橋梁混凝土中鋼筋保護層厚度檢測準確性分析

趙炯

（甘肅省隴南市文縣交通運輸局，甘肅 隴南 746400）

0 引言

混凝土混合鋼筋材料可以為構造物提供穩定的支撐。但是二者的力學性質卻存在巨大的差異。之所以可以混合在一起應用到構造物建造上，主要是因為混凝土材料和鋼筋材料之間具有較強的黏合力，也可在荷載力的作用下一起變形，以此來實現結構功能的發揮。另外，二者的溫度線膨脹系數相對較為接近：混凝土的膨脹系數范圍為1.0×10-5～1.5×10-5oC；鋼筋的膨脹系數則為1.2×10-5oC 在環境溫度變化過程中，二者之間的黏結性不會受到溫度應力的影響和破壞，且混凝土包裹在鋼筋材料的外部結構上，不僅可以起到鋼筋防腐蝕的重要作用，也可實現兩種材料共同作用。由此可以明確的是，除了原材料能夠影響鋼筋混凝土的承載能力和耐久性之外，混凝土保護層的厚度也決定其各項性能的發揮效果。

1 鋼筋混凝土保護層厚度的重要性

一般混凝土保護層都會被設計在鋼筋構件的外緣表面上，以此來保護鋼筋不受環境因素的侵蝕或者一些外界因素的破壞，也可提升鋼筋與混凝土之間的黏結程度。

從承載力角度分析，保護層可以保障鋼筋和混凝土二者同時受力。此時將保護層厚度設為c，鋼筋直徑設為d，根據相關受力分析結果可知，保護層厚度過薄，導致c 和d 的比值偏低。相關試驗表明，該比值如果過小，很容易導致鋼筋在受力變形期間，周邊的混凝土受到鋼筋變形所產生的環向拉力。在縱向方向上，保護層發生劈裂，降低二者之間的黏結強度。如果保護層厚度較大，那么可以根據其正截面受彎承載力的計算來表示其穩定程度。此時如果c 值偏大，那么截面的有效高度h0會小于設計數值，說明該建筑承載力不滿足要求，對建筑設計的安全性造成負面影響。

從耐久力角度分析。混凝土自身屬于高堿性環境材料，對鋼筋進行包裹會形成一層保護膜，保護鋼筋材料[1]。如果混凝土保護膜的厚度不足，會導致結構缺少足夠的致密性。外界環境中的水分和氣體等微量分子就會進入結構內部，腐蝕鋼筋，甚至會導致結構膨脹，最終使整個結構失去支撐作用。另外，保護層過厚可以延長鋼筋的使用壽命。

2 分布鋼筋間距影響分析

2.1 試驗構件

研究分布鋼筋間距對箍筋保護層厚度檢測精度的影響，設定采用兩個厚度分別為30mm 以及35mm，鋼筋分布及保護層厚度一致的構件進行試驗。技術人員將各構件箍筋直徑以及間距分別設定為12mm 以及15cm，分布鋼筋直徑設定為10mm，間距設定以10mm 為間隔，從70mm 至150mm。

2.2 試驗結果

利用游標卡尺分別對試驗所用的測試構件箍筋保護層厚度值進行一次試驗檢測，檢測所得數據分別是30.06mm、34.62mm。之后使用軟件對構件箍筋保護層進行了測量，將兩次檢測所得數據橫向對比，最終獲得數據對比結果。進行數據對比后總結：第二層鋼筋（箍筋）保護層厚度與第一層分布鋼筋的間距之間呈現負相關的關系，如若分布鋼筋的間距越小，那么箍筋的保護層厚度就會越大，反之則越小[2]。

經過詳細檢測，最終獲得兩個測試構件箍筋保護層厚度分別為30.06mm 以及34.62mm。在得到相應數值后利用專業的Profometer5 對試驗所用構件箍筋保護層厚度進行測量，并將軟件測量結果與實際測量結果進行對比分析，形成厚度對比結果。如若第一層鋼筋間距達到相應數值后，第二層箍筋保護層厚度就不會受到第一層鋼筋的影響。如若第一層分布鋼筋的間距超過1.3cm，那么經過Profometer5 測量所得的數據都會保持29mm 和34mm。

3 率定曲線

3.1 率定試驗

在進行檢測過程中，選取一段與檢測構件材料相同，長度為500cm 的鋼筋。在測試過程中，首先確保探頭設備以及鋼筋之間保持平行狀態，隨后依照一定頻率控制探頭向鋼筋方向靠攏，最終測定探頭底面與鋼筋表面之間的距離，為后續研究提供真實數據支持。完成測量工作后，分別將儀表讀數以及測定模擬保護層厚度設定為縱坐標和橫坐標，繪制出相應的率定曲線。

在完成此步驟后，依照相關文件規定的橋梁施工要求，對鋼筋和箍筋的布設方案進行設計。此工程使用與25mT 梁相同的鋼筋材料開展試驗。此次試驗中設定箍筋以及分布鋼筋直徑分別為12mm 以及10mm，間距分布控制在12cm 以及90mm、100mm、110mm、120mm。在實際工作中利用不同厚度均值墊塊作為保護層開展試驗，其厚度控制在25～55mm 區間范圍內。

在對墊塊保護層的厚度進行檢測，隨后利用鋼筋位置測定儀對模擬的保護層厚度進行測定，并且記錄數據，所獲得數據用H 表示[3]，不同保護層厚度、不同分布鋼筋間距下箍筋的測試結果見表1。

3.2 率定曲線及率定公式

在實際工作中將儀表讀數H 以及實際保護層厚度值分別設定為縱坐標和橫坐標，并在充分依據如表1中所示測定結果前提下，對各分布鋼筋間距率定曲線進行繪制，得出箍筋保護層厚度率定曲線[4]。

表1 率定試驗結果

為確保工程應用便捷性，可以使用保護層修正計算公式對不同公式條件下獲取的計算結果進行整理，所獲得數據帶入率定曲線公式中擬合，最終獲得誤差率，形成率定公式見表2。表2中，Hx以及H分別表示保護層厚度修正值以及儀器顯示值，進而可得誤差率計算公式為（Hx-實際值）/實際值×100%[5]。由表2中數據可知，各率定公式計算結果以及實測值之間誤差率較小，最大值為1.4%。

表2 率定公式以及誤差率

4 實例驗證

為驗證修正公式實用性，選取某地區橋梁工程進行實踐驗證。案例工程為某地區依照交通運輸部發布的標準圖紙設計建造的25mT 梁橋。試驗研究過程中將目標橋梁的跨中截面箍筋保護層厚度設定為36mm，同時設定鋼筋依照10mm 間隔分布布置。隨后借助專業的鋼筋位置測定儀，開始測定鋼筋保護層厚度（H），同時利用測定儀對已經測定的鋼筋段相鄰的兩個鋼筋分布位置進行標定，測定鋼筋分布間距，所得數據為L。最后利用計算公式獲得鋼筋修正值，即Hx。在進行驗證時，選擇在現場鑿孔對保護層厚度H3進行檢驗。在檢驗中共計測了7 根箍筋，最終所獲得的所有數據詳見表3。

表3 T 梁保護層厚度分析表

依據表3中數據可知，率定公式修正值以及鑿孔實測值基本保持一致，最大誤差以及最大誤差率分別為1.19mm 以及4.1%，由此可見，率定公式計算結果精準度滿足實際需求，可以用于工程實踐之中。

將表2以及表3進行橫向對比可知，表3中的誤差率均明顯高于表2中的誤差率。經過研究發現，導致這一現象的主要原因是率定修正公式擬合的依據為室內試驗推導，與試驗過程中應用的保護層和實際施工現場混凝土檢驗之間存在的差異較大。因此，為了能夠最大程度提升率定修正工作的精準度，在對率定公式進行更深層次的研究中，應選用與現場測試構件以及鋼筋分布相同的材料。

5 結語

綜上所述，依據試驗結果可得：

第一，第二層鋼筋，即箍筋的實際保護層厚度會受到第一層鋼筋，即分布鋼筋間距的影響，且分布鋼筋間距越大，那么箍筋的保護層厚度就會越小，反之則會越大。

第二，研究成果顯示，率定公式計算值和實際測量值之間存在的誤差較小，最大誤差率也僅有1.4%。

第三，在施工現場，實際測量結果發現，率定公式修正值與鑿孔實測值保持基本一致，由此證明率定公式的計算精準度可以滿足工程施工的實際計算要求，可以廣泛應用于分布鋼筋保護層的測定工作。

第四，為切實保障率定公式修正值的精準性，在后續工作中應盡可能采用與現場測試構件規格參數一致的構件進行檢測。