鋼筋保護層厚度檢測比對試驗研究

張占宇，李 巖

(江蘇森淼工程質量檢測有限公司，江蘇 鎮江 212000)

1 前 言

橋梁混凝土結構的鋼筋位置檢測是工程中最基本的檢測項目，而鋼筋保護層厚度的檢測更是目前各個項目非常重視的一項工作，因為保護層厚度涉及到結構的安全和使用的耐久性要求。只有把保護層厚度檢測的數據測量準確，才能很好地評價合格率以及工程實際施工水平。我們在實際實測過程中發現，往往鋼筋保護層厚度檢測的數據跟實際相差非常大，甚至非常不準確。我們分析了原因，發現這些數據的不確定性很有可能與試驗員的操作方法、試驗員本身的技術水平和檢測環境以及被測構件的鋼筋分布有關，但是還有一項容易被我們忽略的，就是儀器本身的精度、穩定性的原因。這些綜合原因導致數據不準確、偏離等情況發生。為了準確測量構件的鋼筋保護層厚度值，我們對影響鋼筋保護層厚度測量結果的原因都做了一一分析，得出了儀器性能起決定性影響因素的可靠結論，同時組織召集了試驗檢測人員對鋼筋保護層厚度檢測方法進行了統一培訓，并對所有多個鋼筋保護層測定儀進行了比對，并進行了測量系統分析。

2 儀器的比對分析

2.1 儀器分析步驟

將5根直徑為16 mm的鋼筋間隔20 cm放置在竹膠板下，在鋼筋保護層探頭上加上一塑料墊塊，由同一名試驗檢測人員用各單位的儀器每間隔15 cm測5個斷面，共測25點，將檢測數據做好記錄備用。

2.2 標準差與平均值計算

計算平均值和標準差計算以上25個數據的分組平均值、全部總體計算平均值以及分組標準差以及總體標準差。并且利用計算所得的每臺儀器檢測的平均值減去總體的計算平均值，還需要與總體的計算標準差比較。假設RI不小于3倍標準差，則可以斷定該設備測量的數據為無效數據。

2.3 對全部的儀器檢測結果進行比較分析

對檢測的數據逐一觀察我們可以看出，每個施工單位提供的檢測儀器所測量的結果平均值和總體的檢測平均值的差別均不大于總體標準差的1倍，這可以有力地證實數據并沒有任何異常。其中單位A與單位B的鋼筋位置測定儀所測出的數據平均值與總體的計算平均值非常地接近，為-0.002；C單位的鋼筋位置測定儀所測數據的平均值與總體的計算平均值相差非常大，達到了-0.872。

3 對鋼筋位置測定儀的測量系統分析

3.1 偏倚及線性研究

所謂儀器的偏倚，即是指在很多次測量的基礎上，測量結果理論上的平均值與其參考值之間的差值。

如果確認儀器存在偏倚，并且偏倚在可以接受的氛圍之內，那么就可以通過線性回歸進行數據調整。所以，儀器的線性可以表述為在儀器的檢測體系中所預期的標稱范圍之內，各個測點的偏倚和該店處的實測參考數值存在線性關系。通常情況下，儀器的線性即可以表述成為偏倚的發生量在數學角度呈現出對其參考數值的回歸后的線性函數關系。

(1)具體的實施步驟

將5根直徑為16 mm的鋼筋間隔20 cm放置在竹膠板下，在鋼筋保護層探頭上加上塑料墊塊或一定數量的A3紙使其保護層厚度由小到大盡量覆蓋儀器的測量全量程，并用游標卡尺測量各個厚度的實際值，即參考值。安排同一個操作技術員用同一個鋼筋位置測定儀在設計保護層厚度不一樣的情況下，選取間距200 mm量取三個點，一共量取十五個點，將數據進行記錄匯總，填入事先準備好的表格內。

(2)檢測結果的處理分析

使用統計專用軟件來進行鋼筋位置測定儀的線性以及偏倚情況分析研究。在輸出的圖形中，觀察偏倚數據所對應的P值是不是比0.05大，若P>0.05，說明不存在偏倚。反之，在鋼筋位置測定儀正式投入使用前，必須依據得出的計算公式進行數據的調整修正。

按照上述分析規則，我們使用了六西格瑪管理的常用統計工具minitab軟件實現對鋼筋位置測定儀的偏倚及線性情況進行分析，從輸出來的圖形中我們不難看出鋼筋位置測定儀的偏倚一欄P的結果為0，小于小概率事件假定發生的頻率限0.05，說明這個儀器的偏倚現象是真實存在的。另外，在這個輸出圖形中，鋼筋位置測定儀的線性結果表明，其常量(截距b)和斜率(a)所對應的P的結果為0.017和0.002，小于0.05，說明測量數據存在偏倚。量具線性中的常量及斜率所對應的P值分別為0.023和0.000，均小于小概率事件假定發生的頻率限0.05，表示該儀器的線性關系是存在的，且可以得到它的回歸方程，可表示成y=0.003 233x-0.407。其中，y為調整值，即所測結果必須加上y，x為實測值。當我們采用這個儀器進行鋼筋位置檢測以及保護層厚度的檢測時，必須采用本公式進行修正。

通過軟件輸出圖我們可以發現在鋼筋保護層測定儀的測量范圍內，用回歸方程進行計算后的修正量的絕對值均小于0.5，而檢測規范及儀器的精度均要求對試驗數據取整數即可，對測量值加上回歸方程進行計算后的修正量后再取整數得到的值和測量值一樣。因此，我們在測量混凝土構件鋼筋位置及保護層厚度的時候，可以根據實際情況決定是否必須對測量結果進行回歸修正。

3.2 鋼筋位置測定儀的分辨力、復現性和重復性研究

(1)分辨力、重復性和再現性的定義

所謂的儀器分辨力是指測量系統識別并顯示被測量最微小變化的能力。

如果安排相同的檢測技術人員用相同的鋼筋位置測定儀對同一個鋼筋混凝土構件中的鋼筋連續檢測多個數據，如果這些數據是一致的，那么說明儀器具有較好的重復性。

如果檢測的條件變化較大，當采用鋼筋位置測定儀對相同的鋼筋混凝土構件的保護層厚度進行多次測量時，如果得到的測量結果是一致的，那么多就可以斷定儀器具體較好的再現性。這里所說的測量的條件，主要是包括檢測人員的習慣、檢測人員操作的工程、鋼筋位置測定儀本身的性能、檢測的位置地點、儀器使用時的溫度、濕度等環境條件以及測量的時間情況等。在這些檢測條件中，對檢測結果影響最大誤差來源主要是檢測技術人員的習慣和操作過程的規范性引起的，所以，我們把鋼筋位置測定儀的再現性又叫做檢測人員的波動性。

(2)實施步驟及檢測數據的結果整理

我們準備5根直徑為16 mm的鋼筋間隔20 cm放置在竹膠板下，在鋼筋保護層探頭上加上塑料墊塊。隨即選3名試驗人員用同一臺鋼筋保護層測定儀每根鋼筋間隔40 cm測2個點，共測10點，每名試驗人員對每個點重復測3次。將檢測數據填入事先準備好的表中。

我們仍然將檢測結果輸入到mintab軟件中進行分析，在輸出的圖形中，我們會分析鋼筋位置測定儀的重復性、再現性以及分辨力的數字。然后對照以下規則判斷儀器是否合格

(3)判別的規則

①對于分辨力我們采用NDC來判斷結果是否滿意，NDC是軟件輸出的基本數據，稱為可區分組數。當NDC小于1時，說明儀器準確率太低，不能用于精確控制；當NDC介于2～4之間時，可以用于參數的粗略估計，但是不能做精確調整；如果要得到滿意的結果，則需要NDC大于5。

②重復性和再現性的研究變異及公差。這個也是軟件輸出的結果，當這一數據大于30%時，儀器不合格；當這一數據介于10%～30%之間時，儀器可以接受；當這一數據小于10%時，則儀器的各方面性能非常好。

(4)數據輸出的結果解讀

利用minitab軟件輸出鋼筋位置測定儀的儀器研究圖形，從生成的儀器分辨力、重復性以及再現性的圖形中我們可以很容易地看出來，NDC等于5，說明分辨力很高；在鋼筋位置測定儀的重復性與再現性誤差方面，其數值分別為17.61%和19.86%，都是在10%至30%之間，說明本檢測系統是可以接受的。

(5)不同鋼筋直徑、同一參考值的測量結果研究

本次所實施的步驟是將5根直徑為28 mm、25 mm、20 mm、16 mm的鋼筋分批間隔20 cm放置在竹膠板下，在鋼筋保護層探頭上加上塑料墊塊。隨即選1名試驗人員用同一臺鋼筋保護層測定儀每根鋼筋間隔40 cm測2個點，共測10點。將檢測數據填入事先準備好的表中。

對數據進行有效處理。用mintab做單因子方差分析。根據軟件輸出的P值來進行判定，假設P值>0.05，那么可以表明鋼筋的直徑與鋼筋保護層厚度檢測值的關聯性不大，否則，說明存在較大的影響。

我們將數據輸入到mintab，輸出的P值為0.097，結果大于0.05，這說明，鋼筋的直徑與保護層厚度之間沒有大的影響。

4 結 論

本研究通過對鋼筋位置測定儀進行系統分析，得出了目前使用的鋼筋位置測定儀其穩定性、分辨力、偏倚和線性、重復性和再現性等指標均在可以接受的范圍之內，可以用于鋼筋保護層厚度和鋼筋位置的檢測用，并且后續使用中，應該經常性地進行系統分析以確保檢測數據的準確性。