钢筋斜置对保护层厚度检测精度的影响

孟文专，吴海兵，华卫兵，王广芹

（苏交科集团股份有限公司，江苏　南京　211112）

钢筋斜置对保护层厚度检测精度的影响

孟文专，吴海兵，华卫兵，王广芹

（苏交科集团股份有限公司，江苏南京211112）

采用雷达法和电磁法探究了钢筋斜置对保护层厚度检测精度的影响。结果表明:雷达法在保护层厚度为40～90 mm范围内的检测精度较高，且钢筋斜置不影响检测精度；电磁法在保护层厚度为40～60 mm范围内的检测精度较高，且钢筋斜置不影响其检测精度，当保护层厚度大于60 mm时检测精度较低，无法确定钢筋斜置是否对检测精度产生影响。

钢筋保护层；斜置；雷达法；电磁法；检测精度

钢筋保护层的无损检测主要有电磁感应法和雷达法，在实际工程中电磁感应法应用较为广泛[1-2]，雷达法在一些大型的、保护层厚度较大的工程应用较多。港珠澳大桥工程设计使用寿命为120 a，钢筋保护层厚度达50~107 mm，已投入4台钢筋混凝土雷达进行保护层厚度检测，该项检测对确保混凝土耐久性及结构安全意义重大。

在现有的施工水平下，由于现场钢筋绑扎不到位、作业人员的踩踏、振捣的扰动、浇筑混凝土的冲击、垫块的脱落，普遍存在着钢筋未与模板（混凝土表面）保持平行的现象，即钢筋斜置，然而大多数工程检测人员在保护层检测中忽略了钢筋斜置问题，且目前保护层检测精度的研究[3-6]大多针对钢筋直径、钢筋间距、钢筋网片等因素的影响，几乎未见关于钢筋斜置条件下保护层检测的报道。基于此，本文通过雷达法和电磁法探究了钢筋斜置对保护层厚度检测精度的影响，并对雷达法和电磁法检测精度进行了系统的分析。

1　试件制作

1.1原材料

胶凝材料:华润水泥（平南）有限公司生产的P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，唐山曹妃甸盾石新型建材有限公司生产的S95矿渣粉，镇江华源集团新型材料分公司生产的Ⅰ级粉煤灰。

集料:西江上游的中砂，新会大泽永鑫石业有限公司生产的5～20 mm碎石（连续级配）。

外加剂:江苏苏博特新材料股份有限公司生产的PCA-I聚羧酸高性能减水剂。

钢筋:广东韶钢松山股份有限公司生产的HRB400热轧带肋钢筋，直径20 mm。

1.2混凝土配合比

混凝土强度C45，按表1的配合比备料，按照JTG E30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》的要求成型钢筋混凝土试件，养护28 d后按照JGJ/T 152—2008《混凝土中钢筋检测技术规程》进行保护层厚度的测试。

表1　混凝土配合比Table 1　Proportions of concrete mix kg·m-3

2　试验仪器及工作原理

2.1雷达仪

采用日本JRC公司生产的NJJ-95B型钢筋混凝土雷达仪。

钢筋混凝土雷达仪用于雷达法测定保护层厚度，其工作原理[3]是:雷达仪将高频电磁波以宽频带脉冲形式，通过发射器经天线定向送入检测体（混凝土）内，经存在电性差异的目标体（钢筋）反射后返回结构体表面被接收天线接收。根据雷达主机记录的电磁波发射至接收的时间以及在混凝土内的传播速度（由混凝土的介电常数换算得到），可计算出目标体的深度，即为保护层厚度。

2.2钢筋探测仪

采用瑞士Proceq公司的PROFOMETER 5+型钢筋探测仪。

钢筋探测仪用于电磁法测定保护层厚度，其工作原理[2]是:基于电磁场理论，探头作为磁偶极子，扫描开始时向外界辐射出电磁场，钢筋作为电偶极子接收外界电场，从而产生大小沿钢筋分布的感应电流，钢筋的感应电流又重新向外界辐射出电磁场（即二次场），使原激励线圈（探头）产生感生电动势，从而使线圈（探头）的输出电压产生变化，当探头移动到钢筋的正上方时，线圈的输出电压受钢筋所产生的二次磁场的影响最大，自动锁定这个受影响最大的点，即信号值最大的点，再根据保护层厚度和信号之间的对应关系得出保护层厚度值。

3　检测方法

混凝土试件养护28 d后，选取一个侧面作为测试面，该测试面的钢筋分布见图1，图中5根钢筋（分别为钢筋a、b、c、d、e）均斜置，钢筋间距15 cm，钢筋上下端的带下划线数字为试件测试面上下端钢筋露出处的保护层厚度值，测试面由上而下的5条等间距虚线为试验中的5条测试轨道线，轨道线高度依次为10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm，测试面总高度为65 cm。

测试之前，将钢筋探测仪和手持雷达仪进行校准。测试时，分别将钢筋探测仪和手持雷达仪依次沿着5条轨道线进行保护层厚度检测。

图1　钢筋分布示意图（单位:cm）Fig.1　Distribution of the steel bar（cm）

4　试验结果与分析

图2　钢筋a和e在不同轨道高度的保护层厚度Fig.2　The protective layer thickness of the steel bar a and e in different altitude

将雷达法和电磁法测得的每根钢筋在不同轨道高度的保护层厚度值进行整理分析，典型的钢筋a、钢筋e的检测结果如图2。

4.1雷达法检测结果分析

由检测结果可知，在保护层厚度为40～90 mm的范围内共检测25处，雷达法所测结果与实际厚度相比，最大偏差为3.8%（钢筋b在轨道高度100 mm处），偏差大于3%的有4处，偏差介于2%～3%的有11处，偏差小于2%的有10处，即84%的测点偏差小于3%，由此可推断:在保护层厚度为40～90 mm的范围内雷达法所测结果与实际厚度较为一致，雷达法检测精度较高，且钢筋斜置不影响雷达法的检测精度。一般来说，雷达仪采用较高频率探测时，探测深度浅，但可获得较高的分辨率[3]。本实验中，由于雷达仪发出的高频电磁波在40～90 mm的保护层内往返传播时，传播路径较短，混凝土组成均匀，能量损失较少，很容易接收到反射波，获得的分辨率也高，故可保证雷达法较高的检测精度；同时，雷达仪发出的电磁波碰到钢筋后反射可认为是以点反射的，无论钢筋斜置与否，电磁波在钢筋表面的入射点到混凝土表面的距离（即保护层厚度）都保持不变，故不影响雷达法的检测精度。

4.2电磁法检测结果分析

由检测结果可知，在保护层厚度为40～60 mm的范围内共检测10处，电磁法所测结果与实际厚度相比，最大偏差为4.3%（钢筋d在轨道高度500 mm处），偏差大于4%的有3处，偏差介于3%～4%的有2处，偏差小于3%的有5处，即70%的测点偏差小于3%，可认为在保护层厚度为40～60 mm的范围内电磁法所测结果与实际厚度较为一致。在保护层厚度为60～90 mm的范围内共检测15处，电磁法所测结果与实际厚度相比，最大偏差为35.5%（钢筋b在轨道高度100 mm处），最小偏差为12.0%（钢筋c在轨道高度300 mm处），其中偏差大于30%的有10处（保护层厚度大于70 mm时），偏差介于12%～20%的有5处（保护层厚度小于70 mm时），可认为在保护层厚度为60～90 mm的范围内电磁法所测结果与实际厚度存在较大偏差。

由上分析可知:在保护层厚度为40～60 mm的范围内电磁法的检测精度较高，且钢筋斜置不影响其检测精度；在保护层厚度为60~90 mm的范围内时，电磁法检测精度较低，即不适合采用电磁法检测，也无法确定钢筋斜置是否影响电磁法的检测精度。这也表明:电磁法的检测精度在不同保护层厚度范围内波动较大。这主要是由于保护层厚度在40～60 mm时，钢筋的感应电流的二次场可使原激励线圈（探头）产生较大的感生电动势，从而使线圈的输出电压发生明显变化，可较为容易锁定信号值最大的点，故可保证电磁法较高的检测精度，所以钢筋斜置不影响电磁法的检测精度；随着保护层厚度的增大（大于60 mm），钢筋的感应电流的二次场无法使原激励线圈（探头）产生较大的感生电动势，导致线圈的输出电压无明显变化，也无法锁定信号值最大的点，故不能保证电磁法较高的检测精度，也无法确定钢筋斜置是否影响电磁法的检测精度。

5　结语

1）雷达法在保护层厚度为40～90 mm范围内的检测结果与实际厚度的偏差均≤3.8%，检测精度较高，且钢筋斜置不影响雷达法的检测精度。

2）电磁法的检测精度在不同保护层厚度范围内波动较大。电磁法在保护层厚度为40～60 mm范围内的检测结果与实际厚度的偏差均不大于4.3%，检测精度较高，且钢筋斜置不影响其检测精度；当保护层厚度为大于60 mm时，电磁法的检测结果与实际厚度的偏差均大于或等于12.0%，检测精度较低，无法确定钢筋斜置是否影响电磁法的检测精度。

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Effects of sideling steels on detection precision of protective layer thickness

MENG Wen-zhuan,WU Hai-bing,HUA Wei-bing,WANG Guang-qin
（Jiangsu Transportation Institute Co.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu 211112,China）

The effects of sideling steels on the detection precision of protective layer thickness were studied with radar method and electromagnetic method.The results show that the radar method is high detection precision within 40-90 mm of the protective layer thickness,and sideling steels do not affect the detection precision.The electromagnetic method is high detection precision within 40-60 mm of the protective layer thickness,and sideling steels do not affect the detection precision, however,it is low detection precision over 60 mm of thickness,and the effects of sideling steels on detection precision are hard to determine.

reinforced protective layer;sideling;radar method;electromagnetic method;detection precision

U657.4；TU317

A

2095-7874（2016）02-0046-03

10.7640/zggwjs201602011

2015-11-11

孟文专（1986— ），男，湖北武汉市人，硕士，工程师，高分子材料专业。E-mail:327447913@qq.com