鋼筋斜置對保護層厚度檢測精度的影響

孟文專，吳海兵，華衛兵，王廣芹

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇　南京　211112）

鋼筋斜置對保護層厚度檢測精度的影響

孟文專，吳海兵，華衛兵，王廣芹

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇南京211112）

采用雷達法和電磁法探究了鋼筋斜置對保護層厚度檢測精度的影響。結果表明:雷達法在保護層厚度為40～90 mm范圍內的檢測精度較高，且鋼筋斜置不影響檢測精度；電磁法在保護層厚度為40～60 mm范圍內的檢測精度較高，且鋼筋斜置不影響其檢測精度，當保護層厚度大于60 mm時檢測精度較低，無法確定鋼筋斜置是否對檢測精度產生影響。

鋼筋保護層；斜置；雷達法；電磁法；檢測精度

鋼筋保護層的無損檢測主要有電磁感應法和雷達法，在實際工程中電磁感應法應用較為廣泛[1-2]，雷達法在一些大型的、保護層厚度較大的工程應用較多。港珠澳大橋工程設計使用壽命為120 a，鋼筋保護層厚度達50~107 mm，已投入4臺鋼筋混凝土雷達進行保護層厚度檢測，該項檢測對確保混凝土耐久性及結構安全意義重大。

在現有的施工水平下，由于現場鋼筋綁扎不到位、作業人員的踩踏、振搗的擾動、澆筑混凝土的沖擊、墊塊的脫落，普遍存在著鋼筋未與模板（混凝土表面）保持平行的現象，即鋼筋斜置，然而大多數工程檢測人員在保護層檢測中忽略了鋼筋斜置問題，且目前保護層檢測精度的研究[3-6]大多針對鋼筋直徑、鋼筋間距、鋼筋網片等因素的影響，幾乎未見關于鋼筋斜置條件下保護層檢測的報道。基于此，本文通過雷達法和電磁法探究了鋼筋斜置對保護層厚度檢測精度的影響，并對雷達法和電磁法檢測精度進行了系統的分析。

1　試件制作

1.1原材料

膠凝材料:華潤水泥（平南）有限公司生產的P·Ⅱ42.5硅酸鹽水泥，唐山曹妃甸盾石新型建材有限公司生產的S95礦渣粉，鎮江華源集團新型材料分公司生產的Ⅰ級粉煤灰。

集料:西江上游的中砂，新會大澤永鑫石業有限公司生產的5～20 mm碎石（連續級配）。

外加劑:江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產的PCA-I聚羧酸高性能減水劑。

鋼筋:廣東韶鋼松山股份有限公司生產的HRB400熱軋帶肋鋼筋，直徑20 mm。

1.2混凝土配合比

混凝土強度C45，按表1的配合比備料，按照JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》的要求成型鋼筋混凝土試件，養護28 d后按照JGJ/T 152—2008《混凝土中鋼筋檢測技術規程》進行保護層厚度的測試。

表1　混凝土配合比Table 1　Proportions of concrete mix kg·m-3

2　試驗儀器及工作原理

2.1雷達儀

采用日本JRC公司生產的NJJ-95B型鋼筋混凝土雷達儀。

鋼筋混凝土雷達儀用于雷達法測定保護層厚度，其工作原理[3]是:雷達儀將高頻電磁波以寬頻帶脈沖形式，通過發射器經天線定向送入檢測體（混凝土）內，經存在電性差異的目標體（鋼筋）反射后返回結構體表面被接收天線接收。根據雷達主機記錄的電磁波發射至接收的時間以及在混凝土內的傳播速度（由混凝土的介電常數換算得到），可計算出目標體的深度，即為保護層厚度。

2.2鋼筋探測儀

采用瑞士Proceq公司的PROFOMETER 5+型鋼筋探測儀。

鋼筋探測儀用于電磁法測定保護層厚度，其工作原理[2]是:基于電磁場理論，探頭作為磁偶極子，掃描開始時向外界輻射出電磁場，鋼筋作為電偶極子接收外界電場，從而產生大小沿鋼筋分布的感應電流，鋼筋的感應電流又重新向外界輻射出電磁場（即二次場），使原激勵線圈（探頭）產生感生電動勢，從而使線圈（探頭）的輸出電壓產生變化，當探頭移動到鋼筋的正上方時，線圈的輸出電壓受鋼筋所產生的二次磁場的影響最大，自動鎖定這個受影響最大的點，即信號值最大的點，再根據保護層厚度和信號之間的對應關系得出保護層厚度值。

3　檢測方法

混凝土試件養護28 d后，選取一個側面作為測試面，該測試面的鋼筋分布見圖1，圖中5根鋼筋（分別為鋼筋a、b、c、d、e）均斜置，鋼筋間距15 cm，鋼筋上下端的帶下劃線數字為試件測試面上下端鋼筋露出處的保護層厚度值，測試面由上而下的5條等間距虛線為試驗中的5條測試軌道線，軌道線高度依次為10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm，測試面總高度為65 cm。

測試之前，將鋼筋探測儀和手持雷達儀進行校準。測試時，分別將鋼筋探測儀和手持雷達儀依次沿著5條軌道線進行保護層厚度檢測。

圖1　鋼筋分布示意圖（單位:cm）Fig.1　Distribution of the steel bar（cm）

4　試驗結果與分析

圖2　鋼筋a和e在不同軌道高度的保護層厚度Fig.2　The protective layer thickness of the steel bar a and e in different altitude

將雷達法和電磁法測得的每根鋼筋在不同軌道高度的保護層厚度值進行整理分析，典型的鋼筋a、鋼筋e的檢測結果如圖2。

4.1雷達法檢測結果分析

由檢測結果可知，在保護層厚度為40～90 mm的范圍內共檢測25處，雷達法所測結果與實際厚度相比，最大偏差為3.8%（鋼筋b在軌道高度100 mm處），偏差大于3%的有4處，偏差介于2%～3%的有11處，偏差小于2%的有10處，即84%的測點偏差小于3%，由此可推斷:在保護層厚度為40～90 mm的范圍內雷達法所測結果與實際厚度較為一致，雷達法檢測精度較高，且鋼筋斜置不影響雷達法的檢測精度。一般來說，雷達儀采用較高頻率探測時，探測深度淺，但可獲得較高的分辨率[3]。本實驗中，由于雷達儀發出的高頻電磁波在40～90 mm的保護層內往返傳播時，傳播路徑較短，混凝土組成均勻，能量損失較少，很容易接收到反射波，獲得的分辨率也高，故可保證雷達法較高的檢測精度；同時，雷達儀發出的電磁波碰到鋼筋后反射可認為是以點反射的，無論鋼筋斜置與否，電磁波在鋼筋表面的入射點到混凝土表面的距離（即保護層厚度）都保持不變，故不影響雷達法的檢測精度。

4.2電磁法檢測結果分析

由檢測結果可知，在保護層厚度為40～60 mm的范圍內共檢測10處，電磁法所測結果與實際厚度相比，最大偏差為4.3%（鋼筋d在軌道高度500 mm處），偏差大于4%的有3處，偏差介于3%～4%的有2處，偏差小于3%的有5處，即70%的測點偏差小于3%，可認為在保護層厚度為40～60 mm的范圍內電磁法所測結果與實際厚度較為一致。在保護層厚度為60～90 mm的范圍內共檢測15處，電磁法所測結果與實際厚度相比，最大偏差為35.5%（鋼筋b在軌道高度100 mm處），最小偏差為12.0%（鋼筋c在軌道高度300 mm處），其中偏差大于30%的有10處（保護層厚度大于70 mm時），偏差介于12%～20%的有5處（保護層厚度小于70 mm時），可認為在保護層厚度為60～90 mm的范圍內電磁法所測結果與實際厚度存在較大偏差。

由上分析可知:在保護層厚度為40～60 mm的范圍內電磁法的檢測精度較高，且鋼筋斜置不影響其檢測精度；在保護層厚度為60~90 mm的范圍內時，電磁法檢測精度較低，即不適合采用電磁法檢測，也無法確定鋼筋斜置是否影響電磁法的檢測精度。這也表明:電磁法的檢測精度在不同保護層厚度范圍內波動較大。這主要是由于保護層厚度在40～60 mm時，鋼筋的感應電流的二次場可使原激勵線圈（探頭）產生較大的感生電動勢，從而使線圈的輸出電壓發生明顯變化，可較為容易鎖定信號值最大的點，故可保證電磁法較高的檢測精度，所以鋼筋斜置不影響電磁法的檢測精度；隨著保護層厚度的增大（大于60 mm），鋼筋的感應電流的二次場無法使原激勵線圈（探頭）產生較大的感生電動勢，導致線圈的輸出電壓無明顯變化，也無法鎖定信號值最大的點，故不能保證電磁法較高的檢測精度，也無法確定鋼筋斜置是否影響電磁法的檢測精度。

5　結語

1）雷達法在保護層厚度為40～90 mm范圍內的檢測結果與實際厚度的偏差均≤3.8%，檢測精度較高，且鋼筋斜置不影響雷達法的檢測精度。

2）電磁法的檢測精度在不同保護層厚度范圍內波動較大。電磁法在保護層厚度為40～60 mm范圍內的檢測結果與實際厚度的偏差均不大于4.3%，檢測精度較高，且鋼筋斜置不影響其檢測精度；當保護層厚度為大于60 mm時，電磁法的檢測結果與實際厚度的偏差均大于或等于12.0%，檢測精度較低，無法確定鋼筋斜置是否影響電磁法的檢測精度。

[1] 張啟明.鋼筋保護層厚度的測試及主要影響因素分析[J].河南科學，2010，28（2）:201-203. ZHANG Qi-ming.Main influencing factors analysis and testing of cover thickness[J].Henan Science,2010,28（2）:201-203.

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[3]曾昭發，劉四新，馮晅，等.探地雷達原理與應用[M].北京:電子工業出版社，2010. ZENG Zhao-fa,LIU Si-xin,FENG Xuan,et al.Principle and application of ground penetrating radar[M].Beijing:Electronic Industry Press,2010.

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Effects of sideling steels on detection precision of protective layer thickness

MENG Wen-zhuan,WU Hai-bing,HUA Wei-bing,WANG Guang-qin
（Jiangsu Transportation Institute Co.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu 211112,China）

The effects of sideling steels on the detection precision of protective layer thickness were studied with radar method and electromagnetic method.The results show that the radar method is high detection precision within 40-90 mm of the protective layer thickness,and sideling steels do not affect the detection precision.The electromagnetic method is high detection precision within 40-60 mm of the protective layer thickness,and sideling steels do not affect the detection precision, however,it is low detection precision over 60 mm of thickness,and the effects of sideling steels on detection precision are hard to determine.

reinforced protective layer;sideling;radar method;electromagnetic method;detection precision

U657.4；TU317

A

2095-7874（2016）02-0046-03

10.7640/zggwjs201602011

2015-11-11

孟文專（1986— ），男，湖北武漢市人，碩士，工程師，高分子材料專業。E-mail:327447913@qq.com