小箱ΔF检测法就是用经检测无铁磁性杂质的木板、铜钉等制作成(50×30×35)cm³的检测箱,装上石子、沙等散粒状建筑材料,将箱子靠近G856核旋仪探头,分别测量箱体长边两侧,若样品靠近和离开G856核旋仪探头所引起的磁场变化ΔF不大于1 nT,该材料的磁性就符合要求,全过程探头的位置保持不动。具体检测步骤为:

(a)选一开阔、无铁磁杂物的场地(便于堆放检测过的材料)设一检测点。我们的检测点选为一无磁测桩,截面10 cm×10 cm,长度40 cm,埋入地下30 cm,出露地面10 cm。将探头垂直置于桩上,箭头指北(使探头的信号最强),探头中心大致处于“检测箱”中心高度。

(b)在未放检测物的情况下连续读数3次,取其平均值F₁(称之为探头空置值)。

(c)保持探头位置不动,将材料箱体A面紧贴探头北面,连续读数3次,取其平均值F_A。

(d)将箱体翻面,将其对立面A'面紧贴探头北面,连续读数3次,取其平均值F_A'。

(e)撤离被测物(检测箱)再连续读数3次,取其平均值F₂。实际工作中,在连续测量时,F₂可作为下一次测量的F₁,以此类推。

(f)计算平均值(F₁+F₂)/2=F₃。

(g)分别比较F_A和F_A'与F₃的差值ΔF,以此判断被测物是否合格。如果不合格,也很容易知道问题出在哪一面。

(1)对检测场地周围环境要求不高,哪怕附近(10 m开外)有较大铁磁性物体,只要它是固定不动的,即可视为固定的叠加磁场,作为一个固定的叠加量,不影响ΔF的测量结果。

(2)可快速排除短时地磁日变因素影响,提高判断速度。

(3)由于规格小,对合格或不合格被测物处理方便、快捷。

(4)工效高。以检测石子为例,完成一箱检测约需费时1～2 min,检测1 m³石子约需费时30 min,较“大盘检测法”提高工效3倍。

(a)用无磁材料制作成(180×180×30)cm³的检测盘。

(b)首先按30m的跨度,检测安置检测盘的场地的磁场强度,通过检测要求:检测盘周围5 m范围内的磁场梯度小于1 nT/m; 工地施工等活动对检测盘的磁性干扰小于0.1 nT。为装卸方便、使盘内磁场梯度均匀,最好先清除厚度20 cm左右的表层浮土,再用无磁(弱磁)材料填平或在地表直接垫高20～30 cm后再安置检测盘。

(c)将沙子等散粒状材料倒于盘内,均匀平铺20 cm左右。然后用探头贴近材料以30 cm×30 cm的网距逐点读数,每个测点读数与周围测点读数差值ΔF小于1 nT为合格。

此种检测方法可以比较方便地对沙子、沙浆、混凝土或大件、不便搬动的物件中隐含的铁磁性杂质进行搜寻。但也有以下几个明显的缺点:

(1)要求被测物本身磁性比较小,只适宜探测其中有无隐含铁磁性杂质,而不宜检测其自身的磁性大小。

(2)只适用于磁静日,遇有磁场变化大于1 nT的情况就要反复比较测量,以排除日变影响,碰到磁场变化较快的情况就很棘手。

(3)对检测场地周围环境要求高,不允许检测场地周围有一点足以影响场地磁场的器物存在,这在一定程度上制约了现场施工。

为不影响工程质量,混凝土浇注过程中不可能为磁测工作留出足够的时间。因此,现浇混凝土的磁性检测实行边施工边检测的方式。我们还是以30 cm的网距将探头贴近混凝土逐点读数,每个测点读数与相邻测点读数差值ΔF小于1 nT为合格。不合格者,立即予与挖掘排除。由于事前原材料(石子、沙、水泥、铜筋)均已经过检测,所以这种检测方式虽然引用了梯度测量的概念,其实是地毯式搜寻施工过程中遗留的铁磁物质。

现场实际工作证明,尽管现场施工活动可能对检测工作造成许多干扰,但有经验的技术人员通过“审时度势”、“见缝插针”式的工作,对于及时搜寻隐伏于混凝土中的铁磁性物质还是十分奏效的。但应该强调的是,对于工程结构浇注的混凝土的检测是严把工程质量的最后一道关口,因而要格外细心。一旦有杂质混入,整个工程就有报废的危险。因为对承重混凝土构件进行剔凿会严重影响结构的承重性能,而对地下混凝土结构的剔凿会影响工程的防水效果。

在实际检测过程中,往往会发现个别点的场值高于或低于周围点场值。要判断这是否由混凝土中隐伏的铁磁杂质引起,可将探头沿垂直方向往返测试。根据影响量与距离的关系(影响量与探头离被测物体的距离的平方成反比),如果与混凝土有关,那么探头越接近混凝土,其影响量必定越大,反之,探头远离混凝土,其影响量相应减小。显然,如果影响量与探头移动的距离无关,也就说明该点的场值异常与混凝土无关了。

鉴于我们的仪器房墙体是用石灰石浆砌成的,对于仪器房墙体筑砌过程的磁性跟踪监测,我们原则上是每筑砌30 cm的高度检测1次。但在实际检测过程中我们发现:问题几乎不可能出在石灰石上,重点应该跟踪检测的是水泥沙浆,所以我们在检测墙体时,主要是将探头沿着填塞了水泥沙浆的石头缝搜寻,让铁磁异物无处遁形。

需要指出的是,尽管水泥、沙子等原材料事前都已检测过,施工过程的相关制度也很严明,但仍难避免施工过程中的某一环节可能还会带来铁磁污染。只有边施工,边跟踪检测,实时控制,才能达到最佳效果。

按《地震台站建设规范——地磁台站》要求,建设完成后,各观测室内水平梯度ΔF_h和垂直梯度ΔF_v均应不大于1.5 nT/m(中国地震局,2004)。所以我们对施工前的场地、一个施工环节完成(如基础浇注完毕、地板成型、墙壁砌好、屋顶盖好等)后的室内磁场梯度都必须有个阶段性的控制。

具体做法是:选择磁场变化平静的时段,用两台G856磁力仪按预先设计的网度(一般为1 m×1 m),统一记录表格,同时进行地磁场总强度F测量。一台仪器用于现场检测,一台仪器用于测量地磁日变,两者差值作为检测结果保存。每个测点的检测结果与周围其它测点的差值小于1 nT为合格,否则应查找原因,进行纠正,直到合格为止。

必须注意的几个问题是:① 因为此检测方法将日变站作为测量参考点,故日变观测点的地磁环境在整个施工中应采取严格的保护措施。否则,不同时间所测资料无法衔接; ② 在架设日变站时,用于测量的两台仪器一定要先对时,否则,将导致日变改正不正确、结果不可靠; ③ 要保证日变站仪器的电池容量非常充足,才不至于使工作白干。规模较大的场地测量工作通常应使用外接电源。