам) плотности и влажности, метрологически аттестованными в установленном порядке, а в полевых условиях - в соответствии с приложением А.

6.4 При глубинной (скважинной) схеме измерений преобразователь плотномера (влагомера, влагоплотномера) помещают в скважину на заданную глубину свыше 0,4 м, центрируют по оси скважины посредством фиксаторов и проводят отсчеты по табло прибора.

В необсаженной скважине или скважине, обсаженной трубами переменного диаметра, диаметр труб измеряют при помощи диаметромера (или каверномера) на глубине, совпадающей с точкой отсчета радиоизотопного плотномера и нейтронного влагомера, с погрешностью не более см.

6.5 Метрологическую аттестацию средств измерений: радиоизотопных плотномеров, влагомеров и влагоплотномеров проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 8.009.

Поверку радиоизотопных плотномеров проводят по соответствующей методической инструкции, а нейтронных влагомеров - по ГОСТ 8.442*. Периодичность поверки определяют в зависимости от типа применяемого прибора.

6.6 Относительная основная погрешность плотномеров при определении плотности грунта должна быть не более % при доверительной вероятности 0,95.

6.7 Абсолютная основная погрешность влагомеров при определении объемной влажности грунта должна быть не более % при доверительной вероятности 0,95.

7 Обработка результатов

7.1 Плотность грунта определяют по градуировочной зависимости радиоизотопного плотномера (влагоплотномера), выраженной в виде графика, приведенного в приложениях Б и В, таблицы или формулы для принятых условий измерений.

Объемную влажность грунта определяют по градуировочной зависимости нейтронного влагомера (радиоизотопного влагоплотномера), построенной с учетом влияния плотности сухого грунта .

Градуировку радиоизотопного плотномера, нейтронного влагомера и радиоизотопного влагоплотномера проводят в соответствии с приложением А.

7.2 При измерении объемной влажности грунтов, содержащих растительные остатки в количестве, превышающем 5% по массе, при определении значения по 7.1 следует вводить поправку , рассчитываемую по формуле

, (1)

где - измеренная объемная влажность грунта, %;

- среднее содержание по массе органического вещества, определяемое по ГОСТ 23740, %;

m - коэффициент, принимаемый равным ;

- плотность сухого грунта, .

7.3 Результаты радиоизотопных измерений и вычисленные значения плотности и объемной влажности грунта фиксируют в журнале измерений, форма которого приведена в приложениях Г и Д.

7.4 По результатам определений плотности и объемной влажности , %, вычисляют плотность сухого грунта , , по формуле

, (2)

где - плотность воды (1,0 ).

Влажность грунта по массе w, %, определяют по формуле

. (3)

Результаты вычисления w и фиксируют в журнале измерений.

7.5 К журналу измерений прилагают схему расположения пунктов измерения или скважин.

8 Требования безопасности

При проведении измерений радиоизотопными плотномерами, нейтронными влагомерами и радиоизотопными влагоплотномерами соблюдают требования [1]-[3].

______________________________

* В Российской Федерации действует ГОСТ Р 8.666-2009.

Библиография

[1] ОСПОРБ-99	Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности, утвержденные Минздравом России
[2] НРБ-99	Нормы радиационной безопасности
[3] НП-053-2004	Правила безопасности при транспортировании радиоактивных веществ