鋼筋混凝土檢測設備自校模塊的設計及應用

孔晟

（浙江交工交通科技發展有限公司，杭州 310000）

1 引言

對于工程質量的管理，試驗檢測無疑是不可或缺的一環，它不僅可以反映工程的質量水平， 還可以為決策者提供有效的參考，以便更好地控制、監督和評估工程的質量。 為了確保試驗檢測的準確性和可靠性，必須將其溯源至國家規范，而且還需要對相關儀器設備進行溯源， 以便更好地了解設備的使用情況。

2 鋼筋混凝土檢測設備自校模塊技術原理

2.1 技術背景

隨著施工單位、 建設單位和監理單位對工程實體質量要求的日益嚴格，如何加強對過程質量的控制和監督，以及如何實現自檢、自控和強化，已經成為當前面臨的一個重要挑戰。鑒于此， 各單位已經配備混凝土鋼筋檢測儀和樓板厚度檢測儀，以便進行項目的自檢自控，但由于這些設備缺乏有效的量值溯源，為了提高工作效率，需要研究設計一種自校模塊和裝置，用于自校樓板測厚儀和混凝土鋼筋檢測儀。 不僅如此，相關單位還編制了相應的自校方法， 以便自我檢測和監控檢測設備的性能。 通過研發自校模塊及裝置，可以有效保證樓板測厚儀和混凝土鋼筋檢測儀在頻繁使用中的準確性， 同時編制校驗方法也可確保設備能夠溯源到國家基準， 從而節省大量的檢定費用和檢定時間。

2.2 技術原理

基于電磁波運動學、 動力學原理以及現代電子技術設計研制的樓板測厚儀和混凝土鋼筋檢測儀，具有多種功能，包括信號的發射、接收、處理和顯示等，它們可以將被測板面的上下兩側的電磁信號傳輸到測量儀， 并且可以根據測量結果自動計算出發射到接收探頭的距離， 從而實現對樓板厚度的快速測量。 這一過程中，工作人員只需移動接收探頭，即可獲得最小值，也可準確測量樓板的厚度[1]。 圖1 所示為樓板測厚儀檢測實圖。

圖1 樓板測厚儀檢測實圖

針對混凝土鋼筋檢測儀，通過檢測鋼筋與探頭之間的電磁場的相互作用，可以精確估算出鋼筋的尺寸、長度、粗細等參數，并且能夠精確計算出混凝土保護層的厚度和鋼筋之間的距離。為了更好地檢測樓板厚度、混凝土鋼筋等，單位研發出一種新型的自校模塊，其將未知信息轉換為已有信息，從而讓儀器能夠按照規范進行測試，并且可以根據測試結果對儀器進行自校，這不僅可以達到更高的測試精度，還可以追溯至國家規范。

3 鋼筋混凝土檢測設備自校模塊的設計

3.1 設計目標與要求

單位開發的新型自校模塊， 旨在提高樓板測厚儀和鋼筋檢測儀的自動化水平，并且能更好地控制設備檢測的精度。 同時借助裝置輔助模塊自校，發揮裝置的硬件功能，不僅可以替代傳統、落后的檢測方法，還能提高檢測過程的自動化水平，降低測量成本，也有助于提高生產效率。 此外，發揮模塊與裝置的作用還能減小檢測過程中造成的人為誤差， 測量精度也可進一步提高。

在實際設計中，為了獲得最佳效果，必須嚴格按照基本準則進行操作。 首先，要選擇高質量、低成本且應用效率較佳的技術和設備[2]。 其次，要注重安全，所有的電機、傳動系統都要配備防護套，以確保在使用時能夠得到充分的保障。 通過使用先進的軟件系統，還可以在保證高效率的前提下，快速比較待測儀器的檢測結果與高精度光柵尺內的傳感器的反饋信息，從而評估設備的準確性。

3.2 模具與材料設計

模具設計過程中，選擇了18 cm 厚、強度高且加工性能優良的鋼板。 同時對鋼板表面進行了車床找平拋光，使其平整度達到了0.15 mm。 還對模具的長、寬、高、內徑尺寸進行了嚴格控制，保證其不超過0.3 mm。 此外，還使用了內六角螺絲將其緊密連接，并且在模具內壁上安裝了控制高度的刻度線，明確了預埋固定鋼筋的位置和高度。 實際設計中，需要保證刻度線的水平高度和圓孔的尺寸精度不超過0.13 mm。為了獲得最佳的自校效果， 在拌和之前， 應當徹底去除混凝土中的金屬元素，以免給儀器帶來不必要的電磁干擾，并且還應優先選擇混凝土作為自校塊的主要材料。此外，還可選擇直徑為6 mm 或7 mm 的光圓鋼筋作為預埋鋼筋。

3.3 模塊設計與制作

根據預先設計的模塊尺寸，將鋼筋安裝在試件上，其兩端露出的長度應超過45 mm，而且鋼筋軸線應與試件表面保持平行。 同時，需保證鋼筋外露端軸線與試件表面的垂直距離差控制在0.6 mm 以內，混凝土應使用C45 細石自密實混凝土，禁止使用振動棒進行振搗，以防止鋼筋位移或變形。 試件的高度，應根據刻度線進行精確測量，尤其是在混凝土表面收光時，必須嚴格控制，確保測量的精確性[3]。 為了提高試件的完整性和耐久性，還需將其固定在刻度線上，并在試件高度2/3 的位置安放塑料土工格柵， 還要使用高強度的混凝土提高試件的表面強度，以確保試件的標定數值在自校過程中不會發生變化。

此外，為了提高自校的準確性，可以利用裝置輔助模塊操作。 例如，支撐裝置可以采用非金屬陶瓷材料，這是因為其測量原理是以電磁原理為基礎。 重要的是，承重平板上安裝了鋼筋和標準塊，可以有效承受重量。 這些支撐物對整個裝置的運行至關重要，可以保證其在工作過程中的合理性與穩定性。

4 鋼筋混凝土檢測設備自校模塊的應用

4.1 模塊標定

在實際工作中，需要對許多項目進行自校，如外觀質量。為了確保工程的美觀性和實用性，應避免出現瑕疵，如缺棱掉角或裂縫。 此外，還應確保自校的不平整度、模塊厚度、鋼筋保護層的厚度和鋼筋的位置和間距的誤差能被控制在±0.5 mm以內。 為了進一步提高測量的精確性，應合理使用專門為自校而設計的標準儀器，儀器的尺寸、位置等參數應當符合相關規范，并且可以追溯至國家基準。 最后，還應在自校模塊上應用標準儀器精確測量模塊的厚度、鋼筋保護層的厚度、鋼筋之間的距離等參數。

4.2 自校方法及模塊驗證

根據國家頒布的計量技術規范標準， 應合理編制自校方法，還要嚴格執行相關的評審和確認程序，將通過本方法校驗的混凝土自校模塊貼上合格標簽，并將檢驗記錄存檔，只有在獲得審核確認之后，才可以正式使用。與此同時，還應繪制量值溯源框圖，借助具有規定不確定度的不間斷的比較鏈，使測量結果或標準值能和規定的參考標準， 如國家計量基準聯系起來，可更好地保證測量結果的有效性與合理性[4]。 不僅如此，由于測量人員的操作不當、 環境條件的變化以及標準物質的失控，測量結果的精度可能會受到影響，因此，為了確保測量結果的準確性和可靠性，除了定期進行檢定和自校外，單位還應定期對測量設備的功能和特性進行審核，以確保它們的可靠性。

為了確保樓板厚度檢測儀和混凝土鋼筋保護層設備的準確性，應嚴格按照檢測操作步驟進行自校，確保檢測精度和誤差符合標準規定，并認真記錄自校數值。 在自校過程中，需要對所有設備進行嚴格的檢查， 并在每臺設備上粘貼自校合格準用標識，以確保它們符合規定的項目和量程范圍，同時也應對不符合的項目和量程范圍進行說明， 并將自校記錄和證明文件隨機提供給設備操作人員， 以便他們能夠在日常檢查時進行相應的參考。

4.3 工作流程

在鋼筋檢測儀檢測自校的過程中， 需要先確定其自校零點，還要在承重平板的凹形槽里放入鋼筋，并在其上方安裝一個自校模塊。 再使用電機驅動承重平板，直到其表面與壓力式傳感器接觸。 這樣就可以使用光柵尺來獲取設備的高精度位移數據。 而且使用鋼筋檢測儀也可檢查其厚度，再將兩組數據進行比較，也可明確鋼筋檢測儀的檢定結果。 此外，需要移除模塊，并使用鋼筋檢測儀重新測量當前空氣介質層下的厚度，再將不同介質層下的檢測數值進行匯總和分析， 可為后續的軟件補償提供有力的依據。

在自校樓板測厚儀的過程中， 首先需要將空的承重平板提升至一定高度， 以便讓圓柱塊表面與掃描平板下表面充分接觸，此時，壓力式傳感器會發出一個突變信號，需將此時的位置記錄為零點位。 其次，利用物理機械的原理確保樓板測厚儀的接收探頭和圓柱塊表面保持平行， 再利用物理機械方法保證樓板測厚儀的發射探頭和接收探頭的中心點完全重合。通過伺服電機驅動承重平板，將模塊不斷提升，直到模塊上表面與掃描平板的下表面完全接觸， 這一環節壓力式傳感器會發出一個突變的信號，模塊也會停止上升。

在這個過程中，應記錄涉及的厚度檢測值，隨后記錄光柵尺相對于零點位置的位移，還要將這些信息傳回后臺軟件。 不僅如此，還需要取下模塊，并利用光柵尺的位移數據記錄值，使伺服電機能夠驅動無模塊的承重平板上升到記錄值的位置，再使用儀器通過前兩個步驟檢測空氣介質層下的厚度。 通過重復上述步驟，可以獲得不同組的檢測值，并將這些結果與光柵尺的位移值進行比較，可以確定該儀器的檢測精度。 這一設備采用了光柵尺檢測，其檢測精度可達到微米級，因此，其檢測精度可以滿足國家規定的相關要求。 此外，通過多組模塊介質層下與空氣介質層的厚度檢測結果的比較， 可以發現由于介質層的變化所產生的細微偏差，因此，需要采取有效的措施，如使用軟件進行數據補償， 以減少實際情況下水泥板與空氣介質層之間的差異，從而提高檢定自校設備的精確性。經過多次試驗和實際操作，可以發現該設備的檢測精度達到了國家規定的最高水平。

5 結語

總而言之，單位設計的自校模塊既可以滿足鋼筋間距、混凝土保護層厚度以及板厚3 個檢測項目的要求， 又能提供一個高效、易于操作的自校體系，可以將自校結果追溯至國家標準，并在實踐中得到了驗證，其精度誤差可控制在±0.5 mm，不僅節省了大量的檢定成本，還縮短了檢定時間。 在經常使用的工作周期內， 定期的自校不僅有助于增強使用者的安全感與對設備的信任度， 還可以為檢測設備的精確性和可靠性帶來更大的保障。 近兩年來，作者所在單位的檢測工作取得了顯著成效，不僅提升了建筑物樓板厚度和鋼筋保護層的合格率，還增強了施工管理效率和檢測人員的質量意識， 有效減少了自校費用和時間，也獲得了良好的社會效益和經濟效益。