电磁感应法在混凝土钢筋保护层厚度检测中的应用

张锦满,李倍安,周 玉

(1.广西交投科技有限公司,广西 南宁 530025;2.广西高速公路养护工程技术研究中心,广西 南宁 530025;3.广西新祥高速公路有限公司,广西 南宁 530029)

0 引言

近年来,品质工程理念已经逐步深入人心,推进“平安百年品质工程”建设已经成为交通行业的共同愿景。对于桥梁混凝土工程而言,应该使用质量稳定可靠的合格原材料,并运用先进的工艺、设备来提高钢筋混凝土保护层厚度合格率,降低离散性,做到内实外美,确保结构构件的外观质量和耐久性。采用电磁感应法检测工程构件钢筋保护层厚度时,检测前一般使用钢筋探测仪校准装置对其进行校验。由于工程构件中钢筋密集,校准装置与工程构件工况存在较大差异,仪器电磁信号强弱对检测结果的影响是实际检测工作中必须解决的问题,因此如何保证检测结果的准确可靠,真实反映工程质量,是每一位检测人员首要思考的问题。

1 电磁感应法检测原理

电磁感应法检测钢筋保护层厚度的原理是利用信号发射单元向混凝土发射电磁信号,产生电磁场,当金属物体位于电磁场内时,会改变电磁场的磁力线,造成局部电磁场强度的变化。不同尺寸的金属物体到探头的距离与电磁场强度的变化存在一定的对应关系。信号处理单元对接收到的信号进行处理和运算,以数值和指示条的形式显示出来,检测技术人员以此确定混凝土构件中钢筋保护层厚度[1]。

2 仪器的校准

检测之前在标准试件上进行自校。自校是指使用仪器和尺子分别对标准试件(一般采用对仪器不产生电磁干扰的环氧树脂、玻璃、木材、混凝土等材料作为隔离材料,内部放置未经拉拔等力学试验,且表面未受化学侵蚀的钢筋制作而成)的测量结果进行比对,当两者之差满足±1 mm 的误差要求时,校准合格。

3 电磁感应法检测流程

(1)使用标准试件对仪器进行自校。

(2)根据构件类型、受力筋直径、箍筋间距、保护层厚度等信息,设置仪器参数并选择合适量程。

(3)进行预热与调零,调零过程中需远离金属物体。

(4)选定检测区域,使用仪器确定上下两条箍筋位置并做出标记。

(5)将仪器检测区域放置在两条箍筋之间,并沿垂直于受力筋的方向移动仪器进行检测。

(6)当听到仪器发出“蜂鸣”声时,记录检测结果。

(7)当认为相邻钢筋对检测结果产生影响、不确定钢筋直径或有异议、实际检测值与设计值相差较大、钢筋和混凝土材质与标准试件存在较大差异时可采用直接法进行验证。

4 检测结果影响因素分析

在使用电磁感应法检测工程构件钢筋保护层厚度过程中,人员、仪器、操作方法、环境等都可能对检测结果产生影响,因此必须严格按操作规程开展检测工作,确保检测结果准确性。本文依托实体工程试验墩,分析探测仪校准及电磁信号强弱对检测结果的影响。工程试验墩见下页图1。

图1 工程试验墩示例图

4.1 探测仪校准对检测结果的影响

在使用钢筋探测仪之前,应按照规范要求先使用校准装置进行校准,校准装置内框设置3根钢筋标准样,钢筋标准样可在多个预留孔内灵活摆放,简单模拟工程实际构件工况(见下页图2)。使用钢筋探测仪在校准装置基准面上设3个测点,然后用尺子分别在3个测点测量基准面至钢筋表面的距离,检测结果见下页表1。

表1 钢筋探测仪校准结果表

图2 钢筋探测仪校准装置示例图

由表1可知,钢筋探测仪的校准结果与尺量结果的偏差最大为 1 mm,校准结果符合试验规程的要求,仪器性能良好。

校准完成后使用钢筋探测仪检测工程试验墩的保护层厚度,共检测了20个测点,并使用尺子直接测量了试验墩顶部相同编号主筋的保护层厚度,检测结果见表2。试验墩按照工程设计图纸的墩柱直径1∶1制作,直径约 150 cm,墩高约 200 cm;主筋为直径 28 mm的热轧带肋钢筋,间距为 129 mm;箍筋为直径 10 mm 热轧光圆钢筋,间距为 100 mm,横向盘绕在受力主筋的外侧。

表2 不同方法检测试验墩钢筋保护层厚度结果分析表

从表2试验结果显示,尺量结果与钢筋探测仪检测结果差值最大为6.3 mm,最小为1.7 mm,钢筋探测仪结果整体偏小,依据《混凝土中钢筋检测技术标准》(JGJ/T 152-2019)中的4.7.1公式对钢筋探测仪的检测结果进行修正[2]:

(1)

式中:CC——混凝土保护层厚度修正量(mm),精确至0.1 mm;

n——钻孔、剔凿验证实测点数。

依据表2试验数据计算混凝土保护层厚度的修正量CC=4.3 mm。

修正后试验数据见表3。

表3 修正后的试验结果表

经过修正后,尺量结果与探测仪结果的偏差值最大为2.6 mm,最小为0 mm,偏差明显减少,大大提高了测量的准确性。

由此可见,校准装置布置的钢筋较少,没有横向箍筋,工况相对简单,而试验墩布置的钢筋比较多,配有横向箍筋,且检测基准面为曲面,工况相对复杂,密集配筋容易造成电磁信号干扰,影响检测结果。所以在实际工程检测中,需开孔验证或使用试验墩检测校准,以确保检测结果真实可靠。

4.2 电磁信号强弱对检测结果的影响

按照《混凝土中钢筋检测技术标准》(JGJ/T 152-2019)的要求,采用钢筋探测仪检测工程实体墩柱的钢筋保护层厚度。实体墩柱的尺寸和钢筋的布置与试验墩基本相同,共检测20个点,检测数据见表4。然后选择3个测点进行开孔破检,尺子测量保护层厚度的结果见表5。通过对比探测仪和尺量结果,发现两者偏差较大,原因为钢筋布置较密,对电磁信号产生了干扰。根据破检结果调整钢筋探测仪电磁信号强度后,对该墩柱相同测点位置进行复测,共复测20个点。复测结果见表6。

表4 工程实体墩柱钢筋保护层厚度检测结果表

表5 破检(直接法)保护层检测结果表

表6 墩柱保护层厚度复测结果表

经过表6复测数据分析,调整仪器电磁信号强弱对检测结果影响比较大。在实际工作中,检测前应在工程试验墩对仪器进行校准,或进行实体构件开孔验证,以复核仪器的电磁信号强度是否一致,确保检测结果准确可靠。

5 结语

电磁感应法广泛应用于混凝土结构无损检测中,通过该方法检测混凝土结构的保护层厚度对评价混凝土结构的稳定性和耐久性起到了关键作用,因此保证数据的准确性十分必要的。现有校准装置可模拟较为简单的工况,校准完成后虽符合规程要求,但在检测工况复杂的构件时仍存在偏差。同时,调整仪器电磁信号强弱会显著影响检测结果。因此,在开展检测工作前,采用工程试验墩对仪器进行校验很有必要,以保证检测结果的准确性。检测人员需要规范操作仪器,遵守管理制度,不能随意调整钢筋探测仪电磁信号强弱,以免影响检测结果的真实性。