钢筋保护层厚度检测评定要点解析

2018-11-23

水利建设与管理 2018年11期

(安徽省水利水电勘测设计院工程质量检测所，安徽合肥 230000)

1 前言

本文所述的混凝土，为普通钢筋混凝土和预应力混凝土(不适用含有铁磁性物质的特种混凝土)，即由混凝土和钢筋两种材料，利用两者良好的黏结性能和受力特点，通过浇筑而形成具有整体作用的复合材料。

混凝土结构中，为了保证外层钢筋的充分黏结与固定，同时提供其发挥受力所需的包裹混凝土强度条件，以及在设计使用环境下的耐久性，则应合理设定钢筋的混凝土保护层。在实体结构钢筋检测中，其保护层厚度较设计值与允许偏差不符合时，即是达不到设计标准，这就可能会缩短混凝土内钢筋的易腐蚀周期；降低结构的设计承载力以及两者间的锚固力，削弱结构强度、刚度。可见，对结构实体的钢筋保护层厚度检测具有保证结构安全的重要意义。

2 基本概念

钢筋保护层是指混凝土结构构件中，最外层受力钢筋(不包括箍筋)的外缘至混凝土表面之间的混凝土层，简称保护层。该部位混凝土层的厚度就是最外层受力钢筋的保护层厚度。

3 检测技术

3.1 电磁感应法

由单个或多个线圈组成的探头置于混凝土构件表面会向其内部发射电磁波，产生电磁场，混凝土内部的钢筋切割磁感线产生感应电磁场，由于感应电磁场的强度及空间梯度变化与钢筋位置、直径、保护层厚度有关，因此，通过测量感应电磁场的梯度变化，加之对所检测的钢筋和材料的适当标定，并通过分析处理，便可以用来检测钢筋的位置、直径及混凝土保护层厚度。

3.2 雷达探测法

由雷达天线发射电磁波，从与混凝土中钢筋(两者电学性质不同)的界面反射回波，并再次被混凝土表面的天线接收，根据接收到的电磁波来检测反射体的情况。多用于结构和构件中钢筋间距的大面积扫描检测，当探测精度满足要求时，也可用于测定钢筋的混凝土保护层厚度。

上述两种检测技术，目前在对混凝土中钢筋的检测中应用最为广泛。而钢筋保护层厚度检测多采用电磁感应法(非破损法)，必要时，也可结合局部破损方法进行修正或验证。

4 检测精度要求及保证措施

鉴于上述两种检测技术的适用范围不同，本文仅就电磁感应法及相关要求进行介绍。

a.仪器使用前校准或实体结构检测时，当钢筋混凝土保护层厚度与钢筋直径比值小于2.5且混凝土保护层厚度不大于50mm时，同一处测试误差不应大于±1mm，其他情况不宜大于±5%。

b.检测使用的电磁法仪器应具有产品合格证，且应定期经法定计量单位校准，校准有效期不超过一年，强制性校准项目应包括钢筋直径、保护层厚度测试。现场检测时，仪器务必处于校准有限期内；测试前，还应在标准试件上对仪器进行状态校验。

c.保护层标准试件所用混凝土，就水利工程质量检测而言，应选择泵送制和自拌制两种料样，28d强度等级宜选取C25、C30、C50，其介电常数校正使用同种类、等级的素混凝土试块。试件内设置的钢筋宜采用直径为12～18mm圆钢，混凝土包裹范围内的钢筋两端保护层厚度相差不应大于0.5mm；钢筋保护层厚度宜设定为25mm、40mm、50mm。保护层厚度标准试件示意图(见图1)。

图1 校准试件规格示意图

d.对同一处钢筋混凝土保护层厚度，两次检测读取的厚度值相差大于1mm时，该组检测数据无效(舍弃)。仪器需及时调零，在标准保护层厚度试件上进行校验，检查其是否偏离标准状态。仪器检查或调整后，在上述部位重新进行第2次检测和数值比较，如果读取的两个厚度值相差仍大于1mm，则应更换此钢筋探测仪。必要时，在该处采用钻孔、凿除的方法验证。

e.实体结构钢筋保护层厚度检测中，所用仪器的测试精度受钢筋直径、间距等因素影响较大。所以检测前，应充分了解施工情况、读懂设计图及相关技术资料，钢筋制安情况不明时，应通过必要测定、验证来获知。

仪器使用前，一定要正确设定钢筋直径，应和混凝土中的钢筋直径相同。钢筋间距小于100mm时，设定的钢筋间距应和混凝土中钢筋实际布置间距一致，选定合适的探测量程(宜选用较小量程)，以减小测试误差，提高检测数据的准确性。

以3块(长×宽×厚)700mm×500mm×100mm试验试件，其内置φ6mm、φ8mm、φ10mm、φ14mm、φ16mm钢筋，钢筋间距分别以100mm、150mm、50mm布置。分别进行设定直径与实际直径相同与不同时的保护层厚度测试，试验结果如表1所列：

表1 仪器设定钢筋直径保护层厚度测试值 (单位：mm)

根据表1的测试结果可知：当检测仪器设定钢筋直径与其实际直径相同时，保护层厚度的测试值最接近实测值，且测试误差小于1.0mm；随着两者间差值增大，保护层厚度的测试值与实测值相差就越大，即不符合测试精度的规定要求。

此外，仪器设定钢筋直径正确时，在设定钢筋间距与不设定钢筋间距两种情况下，对上述三种钢筋布置间距情况下，分别测试钢筋的保护层厚度，试验结果表明：钢筋间距≥100mm时，仪器所设定的钢筋间距值，对测试结果没有影响；但钢筋间距<100mm时，测试误差2.0～4.0mm，不符合测试精度的规定要求。测试结果比较见图2。

图2 钢筋间距50mm时保护层厚度测试值与实测值比较

5 质量要求及评定标准

水利工程中，钢筋混凝土构筑物主要包括：水工建筑物、启闭机房(桥头堡)、管理房、防汛道路及交通桥梁等，就是说除本行业外，还涉及公路交通、房屋建筑等行业。根据工程质量检验与评定的相关规定和要求，水利建设工程中的道路、房屋建筑工程，其检验质量标准与评定，除设计有明确要求或本行业另有规定的，应参照相关行业标准执行。

5.1 行业标准规定

在行业标准及以上等级的标准里，目前只有建筑工程行业执行的《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2015)规范中，规定了梁类、板类结构实体钢筋保护层厚度检验的相关质量要求与评定标准：纵向受力钢筋保护层厚度允许偏差，梁类构件为+10mm，-7mm；板类构件为+8mm，-5mm。所检验点实测值合格率不低于90%，且检测结果中不合格点的最大偏差不应大于允许偏差的1.5倍。

对没有行业标准规定的，同时也没有地方标准或行政文件规定的，结构实体钢筋保护层厚度检测质量要求与质量等级评定标准，应参照执行该行业标准关于钢筋安装工序(项目)的质量检验与评定。

5.1.1 水利水电工程

现行《水利水电工程单元工程施工质量验收评定标准—混凝土工程》(SL 632—2012)之钢筋制作及安装单元工程中，钢筋保护层的设定为主控项目，应符合规范及设计要求；保护层厚度的控制则为一般项目，相关质量要求与评定标准见表2。

表2 钢筋保护层厚度施工质量要求与评定 (单位：mm)

5.1.2 交通(公路)工程

现行《公路工程质量检验评定标准第一册土建工程》(JTG F80/1—2017)之桥梁工程钢筋安装分项工程中，钢筋保护层厚度实测项目属关键项目，相关安装允许偏差与评定标准见表3。

表3 钢筋保护层厚度安装允许偏差与评定 (单位：mm)

5.1.3 建筑(房屋)工程

现行《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2015)之钢筋安装分项工程中，钢筋保护层厚度检验批属一般项目，基础结构钢筋安装允许偏差与评定标准见表4。

表4 钢筋保护层厚度安装允许偏差与评定 (单位：mm)

5.2 质量标准比较与分析

a.保护层厚度允许偏差的规定差异明显，建筑(房屋)工程与交通(公路)工程按不同受力特点和使用部位将钢筋保护层厚度允许偏差进行了分别规定，同类型结构件两者规定的要求基本相同。而水利工程行业标准，则根据自身的特点，不分结构件特性与用途统一规定了钢筋保护层厚度允许偏差。水工建筑物中混凝土结构件，梁、柱钢筋保护层厚度设计值通常在25～35mm，计算其允许偏差为±6～±9mm；而(墩)墙、基础的钢筋保护层厚度设计值多在50～100mm，对应的允许偏差为±12～±25mm，总体上较建筑与交通行业标准规定的允许偏差偏大2～15mm。这一点也正是考虑了水工建筑物施工特点及很多混凝土结构件具有水流冲蚀、磨损的使用工况。

b.上述三个行业标准所规定的钢筋保护层厚度允许偏差与合格等级评定标准，均是对在模板安装完成后混凝土浇筑前的钢筋保护层厚度检验结果而言的，属工序质量或分项工程质量控制阶段。

实际上，结构实体钢筋保护层厚度检测时，考虑到混凝土浇筑施工时，会对钢筋和模板位置产生不同程度扰动，其允许偏差应在安装允许偏差的基础上作适当调整，但质量等级评定的合格率要求应不低于钢筋安装时的标准。遵循这样的原则，对暂无行业标准对此规定的，可制定相应的地方标准进行补充规定，以便实体检测有据可依。如：安徽省《水利水电工程施工质量检验与评定规范第一部分：土建工程》(DB 34/T371.1—2014)规定：拆模后钢筋保护层厚度检测点合格率不低于85%，且最大偏差值不大于允许偏差值的1.5倍。其中检验点合格率要求高于SL 632—2012标准规定，允许偏差则沿用了行业标准的要求。

c.合格质量等级的评定标准差异较大，其中以桥梁工程的规定最严格。检测结果评定时，不同行业工程不能以某一个行业标准简单地去套用，应执行各自评定标准。

d.各行业标准对钢筋保护层厚度检验或检测的频率规定各不相同，具体规定不再引述。水利工程混凝土结构实体检测中，钢筋保护层厚度项目法人检测在自检与平行检验的基础上，应根据相关技术标准、规程对不同规模的工程分别采用相应的检测频率，抽检结构件应覆盖主体结构、重要受力构件及对保护层厚度有特别要求的构件。

6 水工混凝土结构实体检测

针对不同使用功能的受检结构体，钢筋保护层厚度检测前，应结合结构设计(分缝、分段、分块)划分检测单元，根据受力主筋的分布情况布置测区(测线、测点)。检测数量则要按照项目法人认定的检测方案或相关技术标准、规程来确定。

6.1 检测单元划分

水闸或功能类同的过水建筑物，上、下游段和闸室段可独立划分，其中墩、墙、底板等检测单元不宜大于50m2；混凝土面板坝，可沿面板拉模方向按滑模宽度每12m长划分为一个检测单元；对于混凝土水工建筑物的永久性房屋(厂房)、交通桥及其他支护框架所设的梁、柱、板类结构体，可将单根梁(柱)、1跨梁、单块板划分为一个检测单元。