電磁感應(yīng)法在混凝土鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)中的應(yīng)用

張錦滿,李倍安,周 玉

(1.廣西交投科技有限公司,廣西 南寧 530025;2.廣西高速公路養(yǎng)護(hù)工程技術(shù)研究中心,廣西 南寧 530025;3.廣西新祥高速公路有限公司,廣西 南寧 530029)

0 引言

近年來(lái),品質(zhì)工程理念已經(jīng)逐步深入人心,推進(jìn)“平安百年品質(zhì)工程”建設(shè)已經(jīng)成為交通行業(yè)的共同愿景。對(duì)于橋梁混凝土工程而言,應(yīng)該使用質(zhì)量穩(wěn)定可靠的合格原材料,并運(yùn)用先進(jìn)的工藝、設(shè)備來(lái)提高鋼筋混凝土保護(hù)層厚度合格率,降低離散性,做到內(nèi)實(shí)外美,確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件的外觀質(zhì)量和耐久性。采用電磁感應(yīng)法檢測(cè)工程構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度時(shí),檢測(cè)前一般使用鋼筋探測(cè)儀校準(zhǔn)裝置對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)。由于工程構(gòu)件中鋼筋密集,校準(zhǔn)裝置與工程構(gòu)件工況存在較大差異,儀器電磁信號(hào)強(qiáng)弱對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響是實(shí)際檢測(cè)工作中必須解決的問(wèn)題,因此如何保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠,真實(shí)反映工程質(zhì)量,是每一位檢測(cè)人員首要思考的問(wèn)題。

1 電磁感應(yīng)法檢測(cè)原理

電磁感應(yīng)法檢測(cè)鋼筋保護(hù)層厚度的原理是利用信號(hào)發(fā)射單元向混凝土發(fā)射電磁信號(hào),產(chǎn)生電磁場(chǎng),當(dāng)金屬物體位于電磁場(chǎng)內(nèi)時(shí),會(huì)改變電磁場(chǎng)的磁力線,造成局部電磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化。不同尺寸的金屬物體到探頭的距離與電磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。信號(hào)處理單元對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理和運(yùn)算,以數(shù)值和指示條的形式顯示出來(lái),檢測(cè)技術(shù)人員以此確定混凝土構(gòu)件中鋼筋保護(hù)層厚度[1]。

2 儀器的校準(zhǔn)

檢測(cè)之前在標(biāo)準(zhǔn)試件上進(jìn)行自校。自校是指使用儀器和尺子分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件(一般采用對(duì)儀器不產(chǎn)生電磁干擾的環(huán)氧樹脂、玻璃、木材、混凝土等材料作為隔離材料,內(nèi)部放置未經(jīng)拉拔等力學(xué)試驗(yàn),且表面未受化學(xué)侵蝕的鋼筋制作而成)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì),當(dāng)兩者之差滿足±1 mm 的誤差要求時(shí),校準(zhǔn)合格。

3 電磁感應(yīng)法檢測(cè)流程

(1)使用標(biāo)準(zhǔn)試件對(duì)儀器進(jìn)行自校。

(2)根據(jù)構(gòu)件類型、受力筋直徑、箍筋間距、保護(hù)層厚度等信息,設(shè)置儀器參數(shù)并選擇合適量程。

(3)進(jìn)行預(yù)熱與調(diào)零,調(diào)零過(guò)程中需遠(yuǎn)離金屬物體。

(4)選定檢測(cè)區(qū)域,使用儀器確定上下兩條箍筋位置并做出標(biāo)記。

(5)將儀器檢測(cè)區(qū)域放置在兩條箍筋之間,并沿垂直于受力筋的方向移動(dòng)儀器進(jìn)行檢測(cè)。

(6)當(dāng)聽到儀器發(fā)出“蜂鳴”聲時(shí),記錄檢測(cè)結(jié)果。

(7)當(dāng)認(rèn)為相鄰鋼筋對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響、不確定鋼筋直徑或有異議、實(shí)際檢測(cè)值與設(shè)計(jì)值相差較大、鋼筋和混凝土材質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)試件存在較大差異時(shí)可采用直接法進(jìn)行驗(yàn)證。

4 檢測(cè)結(jié)果影響因素分析

在使用電磁感應(yīng)法檢測(cè)工程構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度過(guò)程中,人員、儀器、操作方法、環(huán)境等都可能對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響,因此必須嚴(yán)格按操作規(guī)程開展檢測(cè)工作,確保檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性。本文依托實(shí)體工程試驗(yàn)墩,分析探測(cè)儀校準(zhǔn)及電磁信號(hào)強(qiáng)弱對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。工程試驗(yàn)墩見(jiàn)下頁(yè)圖1。

圖1 工程試驗(yàn)墩示例圖

4.1 探測(cè)儀校準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

在使用鋼筋探測(cè)儀之前,應(yīng)按照規(guī)范要求先使用校準(zhǔn)裝置進(jìn)行校準(zhǔn),校準(zhǔn)裝置內(nèi)框設(shè)置3根鋼筋標(biāo)準(zhǔn)樣,鋼筋標(biāo)準(zhǔn)樣可在多個(gè)預(yù)留孔內(nèi)靈活擺放,簡(jiǎn)單模擬工程實(shí)際構(gòu)件工況(見(jiàn)下頁(yè)圖2)。使用鋼筋探測(cè)儀在校準(zhǔn)裝置基準(zhǔn)面上設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn),然后用尺子分別在3個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量基準(zhǔn)面至鋼筋表面的距離,檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)表1。

表1 鋼筋探測(cè)儀校準(zhǔn)結(jié)果表

圖2 鋼筋探測(cè)儀校準(zhǔn)裝置示例圖

由表1可知,鋼筋探測(cè)儀的校準(zhǔn)結(jié)果與尺量結(jié)果的偏差最大為 1 mm,校準(zhǔn)結(jié)果符合試驗(yàn)規(guī)程的要求,儀器性能良好。

校準(zhǔn)完成后使用鋼筋探測(cè)儀檢測(cè)工程試驗(yàn)墩的保護(hù)層厚度,共檢測(cè)了20個(gè)測(cè)點(diǎn),并使用尺子直接測(cè)量了試驗(yàn)墩頂部相同編號(hào)主筋的保護(hù)層厚度,檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。試驗(yàn)墩按照工程設(shè)計(jì)圖紙的墩柱直徑1∶1制作,直徑約 150 cm,墩高約 200 cm;主筋為直徑 28 mm的熱軋帶肋鋼筋,間距為 129 mm;箍筋為直徑 10 mm 熱軋光圓鋼筋,間距為 100 mm,橫向盤繞在受力主筋的外側(cè)。

表2 不同方法檢測(cè)試驗(yàn)墩鋼筋保護(hù)層厚度結(jié)果分析表

從表2試驗(yàn)結(jié)果顯示,尺量結(jié)果與鋼筋探測(cè)儀檢測(cè)結(jié)果差值最大為6.3 mm,最小為1.7 mm,鋼筋探測(cè)儀結(jié)果整體偏小,依據(jù)《混凝土中鋼筋檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 152-2019)中的4.7.1公式對(duì)鋼筋探測(cè)儀的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正[2]:

(1)

式中:CC——混凝土保護(hù)層厚度修正量(mm),精確至0.1 mm;

n——鉆孔、剔鑿驗(yàn)證實(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù)。

依據(jù)表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算混凝土保護(hù)層厚度的修正量CC=4.3 mm。

修正后試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 修正后的試驗(yàn)結(jié)果表

經(jīng)過(guò)修正后,尺量結(jié)果與探測(cè)儀結(jié)果的偏差值最大為2.6 mm,最小為0 mm,偏差明顯減少,大大提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

由此可見(jiàn),校準(zhǔn)裝置布置的鋼筋較少,沒(méi)有橫向箍筋,工況相對(duì)簡(jiǎn)單,而試驗(yàn)墩布置的鋼筋比較多,配有橫向箍筋,且檢測(cè)基準(zhǔn)面為曲面,工況相對(duì)復(fù)雜,密集配筋容易造成電磁信號(hào)干擾,影響檢測(cè)結(jié)果。所以在實(shí)際工程檢測(cè)中,需開孔驗(yàn)證或使用試驗(yàn)墩檢測(cè)校準(zhǔn),以確保檢測(cè)結(jié)果真實(shí)可靠。

4.2 電磁信號(hào)強(qiáng)弱對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

按照《混凝土中鋼筋檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 152-2019)的要求,采用鋼筋探測(cè)儀檢測(cè)工程實(shí)體墩柱的鋼筋保護(hù)層厚度。實(shí)體墩柱的尺寸和鋼筋的布置與試驗(yàn)墩基本相同,共檢測(cè)20個(gè)點(diǎn),檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。然后選擇3個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行開孔破檢,尺子測(cè)量保護(hù)層厚度的結(jié)果見(jiàn)表5。通過(guò)對(duì)比探測(cè)儀和尺量結(jié)果,發(fā)現(xiàn)兩者偏差較大,原因?yàn)殇摻畈贾幂^密,對(duì)電磁信號(hào)產(chǎn)生了干擾。根據(jù)破檢結(jié)果調(diào)整鋼筋探測(cè)儀電磁信號(hào)強(qiáng)度后,對(duì)該墩柱相同測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行復(fù)測(cè),共復(fù)測(cè)20個(gè)點(diǎn)。復(fù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

表4 工程實(shí)體墩柱鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)結(jié)果表

表5 破檢(直接法)保護(hù)層檢測(cè)結(jié)果表

表6 墩柱保護(hù)層厚度復(fù)測(cè)結(jié)果表

經(jīng)過(guò)表6復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)分析,調(diào)整儀器電磁信號(hào)強(qiáng)弱對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響比較大。在實(shí)際工作中,檢測(cè)前應(yīng)在工程試驗(yàn)墩對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn),或進(jìn)行實(shí)體構(gòu)件開孔驗(yàn)證,以復(fù)核儀器的電磁信號(hào)強(qiáng)度是否一致,確保檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

電磁感應(yīng)法廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)中,通過(guò)該方法檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)層厚度對(duì)評(píng)價(jià)混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性起到了關(guān)鍵作用,因此保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性十分必要的?，F(xiàn)有校準(zhǔn)裝置可模擬較為簡(jiǎn)單的工況,校準(zhǔn)完成后雖符合規(guī)程要求,但在檢測(cè)工況復(fù)雜的構(gòu)件時(shí)仍存在偏差。同時(shí),調(diào)整儀器電磁信號(hào)強(qiáng)弱會(huì)顯著影響檢測(cè)結(jié)果。因此,在開展檢測(cè)工作前,采用工程試驗(yàn)墩對(duì)儀器進(jìn)行校驗(yàn)很有必要,以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。檢測(cè)人員需要規(guī)范操作儀器,遵守管理制度,不能隨意調(diào)整鋼筋探測(cè)儀電磁信號(hào)強(qiáng)弱,以免影響檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性。