地磁房建筑材料磁性檢測(cè)方法探討

1、地磁房建筑材料磁性檢測(cè)方法探討我國(guó)一些地磁臺(tái)站在新建或改造過(guò)程中積累了一些閱歷，但因地理環(huán)境因素不同，所用建設(shè)方法也不盡相同。格爾木臺(tái)地磁觀測(cè)項(xiàng)目是全國(guó)15個(gè)I類地磁臺(tái)之一，監(jiān)測(cè)該區(qū)地磁場(chǎng)的變化。建成后的格爾木地磁臺(tái)將供應(yīng)高精度、高保真、穩(wěn)定連續(xù)的地磁觀測(cè)資料，格爾木地磁觀測(cè)項(xiàng)目以其重要的地理位置在地球基本磁場(chǎng)和空間地球物理場(chǎng)測(cè)定及地震預(yù)報(bào)方面正發(fā)揮越來(lái)越大的作用，為監(jiān)測(cè)青藏高原地震活動(dòng)和孕震環(huán)境供應(yīng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為青藏高原地區(qū)防震減災(zāi)供應(yīng)科學(xué)依據(jù)和臺(tái)站優(yōu)化布局的目標(biāo)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，落實(shí)觀測(cè)場(chǎng)地具體位置。地震臺(tái)站建設(shè)規(guī)范地磁臺(tái)站(DB/T92021)和地震臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境技術(shù)要求(GB/T1953120

2、21)要求：只有無(wú)磁或弱磁性的地磁觀測(cè)環(huán)境，才是滿足現(xiàn)代化數(shù)據(jù)地磁儀器的工作條件的唯一方法。所以，對(duì)于地磁房的建設(shè)，建筑材料的檢測(cè)合格與否才是關(guān)鍵的首要條件，只有弱磁性的地磁房觀測(cè)環(huán)境，才能產(chǎn)出穩(wěn)定合格的數(shù)據(jù)。臺(tái)站簡(jiǎn)介格爾木地磁臺(tái)始建于1973年(始建臺(tái)址在諾木洪)，1975年遷至青海省格爾木市河西小島。臺(tái)址位于柴達(dá)木盆地南部，東昆侖斷裂帶的北部。1981年，中國(guó)地震局撥?？顚?duì)該臺(tái)站進(jìn)行了改擴(kuò)建，形成了地磁I類、測(cè)震和水氫II類的國(guó)家級(jí)綜合性地震基本臺(tái)站。本項(xiàng)目建設(shè)于青海省格爾木市河西小島格爾木地震臺(tái)院內(nèi)，本次建設(shè)地下相對(duì)觀測(cè)室，新建建筑面積110m2;征地31.357畝，修建圍墻540m。近

3、年來(lái)，格爾木地區(qū)大量移民，很多農(nóng)夫在臺(tái)站四周私自建房，開(kāi)墾土地，對(duì)格爾木地磁臺(tái)地磁觀測(cè)環(huán)境造成肯定破壞。原定2021年對(duì)格爾木地磁房進(jìn)行改造，但因之前的建筑規(guī)范經(jīng)多次檢測(cè)不達(dá)標(biāo)，因此于2021年為格爾木建設(shè)新地磁房，順當(dāng)落成的臺(tái)站地磁房會(huì)彌補(bǔ)監(jiān)視區(qū)的空缺并對(duì)地磁臺(tái)網(wǎng)的布局進(jìn)行了完善，提升我國(guó)地磁基本場(chǎng)和變化場(chǎng)等地震背景場(chǎng)探測(cè)力量。工程于2021年9月完工。在格爾木臺(tái)建設(shè)中，包括場(chǎng)地清理、建筑材料檢測(cè)、磁房建設(shè)，梯度檢測(cè)以及儀器架設(shè)等環(huán)節(jié)，對(duì)建設(shè)過(guò)程進(jìn)行分析，能夠給其他臺(tái)站地磁房的改造和建設(shè)供應(yīng)一些借鑒。檢測(cè)儀器對(duì)于建筑材料的磁性檢測(cè)，格爾木臺(tái)使用的是1套G856磁力儀材料的磁性檢測(cè)、2套GSM

4、-19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀和日變量的觀測(cè)。其中一臺(tái)GSM-19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀作為備用儀器。GSM-19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀指標(biāo)為：辨別率0.01nT、靈敏度0.05nT、采率360s、確定精度0.2nT動(dòng)態(tài)范圍20000120000nT梯度容差7000nT/m,適用于材料磁性檢測(cè)。三套儀器均符合檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，GSM-19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀精度為0.01nT,產(chǎn)出數(shù)據(jù)比較慢，通常在34s左右；G856磁力儀精度為0.1nT,產(chǎn)出數(shù)據(jù)比較快，通常在12s左右，但其探頭具有固定指向性，操作起來(lái)不具備機(jī)敏性。所以，經(jīng)兩套儀器對(duì)比，GSM-19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀有便利快捷、讀數(shù)精準(zhǔn)，操作簡(jiǎn)潔等諸多優(yōu)勢(shì)，故在檢測(cè)材料時(shí)

5、多用GSM-19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀進(jìn)行檢測(cè)，而G856磁力儀多用于日變量的觀測(cè)。同時(shí)，為了便利檢測(cè)大理石墩，購(gòu)置兩套SM-30磁化率儀，該儀器使用較為便利，能夠快速檢測(cè)石墩磁性。建筑用材的磁性檢測(cè)檢測(cè)方法。檢測(cè)依據(jù)：相較于相同物質(zhì)的建筑材料磁性檢測(cè)，F(xiàn)和被檢測(cè)物的體積成正比，與儀器測(cè)量探頭到被測(cè)物體距離的平方成反比，即被測(cè)材料體積越大（但在實(shí)際檢測(cè)中材料一般不超過(guò)0.5m3），距離越小就可以越精確地檢測(cè)材料的磁性。利用GSM-19T和G856兩套磁力儀可以測(cè)出所需場(chǎng)地任何位置的地磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)F值。因此在格爾木地震臺(tái)地磁房建設(shè)過(guò)程中，一般會(huì)使用G856磁力儀作為日變量的觀測(cè)儀器，用于觀看當(dāng)日是否有磁擾

6、動(dòng)或是磁暴現(xiàn)象。將儀器的探頭指北的同時(shí)固定在一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)，測(cè)出1020組日變量數(shù)據(jù)以確定當(dāng)日的磁場(chǎng)是否穩(wěn)定。用GSM-19T磁力儀檢測(cè)材料磁性大小，GSM-19T磁力儀顯示的F值為該區(qū)域地磁場(chǎng)強(qiáng)度，被測(cè)建材磁感應(yīng)強(qiáng)度及剩磁強(qiáng)度的矢量和，矢量和與前期測(cè)試時(shí)的地磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)差E所得結(jié)果就是檢測(cè)建筑材料是否符合規(guī)范要求的數(shù)值。3.2施工前預(yù)備。由于格爾木地磁房是在原址上新建，所以場(chǎng)地堪選只需粗略測(cè)即可，需清空原有場(chǎng)地內(nèi)的全部材料，重新鋪設(shè)地平。開(kāi)工前選擇一塊空地，在空地澆筑一塊10mrK20m水泥地，用G856磁力儀和GSM-19T磁力儀對(duì)場(chǎng)地以1mx1m點(diǎn)距、探頭高度1.5m的磁場(chǎng)梯度測(cè)量。利用G8

7、56磁力儀固定場(chǎng)外某肯定點(diǎn)位置進(jìn)行日變量的觀測(cè)，用GSM-19Tt力儀逐點(diǎn)進(jìn)行場(chǎng)地觀測(cè)，將測(cè)點(diǎn)值與日變量測(cè)值相減，該數(shù)值即為觀測(cè)點(diǎn)位的磁場(chǎng)變化量。利用surfer軟件將變化量生成等值線圖，測(cè)量結(jié)果顯示場(chǎng)地磁場(chǎng)梯度差異不大，則此空地區(qū)域內(nèi)可進(jìn)行建筑材料的檢測(cè)。3.3檢測(cè)步驟。格爾木臺(tái)地磁房建筑材料磁性檢測(cè)步驟：（1）制作無(wú)磁性方木桌，在連接處不得使用鐵釘，必需使用銅釘進(jìn)行連接固定，在磁力儀探頭肯定區(qū)域內(nèi)不引起磁場(chǎng)波動(dòng)。（2）在空地選擇一個(gè)無(wú)磁固定位置安放無(wú)磁性方桌，將磁力儀探頭放于方桌桌面一側(cè)的中間位置，探頭略高于方桌。（3）將被測(cè)材料放于統(tǒng)一材料袋中（較長(zhǎng)材料除外），每袋約0.3m3。（4）放

8、置材料前用G856磁力儀在距離方桌10m處測(cè)10組日變量數(shù)據(jù)以確定磁場(chǎng)穩(wěn)定。（5）用GSM-19T磁力儀測(cè)一組未放置材料的空值，然后將被測(cè)材料放于該桌面中心位置，每測(cè)得一組數(shù)據(jù)后將該材料進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，依次測(cè)得4個(gè)方向的數(shù)據(jù)，最終移除該材料再測(cè)1組空值。（6）將觀測(cè)出來(lái)的6組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)其中任意2組數(shù)據(jù)之間的差值小于0.5nT時(shí)，說(shuō)明該組材料符合地磁房建筑材料用材標(biāo)準(zhǔn)，若超出此范圍，則需重新檢測(cè)，若結(jié)果仍大于0.5nT則棄用。在實(shí)際操作中，為了減小材料混合后磁性數(shù)值的增大，在正式檢測(cè)當(dāng)中要求所測(cè)材料均小于0.3nT，防止日后材料澆筑時(shí)消滅數(shù)值變大的可能性。當(dāng)檢測(cè)如銅筋等較長(zhǎng)的材料時(shí)，為了檢測(cè)其磁

9、性，可以用分段檢測(cè)的方法進(jìn)行檢測(cè)。3.4樣品檢測(cè)。地磁房建設(shè)既要保證建筑質(zhì)量，又要保證建筑材料磁性合格，因此對(duì)建筑材料的實(shí)地跟蹤檢測(cè)也必需同步進(jìn)行。爭(zhēng)辯調(diào)查表明，格爾木臺(tái)磁房施工中可能使用到的建筑材料有：銅筋（替代鋼筋）、木材、石英砂（無(wú)磁性或弱磁性）、石灰石（墻體）、大理石儀器墩、白水泥（無(wú)磁性或弱磁性水泥）、銅制五金（銅釘、門(mén)把手等）等。在材料進(jìn)場(chǎng)前應(yīng)隨機(jī)抽取5袋建筑材料，用GSM-19T子磁弓5計(jì)和G856磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行磁力檢測(cè)。每袋材料測(cè)量6組數(shù)據(jù)，取最大差值作為試驗(yàn)結(jié)果，若最大差值在合理范圍內(nèi)則代表該樣品為合格建筑材料。應(yīng)到生產(chǎn)石英砂、水泥等廠家進(jìn)行實(shí)地抽查以確保材料的弱磁性，但由于有些

10、廠家距離格爾木比較遙遠(yuǎn)，只能先由廠家寄樣品進(jìn)行抽檢，樣品檢測(cè)合格后方能確定是否使用該廠家的材料。磁房建設(shè)磁性檢測(cè)跟蹤檢測(cè)。跟蹤檢測(cè)地磁房建筑材料也是重要環(huán)節(jié)。在地磁房澆筑地平以及墻體時(shí)，每鋪高0.5m，以0.5m為間隔，作業(yè)人員身著無(wú)磁性衣服，手持GSM-19T磁力儀探頭在距離被測(cè)物10cm處逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)測(cè)點(diǎn)讀數(shù)一次，相鄰兩點(diǎn)之差大于0.5nT時(shí)要重新測(cè)量。在排解日變干擾時(shí)，對(duì)超差較大的區(qū)域進(jìn)行挖掘，排解有可能影響磁場(chǎng)的雜質(zhì)以及鐵磁性物質(zhì)，重復(fù)測(cè)量直至合格為止。此次格爾木臺(tái)地磁房的建設(shè)實(shí)時(shí)跟蹤檢測(cè)大理石墩、水泥、石灰石、石英砂等，都是為了達(dá)到磁性的要求。施工過(guò)程中部分石英砂跟蹤檢測(cè)結(jié)果如

11、表13所示，均合格。4.2場(chǎng)地檢測(cè)。由于格爾木臺(tái)是在原址上進(jìn)行重建工程，2021年改造已將原址開(kāi)挖，所以動(dòng)工之前先進(jìn)行了一次場(chǎng)地測(cè)量，待全部清空磁房?jī)?nèi)全部材料后進(jìn)行其次次場(chǎng)地測(cè)量。接受GSM-19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀，探頭設(shè)置的探桿高度為1m,測(cè)點(diǎn)間距為1m,在地磁房場(chǎng)地前后清理測(cè)量磁場(chǎng)的梯度。前后兩次測(cè)量梯度對(duì)比如圖1所示，可見(jiàn)格爾木臺(tái)地磁房建設(shè)達(dá)到國(guó)家地磁臺(tái)站建設(shè)規(guī)范要求。4.3混凝土攪拌后的檢測(cè)。制作一個(gè)無(wú)磁性的2mx3m木質(zhì)檢測(cè)方盤(pán)，在施工場(chǎng)地內(nèi)選擇一個(gè)遠(yuǎn)離工程機(jī)械干擾較大的區(qū)域放置檢測(cè)盤(pán)。由于混凝土數(shù)量較大，需用工程機(jī)械車(chē)來(lái)回運(yùn)輸，所以工程機(jī)械車(chē)將攪拌好的混凝土放進(jìn)檢測(cè)盤(pán)后，需要撤離至離

12、檢測(cè)盤(pán)100m外的距離，以減小干擾。以30cm的距離作為檢測(cè)點(diǎn)，將GSM-19T磁力儀探頭盡量緊貼于攪拌好的混凝土表面，進(jìn)行橫豎9個(gè)測(cè)點(diǎn)的磁性檢測(cè)，每測(cè)一次都要保證與前一測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值之差小于3nT,假如大于3nT則要翻找混凝土，排解干擾性物質(zhì)后仍舊不合格，則方盤(pán)內(nèi)的材料棄用。4.4地磁房梯度檢測(cè)。2021年9月，格爾木臺(tái)地磁房全面建成，進(jìn)行磁場(chǎng)梯度檢測(cè)，接受GSM-19T磁力儀對(duì)地磁觀測(cè)室進(jìn)行檢測(cè)，G856磁力儀作為日變量進(jìn)行觀測(cè)，作業(yè)人員身著無(wú)磁性衣服進(jìn)入磁房，手持GSM-19T磁力儀探頭，探桿高度為1m,測(cè)點(diǎn)間距1m,東西觀測(cè)室內(nèi)磁場(chǎng)梯度如圖2所示。從檢測(cè)結(jié)果看，存在不抱負(fù)的地方，但對(duì)日后

13、儀器產(chǎn)出的數(shù)據(jù)影響不大。對(duì)大理石觀測(cè)墩也進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量結(jié)果合格。結(jié)果表明建設(shè)地磁房的全部建筑材料對(duì)磁房的磁場(chǎng)沒(méi)有造成影響，達(dá)到了國(guó)家的規(guī)范要求。4.5遇到的問(wèn)題。（1）在檢測(cè)碎石，石英砂等材料時(shí)，每袋的檢測(cè)數(shù)據(jù)都合格，但全部材料混合后磁性較大，甚至達(dá)到5nT以上。（2）檢測(cè)混凝土?xí)r消滅不合格的次數(shù)明顯增多，經(jīng)排解檢查，多為雜質(zhì)摻和。接受以下方法：先對(duì)石英砂、碎石等這些磁性較大的材料進(jìn)行篩選，再用高強(qiáng)度磁鐵把鐵磁性物質(zhì)吸出。規(guī)定在0.5nT以內(nèi)為合格，但在實(shí)際測(cè)量中盡量把握在0.3nT以內(nèi)，以防混合后數(shù)值再有上升的可能性。結(jié)語(yǔ)在地磁房的建設(shè)過(guò)程中，建筑材料磁性檢測(cè)的程序至關(guān)重要，檢測(cè)的方法對(duì)地磁房最終的合格