钢筋保护层厚度测试影响因素分析

廖家艳，李　金，张　标，何立平

(广西交通科学研究院，广西　南宁　530007)



钢筋保护层厚度测试影响因素分析

廖家艳，李金，张标，何立平

(广西交通科学研究院，广西南宁530007)

廖家艳(1992—)，主要从事试验检测、试验检测档案管理等相关工作；

李金(1988—)，助理工程师，主要从事码头结构检测、桩基检测工作；

张标(1989—)，助理工程师，主要从事岩土工程和港口结构工程的研究工作；

何立平(1977—)，高级工程师，主要从事路面及水运材料工程相关工作。

摘要：文章主要通过成型试件对钢筋保护层厚度测试影响因素进行分析，并结合实体工程进行相关验证。通过大量的钢筋保护层厚度测试发现其影响因素主要包括仪器设备厂家、钢筋直径、混凝土表面状态、保护层厚度设计值等，与实体工程检测结果吻合良好。

关键词：水运工程；钢筋保护层；混凝土构件；水工结构；影响因素

0引言

钢筋保护层厚度是钢筋混凝土工程中极为重要的设计指标之一，其合格率直接影响钢筋混凝土工程结构受力状态和耐久性。尤其是临海港口码头的水工结构，受海洋环境的影响，钢筋混凝土耐久性问题就尤其突出。而在钢筋保护层厚度测试过程中却发现测试数据不稳定，对测试结果影响较大。在大量的钢筋保护层厚度测试过程中发现其影响因素主要包括仪器设备厂家、钢筋直径、混凝土表面状态、保护层厚度设计值等，本文主要通过成型试件对钢筋保护层厚度测试影响因素进行分析，然后通过实体工程进行相关验证。

1试验仪器、材料和方案简介

本次试验采用了4台不同厂家的钢筋保护层厚度测定仪，其中仪器①②为国产仪器，仪器③④为进口仪器，其仪器基本情况见表1。

表1　各种仪器参数列表

试验材料采用各种直径的螺纹钢，混凝土碎石采用花岗岩和石灰岩两种，混凝土配合比采用水运工程常用配比。试验方案具体如下：

(1)先对相同保护层厚度，石灰岩和花岗岩两种碎石的50×50 cm试件不同饱水状态进行对比测试分析，其次对成型表面光滑的试件进行测试后对其潮湿、半干状态进行测试；然后对其表面凿毛并且构造深度达到3~5 mm后测试。

(2)对不同仪器设备的量程及其适用性进行分析，主要对设定的4、6、8、10 mm保护层厚度的50×50 cm试件采用不同仪器设备的所有量程进行测量，分析其测试结果准确情况，初步分析仪器设备对各种保护层厚度测定的适用情况。

(3)对不同仪器设备的精度及其适用性情况分析，对4、6、8 mm保护层厚度和14、16、18 mm钢筋的100×200 cm同一试件，用确定适用的量程的相应仪器进行三次重复测试，分析其误差率、数据稳定性等情况，确定各种仪器的适用性及精度情况。

2钢筋混凝土材料及表面状态对测试结果的影响分析

采用仪器③对两种碎石试件进行干燥光滑表面的保护层厚度测试后，对石灰岩试件进行饱水、半干和凿毛后测试，测试结果见表2。

表2　不同混凝土材料和表面状态测试结果汇总表(mm)

从表2中可以看出，两种不同碎石的试件表面干燥光滑时，其保护层厚度测试结果基本相同，其总体偏差值相同，表明不同碎石材料的混凝土对钢筋保护层厚度测试结果没有任何影响。三种不同饱水状态测试结果也基本相同，总体偏差仅仅相差2 mm，可以认为是测量误差，对测试结果不造成任何影响。

值得一提的是凿毛后测试结果，虽然经过多次测试后取值，但是基本上每个测点都偏大，总体偏差达到16 mm，这对测试结果的影响较大。在测试过程中发现，当平板探头对不平整的试件表面进行测试时，结果往往偏差较大，数据也不稳定，一般偏大3 mm左右，这也提醒测试人员在进行现场测试时必须保证试件表面平整光滑。

3仪器设备量程及其适用性情况分析

用四种仪器及其不同的量程对钢筋保护层厚度设置值约为40、60、80、100 mm的试件进行测试，定性分析各种仪器测试数据，考查各种仪器的量程及其适用情况，测试结果见表3。

表3　4种仪器的不同量程的测试结果汇总表

从表3可以看出仪器①小量程仅能测试保护层厚度<70 mm试件，并且误差较大，最大达到8 mm，其大量程能测试>100 mm保护层厚度，但误差非常大，尤其是测试超过100 mm保护层厚度时误差达到14 mm。仪器②大小量程均只能测试保护层厚度90 mm以内试件，其小量程在测试60 mm保护层是误差最大值2 mm，但是保护层厚度达到80 mm左右时，误差达到4 mm。其大量程相对来说数据较为稳定，最大误差在3 mm。仪器③无大小量程的区别，测试精度较高，误差在2 mm以内。仪器④小量程能测试90 mm以内试件，其误差也能控制在2 mm左右，其大量程测试小的保护层厚度误差达到4 mm，测试大的保护层厚度的误差为5 mm左右。

总的来说控制70~80 mm以下保护层厚度时应使用小量程测试，反之则用大量程测试比较合适。

表4　大型试件测试结果汇总表

4仪器设备精度及其适用性情况分析

利用四台仪器对成型的大型试件中的四条钢筋进行三次重复测试，测试结果见表4。根据前文测试结果分析，其中钢筋一、四采用大量程测试，钢筋二、三采用小量程测试。对测试结果进行统计分析，其误差率是指三次测试值与设置值之差的绝对值的平均值与设置值平均值的商，以百分比表示。偏差上限、下限是指最大正偏差和最大负偏差，如果没有正偏差则取最小负偏差，如果没有负偏差则取最小正偏差。标准差指9个测试值的离散情况，代表数据的稳定性。

如果以规范JTS 257-2008《水运工程质量检验标准》附录D水运工程混凝土结构实体质量验证性检测要求D.3——钢筋保护层厚度检测为例，其钢筋保护层测厚仪的误差要求见表5。

表5　钢筋保护层测厚仪检测误差数值表

对于仪器①，其对钢筋二、三的误差率在2.5%，基本符合精度要求，但是其偏差上限的误差率达到4.5%和5.6%，已经超出相应规范测试误差范围。对于钢筋一、四其误差率和最大偏差更加离谱。在数据中可以看到，当保护层厚度增大时，测试值反而减小，证明仪器灵敏度非常低。另外从标准差来看，也说明测试数据较为离散，从以上分析可知仪器①钢筋保护层测试结果可靠度较低，不建议使用。

对于仪器②，对四根钢筋的误差率基本能够达到要求，但其四钢筋的偏差上限、下限的误差率达到4.6%~6.9%，已经超出上述规范的测试误差范围。但是其整体数据较为稳定，相对仪器①其数据的稳定性和误差率均好一些。值得一提的是仪器②在测试保护层厚度>60 mm后仅显示偶数值，仪器厂家在保证测量范围的同时牺牲了仪器的精度。

对于仪器③，其平均误差率、偏差上限、下限和标准差均能达到要求，其最大偏差的误差率仅4%左右，标准差也仅仅0.43，说明仪器稳定性非常好，同时其测试精度也是四台仪器中最高的。

对于仪器④，对小量程范围的钢筋二、三其误差率基本在要求范围以内，同时其最大偏差的误差率也较小。但是对于大量程范围的钢筋一、四其误差率和最大偏差的误差率都非常高。值得一提的是其标准差很小，数据离散性小，说明仪器本身出了系统误差，是可以修正的。

总的来说，仪器①性能较差不建议使用，仪器②整体性能较为稳定，但精度稍差。仪器③各方面性能较好，在测定范围内准确率很高。仪器④存在系统误差，需要进行系统修正后，重新验证后使用，由表5数据来看，仅适合测试保护层厚度在50 mm左右的构件。

另外表5中有三种不同的钢筋直径，其相应仪器的误差率并未随钢筋直径变大而减小，说明在仪器测试范围内由于钢筋的直径影响产生的误差，远达不到由于测试过程和仪器设备自身性能造成的误差，因此可以忽略不计由于钢筋直径造成的误差。

5测试过程中的一些现象分析及探讨

(1)构件表面不平整。在测试过程中发现，即便试件表面有不到1 mm的凸出块，其测试结果也会相差3 mm以上。这就要求测试前必须对试件表面进行打磨平整光滑，否则对测试结果影响非常大。

(2)灵敏度。主要体现在某些仪器在实际钢筋保护层厚度变大时，仪器测试值却不断变小，或者是一根钢筋有的几个测点，中间测点保护层厚度测试值小于或大于两端的测点。证明仪器的灵敏度和精度都不够，在实际测试中应特别注意关注。

(3)钢筋位置确定。本次测试使用的四种仪器均出现了钢筋位置定位不准确的情况。一般来说，仪器确定的钢筋位置比实际钢筋位置要沿探头行进方向滞后1~3 cm。滞后的距离与仪器自身的性能有关，同时与测试时探头行进速度有关，速度快，滞后距离越大。在实际工作中可以采用双向测试，确定正反两次测试时钢筋的位置，其中点即为钢筋的位置，但是要求每次测试时探头行进速度相同。

(4)测试原理及仪器电量。在测试过程中发现仪器性能区别很大，比如仪器③在非常接近钢筋时才有反射信号，而仪器①在较远时就有反射信号，这说明仪器自身设置相差很大。其发射的电磁波的波长和强度对测试精度的影响较大，同时电池的电量也会影响测试精度。

(5)圆柱体构件测试。采用平板探头测试圆柱体构件时，由于探头信号发射点很难保持与钢筋距离最小，导致平板探头测试圆柱体构件保护层厚度偏大。用滑轮探头测试时由于构件表面有弧度导致测试结果偏小，但是可以根据构件的直径和滑轮的间距进行修正。因此建议圆柱体构件采用滑轮探头测试后修正测试结果。

6结语

在水运工程实体检测中，钢筋保护层的厚度检测已作为一项重要的指标，为了保证检测数据的准确性，这就需要检测人员在检测时，能多了解一些设计资料，了解相关的规范，严格按照规范要求和仪器操作方法进行检测，减少各种外在因素对测试结果产生的影响。

参考文献

[1]JTS 257-2008,水运工程质量检验标准[S].

[2]张启明.钢筋保护层厚度的测试及主要影响因素分析[J].河南科学，2010，28(2)：201-203.

Analysis on the Influencing Factors of Reinforced Protective Layer Thickness Testing

LIAO Jia-yan，LI Jin，ZHANG Biao，HE Li-ping

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Abstract：This article analyzed the influencing factors of reinforced protective layer thickness testing mainly through the molded specimen，and conducted the relevant verification combined with the physical engineer-ing.Through a lot of reinforced protective layer thickness testing，it was found that the influencing factors mainly include the equipment manufacturers，rebar diameter，concrete surface state，protective layer thick-ness design values，etc.，which are well consistent with physical engineering test results.

Keywords：Water transport engineering； Reinforced protective layer； Concrete structures； Hydraulic structure； Influencing factors

收稿日期：2015-05-02

文章编号：1673-4874(2015)05-0087-04

中图分类号：U445

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.05.024

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