鋼筋保護層厚度測量精度影響因素

許川江 （中鐵四局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215000）

1 實驗目的

按照《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）的定義，鋼筋保護層厚度指最外層鋼筋外邊緣至混凝土表面的距離，它直接影響混凝土結構的安全性和耐久性。目前對于鋼筋保護層厚度的測量，多采用無損檢測。檢測設備一般采用電磁感應原理，由振蕩器產生的頻率和振幅穩定的交流信號輸入傳感器后激發傳感器并在其周圍產生交變磁場，當鐵磁性物質靠近傳感器時由于電磁感應產生的二次電磁場被傳感器采集到，這一變化信號進入信號處理單元，由設備完成數據采集及處理并顯示出測量結果。根據不同需要，可以進行鋼筋保護層厚度、鋼筋直徑、鋼筋分布和走向等測量工作。

在實際工作中存在測量精度的問題。經過計量部門檢定合格的設備也會出現異常數據。歸納得出影響鋼筋保護層測量精度因素包括：①儀器性能；②鋼筋直徑及種類；③混凝土中的鐵磁性物質；④混凝土含水狀態；⑤密集鋼筋網片的影響。我們采用模擬試驗對以上因素進行研究驗證。所采用的試驗設備：1臺ZBL-610鋼筋保護層測定儀；1臺ZBL-620鋼筋保護層測定儀作為參考和比對；游標卡尺、鋼直尺；各型鋼筋作為測試對象；制作了鋼筋混凝土試件，準備無磁性（紙張和木材）材料制作的墊塊并可調整厚度。測試環境：周圍無強大磁場和電場，測試臺面除試件外無其它鐵磁性物質。

圖1 鋼筋保護層測定儀

圖2 鋼筋網片模型

圖3 鐵磁性物質檢測

圖4 鋼筋網片模型

圖5 鋼筋網片模型

2 試驗研究

2.1 儀器性能

儀器性能的影響主要表現在幾個方面：

①儀器內部參數設置的準確性，根據儀器原理，在測量過程中需對信號進行數模轉換，如果調校參數選擇更準確，測量結果也就更準確。在理想標定狀態下，我們比較了所使用的2臺設備ZBL-610和ZBL-620（見圖1）。

2臺設備在外形上沒有區別，在理想狀態下對同一目標進行測量比較，結果見表1。由表1可知，620型測量精度略優于610,說明儀器本身性能會對測量精度產生影響。

兩種儀器測量結果比較 表1

②不同儀器的工作特性不同。一般要求在測量鋼筋時，傳感器軸線應與被測鋼筋走向平行，垂直鋼筋方向移動傳感器進行掃描。但在研究中發現所使用的610型測量單根鋼筋時，無論傳感器軸線是否與鋼筋平行和是否垂直鋼筋移動都不影響測量結果，而620型方向性明顯。我們采用2根φ18鋼筋組成簡單模型（見圖2），保護層厚度為30mm。

鋼筋保護層厚度記錄表 表2

分別用2臺設備對鋼筋A保護層進行測量，使用610時，如果在遠離鋼筋B的情況下可以得到準確結果，距離鋼筋B很近的位置掃描鋼筋A時，就會產生誤差，越近誤差越大，當傳感器在鋼筋B上方位置掃描鋼筋A時，實測保護層厚度為27mm，誤差達到3mm。經測量，鋼筋B對傳感器的的臨界影響距離（中到中，斜距）約90mm。在此距離外，幾乎無影響，反之則會影響對鋼筋A保護層的測量結果。使用620掃描鋼筋A時，無論傳感器距離鋼筋B遠近，都不會影響結果的準確。即使傳感器在鋼筋B上方，而且顯示有鋼筋B的信號，但掃過鋼筋A時，仍可測得準確結果。試驗結果表明，不同設備對與被測鋼筋垂直方向鋼筋的抗干擾能力不同，同時也影響到實際測量時的精度。

2.2 鋼筋直徑及種類的影響

在實際使用鋼筋保護層測定儀進行檢測時，鋼筋直徑是最常用設置參數，一般設為鋼筋公稱直徑。但在實際檢測中，發現即便設置準確，有時測量結果仍不準確。我們通過一系列測試來尋找規律以及測量結果出現異常的原因。試驗采用固定鋼筋直徑和保護層厚度，通過不斷改變儀器中鋼筋直徑的設定值，來得出不同的測量結果，從而尋找規律和原因。測量儀器采用610型，通過6種鋼筋的測量獲得結果見表2。

2.3 混凝土中的鐵磁性物質

我們采用水泥膠砂制作了3塊40mm厚的墊塊，其中一塊作為空白對比，原材料采用ISO標準砂，P.O42.5水泥，膠砂比例為：450g水泥，1350g標準砂，225ml水。另外2塊用純鐵粉分別取代5%和30%的水泥，比例相同。鐵粉已除去氧化鐵和氧化亞鐵。將一根φ18鋼筋放在試塊以下，見圖3。

分別用2臺設備測量保護層厚度，結果均在40mm±1mm之內。

2.4 混凝土潮濕狀態

采用一塊40mm厚砂漿試塊，在其干燥時，下墊直徑16mm鋼筋，測得保護層厚度40mm；然后浸水7d并真空飽水6h，重復以上試驗，測得保護層厚度仍為40mm。

2.5 鋼筋網片中平行相鄰鋼筋的影響

我們在前面的研究中，已研究了與被測鋼筋垂直方向的鋼筋對測量結果的干擾。這里我們研究與被測鋼筋平行并相鄰的鋼筋對測量結果的干擾。在鋼筋網片中部分鋼筋直徑相同、方向平行并保持一定間距（見圖4）。在測量鋼筋保護層時，一般會出現以下幾種情況：①鋼筋間距大于或等于某個臨界值，儀器可以分辨出每根鋼筋，保護層測量結果準確；②鋼筋間距小于臨界值，甚至靠在一起，儀器無法區分單根鋼筋，測量結果小于實際保護層厚度。我們以儀器報警聲和鋼筋保護層厚度數值出現極小值作為測到結果的標志。只出現一次報警和極小值，證明儀器無法區分兩根鋼筋，也不能單獨得到一根鋼筋保護層厚度準確值。

臨界值的大小對我們實際檢測鋼筋網片工作是很有意義的。通過反復試驗我們發現兩種儀器的臨界距離L 都與保護層厚度H 有關，約等于保護層的厚度。610型L 稍大于H，620型L 稍小于H（見圖5）。

3 試驗結果分析

①從第一個試驗中可以明顯看出儀器性能對測量結果精度的影響，610型由于傳感器具有各項同性，因此更易受到來自其他方向鋼筋的干擾。在試驗過程中甚至發現，傳感器的背面也可以探測到鋼筋的存在。

②從第二個試驗中可以看出：a.鋼筋直徑的設置對保護層測量的結果影響很大，對于固定鋼筋和保護層厚度，鋼筋直徑設置越大，所測量的結果就會越大；b.鋼筋直徑的設置值并不一定設置為鋼筋的公稱值，測量結果就準確。如果鋼筋實測直徑與公稱直徑相差很大，有可能測量結果也會偏差很大。另外從表中發現直徑為16mm的鋼筋需要設置為12mm時測的結果才符合實際，盡管直徑有一定偏差，但并不是最大的，因此判斷這一鋼筋較為特殊。另取不同牌號16mm鋼筋，鋼筋直徑設置正常，測量結果正常。由此可以看出表中這根16mm鋼筋在鐵磁性質上，與正常的鋼筋并不相同，從而進一步推斷其化學成分或內部組織結構不同于其它鋼筋。還有一種情況就是鋼筋表面的氧化造成鋼筋的有效直徑減小，這里的“有效直徑”是指針對鐵磁性的，比如一根18mm的空心鋼管，它的鐵磁性能只類似于12mm的鋼筋一樣。

③由試驗三得出粉末狀鐵磁性物質對鋼筋保護層的測量結果幾乎沒有影響。一般混凝土原材料中也很難出現30%的鐵磁性粉沫。分析認為鐵粉粉沫在混凝土中分散存在，所產生的電磁感應不能匯聚加強，因此不能形成有效的感應電磁場，從而對電磁感應相對較強的鋼筋不會造成干擾。

④從試驗結果看，混凝土表面潮濕狀態對于鋼筋保護層測量結果影響應該不大，符合儀器原理。

⑤在試驗五中，儀器對平行鋼筋的分辨能力類似衛星的分辨率概念，它是指能夠區分兩個物體的最小距離。當保護層厚度增加，相當于衛星軌道高度增加，分辨率降低，所能分辨出兩個物體間距可能從1m需要增加到10m。那么對于平行鋼筋保護層測量，當間距大于保護層厚度時，可以準確測量每一根鋼筋的保護層厚度，結果準確；當間距小于保護層厚度時，無法測得單根鋼筋的準確結果。

4 結 論

①操作人員要加強訓練，特別提高處理特殊情況的能力，善于總結。

②選擇性能優良，抗干擾能力強的儀器設備有助于提高鋼筋保護層測量精度。除按要求進行檢定或校準外，還要通過模擬試驗了解所用設備在實際工作中的性能。

③實際檢測前要注意收集鋼筋網片構造、保護層實際厚度、鋼筋接頭類型、鋼筋尺寸偏差等信息，有助于排除異常數據，獲得準確結果。

④要正確設置儀器相關參數，合理使用儀器相關功能，比如某些設備具有測量密集鋼筋網片的功能。

⑤要注意周圍環境的觀察，避免在復雜電磁環境中作業。無法避免時，要做好模擬和對比。