鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)評(píng)定要點(diǎn)解析

(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院工程質(zhì)量檢測(cè)所，安徽 合肥 230000)

1 前 言

本文所述的混凝土，為普通鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土(不適用含有鐵磁性物質(zhì)的特種混凝土)，即由混凝土和鋼筋兩種材料，利用兩者良好的黏結(jié)性能和受力特點(diǎn)，通過澆筑而形成具有整體作用的復(fù)合材料。

混凝土結(jié)構(gòu)中，為了保證外層鋼筋的充分黏結(jié)與固定，同時(shí)提供其發(fā)揮受力所需的包裹混凝土強(qiáng)度條件，以及在設(shè)計(jì)使用環(huán)境下的耐久性，則應(yīng)合理設(shè)定鋼筋的混凝土保護(hù)層。在實(shí)體結(jié)構(gòu)鋼筋檢測(cè)中，其保護(hù)層厚度較設(shè)計(jì)值與允許偏差不符合時(shí)，即是達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這就可能會(huì)縮短混凝土內(nèi)鋼筋的易腐蝕周期；降低結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)承載力以及兩者間的錨固力，削弱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度。可見，對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)體的鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)具有保證結(jié)構(gòu)安全的重要意義。

2 基本概念

鋼筋保護(hù)層是指混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，最外層受力鋼筋(不包括箍筋)的外緣至混凝土表面之間的混凝土層，簡(jiǎn)稱保護(hù)層。該部位混凝土層的厚度就是最外層受力鋼筋的保護(hù)層厚度。

3 檢測(cè)技術(shù)

3.1 電磁感應(yīng)法

由單個(gè)或多個(gè)線圈組成的探頭置于混凝土構(gòu)件表面會(huì)向其內(nèi)部發(fā)射電磁波，產(chǎn)生電磁場(chǎng)，混凝土內(nèi)部的鋼筋切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電磁場(chǎng)，由于感應(yīng)電磁場(chǎng)的強(qiáng)度及空間梯度變化與鋼筋位置、直徑、保護(hù)層厚度有關(guān)，因此，通過測(cè)量感應(yīng)電磁場(chǎng)的梯度變化，加之對(duì)所檢測(cè)的鋼筋和材料的適當(dāng)標(biāo)定，并通過分析處理，便可以用來檢測(cè)鋼筋的位置、直徑及混凝土保護(hù)層厚度。

3.2 雷達(dá)探測(cè)法

由雷達(dá)天線發(fā)射電磁波，從與混凝土中鋼筋(兩者電學(xué)性質(zhì)不同)的界面反射回波，并再次被混凝土表面的天線接收，根據(jù)接收到的電磁波來檢測(cè)反射體的情況。多用于結(jié)構(gòu)和構(gòu)件中鋼筋間距的大面積掃描檢測(cè)，當(dāng)探測(cè)精度滿足要求時(shí)，也可用于測(cè)定鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度。

上述兩種檢測(cè)技術(shù)，目前在對(duì)混凝土中鋼筋的檢測(cè)中應(yīng)用最為廣泛。而鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)多采用電磁感應(yīng)法(非破損法)，必要時(shí)，也可結(jié)合局部破損方法進(jìn)行修正或驗(yàn)證。

4 檢測(cè)精度要求及保證措施

鑒于上述兩種檢測(cè)技術(shù)的適用范圍不同，本文僅就電磁感應(yīng)法及相關(guān)要求進(jìn)行介紹。

a.儀器使用前校準(zhǔn)或?qū)嶓w結(jié)構(gòu)檢測(cè)時(shí)，當(dāng)鋼筋混凝土保護(hù)層厚度與鋼筋直徑比值小于2.5且混凝土保護(hù)層厚度不大于50mm時(shí)，同一處測(cè)試誤差不應(yīng)大于±1mm，其他情況不宜大于±5%。

b.檢測(cè)使用的電磁法儀器應(yīng)具有產(chǎn)品合格證，且應(yīng)定期經(jīng)法定計(jì)量單位校準(zhǔn)，校準(zhǔn)有效期不超過一年，強(qiáng)制性校準(zhǔn)項(xiàng)目應(yīng)包括鋼筋直徑、保護(hù)層厚度測(cè)試。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，儀器務(wù)必處于校準(zhǔn)有限期內(nèi)；測(cè)試前，還應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)試件上對(duì)儀器進(jìn)行狀態(tài)校驗(yàn)。

c.保護(hù)層標(biāo)準(zhǔn)試件所用混凝土，就水利工程質(zhì)量檢測(cè)而言，應(yīng)選擇泵送制和自拌制兩種料樣，28d強(qiáng)度等級(jí)宜選取C25、C30、C50，其介電常數(shù)校正使用同種類、等級(jí)的素混凝土試塊。試件內(nèi)設(shè)置的鋼筋宜采用直徑為12～18mm圓鋼，混凝土包裹范圍內(nèi)的鋼筋兩端保護(hù)層厚度相差不應(yīng)大于0.5mm；鋼筋保護(hù)層厚度宜設(shè)定為25mm、40mm、50mm。保護(hù)層厚度標(biāo)準(zhǔn)試件示意圖(見圖1)。

圖1 校準(zhǔn)試件規(guī)格示意圖

d.對(duì)同一處鋼筋混凝土保護(hù)層厚度，兩次檢測(cè)讀取的厚度值相差大于1mm時(shí)，該組檢測(cè)數(shù)據(jù)無效(舍棄)。儀器需及時(shí)調(diào)零，在標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)層厚度試件上進(jìn)行校驗(yàn)，檢查其是否偏離標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。儀器檢查或調(diào)整后，在上述部位重新進(jìn)行第2次檢測(cè)和數(shù)值比較，如果讀取的兩個(gè)厚度值相差仍大于1mm，則應(yīng)更換此鋼筋探測(cè)儀。必要時(shí)，在該處采用鉆孔、鑿除的方法驗(yàn)證。

e.實(shí)體結(jié)構(gòu)鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)中，所用儀器的測(cè)試精度受鋼筋直徑、間距等因素影響較大。所以檢測(cè)前，應(yīng)充分了解施工情況、讀懂設(shè)計(jì)圖及相關(guān)技術(shù)資料，鋼筋制安情況不明時(shí)，應(yīng)通過必要測(cè)定、驗(yàn)證來獲知。

儀器使用前，一定要正確設(shè)定鋼筋直徑，應(yīng)和混凝土中的鋼筋直徑相同。鋼筋間距小于100mm時(shí)，設(shè)定的鋼筋間距應(yīng)和混凝土中鋼筋實(shí)際布置間距一致，選定合適的探測(cè)量程(宜選用較小量程)，以減小測(cè)試誤差，提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

以3塊(長(zhǎng)×寬×厚)700mm×500mm×100mm試驗(yàn)試件，其內(nèi)置φ6mm、φ8mm、φ10mm、φ14mm、φ16mm鋼筋，鋼筋間距分別以100mm、150mm、50mm布置。分別進(jìn)行設(shè)定直徑與實(shí)際直徑相同與不同時(shí)的保護(hù)層厚度測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如表1所列：

表1 儀器設(shè)定鋼筋直徑保護(hù)層厚度測(cè)試值 (單位：mm)

根據(jù)表1的測(cè)試結(jié)果可知：當(dāng)檢測(cè)儀器設(shè)定鋼筋直徑與其實(shí)際直徑相同時(shí)，保護(hù)層厚度的測(cè)試值最接近實(shí)測(cè)值，且測(cè)試誤差小于1.0mm；隨著兩者間差值增大，保護(hù)層厚度的測(cè)試值與實(shí)測(cè)值相差就越大，即不符合測(cè)試精度的規(guī)定要求。

此外，儀器設(shè)定鋼筋直徑正確時(shí)，在設(shè)定鋼筋間距與不設(shè)定鋼筋間距兩種情況下，對(duì)上述三種鋼筋布置間距情況下，分別測(cè)試鋼筋的保護(hù)層厚度，試驗(yàn)結(jié)果表明：鋼筋間距≥100mm時(shí)，儀器所設(shè)定的鋼筋間距值，對(duì)測(cè)試結(jié)果沒有影響；但鋼筋間距<100mm時(shí)，測(cè)試誤差2.0～4.0mm，不符合測(cè)試精度的規(guī)定要求。測(cè)試結(jié)果比較見圖2。

圖2 鋼筋間距50mm時(shí)保護(hù)層厚度測(cè)試值與實(shí)測(cè)值比較

5 質(zhì)量要求及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

水利工程中，鋼筋混凝土構(gòu)筑物主要包括：水工建筑物、啟閉機(jī)房(橋頭堡)、管理房、防汛道路及交通橋梁等，就是說除本行業(yè)外，還涉及公路交通、房屋建筑等行業(yè)。根據(jù)工程質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)定的相關(guān)規(guī)定和要求，水利建設(shè)工程中的道路、房屋建筑工程，其檢驗(yàn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)定，除設(shè)計(jì)有明確要求或本行業(yè)另有規(guī)定的，應(yīng)參照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

5.1 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及以上等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)里，目前只有建筑工程行業(yè)執(zhí)行的《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50204—2015)規(guī)范中，規(guī)定了梁類、板類結(jié)構(gòu)實(shí)體鋼筋保護(hù)層厚度檢驗(yàn)的相關(guān)質(zhì)量要求與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：縱向受力鋼筋保護(hù)層厚度允許偏差，梁類構(gòu)件為+10mm，-7mm；板類構(gòu)件為+8mm，-5mm。所檢驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測(cè)值合格率不低于90%，且檢測(cè)結(jié)果中不合格點(diǎn)的最大偏差不應(yīng)大于允許偏差的1.5倍。

對(duì)沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，同時(shí)也沒有地方標(biāo)準(zhǔn)或行政文件規(guī)定的，結(jié)構(gòu)實(shí)體鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)質(zhì)量要求與質(zhì)量等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)參照?qǐng)?zhí)行該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于鋼筋安裝工序(項(xiàng)目)的質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)定。

5.1.1 水利水電工程

現(xiàn)行《水利水電工程單元工程施工質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)—混凝土工程》(SL 632—2012)之鋼筋制作及安裝單元工程中，鋼筋保護(hù)層的設(shè)定為主控項(xiàng)目，應(yīng)符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求；保護(hù)層厚度的控制則為一般項(xiàng)目，相關(guān)質(zhì)量要求與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 鋼筋保護(hù)層厚度施工質(zhì)量要求與評(píng)定 (單位：mm)

5.1.2 交通(公路)工程

現(xiàn)行《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 第一冊(cè) 土建工程》(JTG F80/1—2017)之橋梁工程鋼筋安裝分項(xiàng)工程中，鋼筋保護(hù)層厚度實(shí)測(cè)項(xiàng)目屬關(guān)鍵項(xiàng)目，相關(guān)安裝允許偏差與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 鋼筋保護(hù)層厚度安裝允許偏差與評(píng)定 (單位：mm)

5.1.3 建筑(房屋)工程

現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50204—2015)之鋼筋安裝分項(xiàng)工程中，鋼筋保護(hù)層厚度檢驗(yàn)批屬一般項(xiàng)目，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鋼筋安裝允許偏差與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 鋼筋保護(hù)層厚度安裝允許偏差與評(píng)定 (單位：mm)

5.2 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)比較與分析

a.保護(hù)層厚度允許偏差的規(guī)定差異明顯，建筑(房屋)工程與交通(公路)工程按不同受力特點(diǎn)和使用部位將鋼筋保護(hù)層厚度允許偏差進(jìn)行了分別規(guī)定，同類型結(jié)構(gòu)件兩者規(guī)定的要求基本相同。而水利工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，則根據(jù)自身的特點(diǎn)，不分結(jié)構(gòu)件特性與用途統(tǒng)一規(guī)定了鋼筋保護(hù)層厚度允許偏差。水工建筑物中混凝土結(jié)構(gòu)件，梁、柱鋼筋保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值通常在25～35mm，計(jì)算其允許偏差為±6～±9mm；而(墩)墻、基礎(chǔ)的鋼筋保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值多在50～100mm，對(duì)應(yīng)的允許偏差為±12～±25mm，總體上較建筑與交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許偏差偏大2～15mm。這一點(diǎn)也正是考慮了水工建筑物施工特點(diǎn)及很多混凝土結(jié)構(gòu)件具有水流沖蝕、磨損的使用工況。

b.上述三個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的鋼筋保護(hù)層厚度允許偏差與合格等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，均是對(duì)在模板安裝完成后混凝土澆筑前的鋼筋保護(hù)層厚度檢驗(yàn)結(jié)果而言的，屬工序質(zhì)量或分項(xiàng)工程質(zhì)量控制階段。

實(shí)際上，結(jié)構(gòu)實(shí)體鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)時(shí)，考慮到混凝土澆筑施工時(shí)，會(huì)對(duì)鋼筋和模板位置產(chǎn)生不同程度擾動(dòng)，其允許偏差應(yīng)在安裝允許偏差的基礎(chǔ)上作適當(dāng)調(diào)整，但質(zhì)量等級(jí)評(píng)定的合格率要求應(yīng)不低于鋼筋安裝時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。遵循這樣的原則，對(duì)暫無行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此規(guī)定的，可制定相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)充規(guī)定，以便實(shí)體檢測(cè)有據(jù)可依。如：安徽省《水利水電工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)定規(guī)范 第一部分：土建工程》(DB 34/T371.1—2014)規(guī)定：拆模后鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)點(diǎn)合格率不低于85%，且最大偏差值不大于允許偏差值的1.5倍。其中檢驗(yàn)點(diǎn)合格率要求高于SL 632—2012標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，允許偏差則沿用了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

c.合格質(zhì)量等級(jí)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)差異較大，其中以橋梁工程的規(guī)定最嚴(yán)格。檢測(cè)結(jié)果評(píng)定時(shí)，不同行業(yè)工程不能以某一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)單地去套用，應(yīng)執(zhí)行各自評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

d.各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼筋保護(hù)層厚度檢驗(yàn)或檢測(cè)的頻率規(guī)定各不相同，具體規(guī)定不再引述。水利工程混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測(cè)中，鋼筋保護(hù)層厚度項(xiàng)目法人檢測(cè)在自檢與平行檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程對(duì)不同規(guī)模的工程分別采用相應(yīng)的檢測(cè)頻率，抽檢結(jié)構(gòu)件應(yīng)覆蓋主體結(jié)構(gòu)、重要受力構(gòu)件及對(duì)保護(hù)層厚度有特別要求的構(gòu)件。

6 水工混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測(cè)

針對(duì)不同使用功能的受檢結(jié)構(gòu)體，鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)前，應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(分縫、分段、分塊)劃分檢測(cè)單元，根據(jù)受力主筋的分布情況布置測(cè)區(qū)(測(cè)線、測(cè)點(diǎn))。檢測(cè)數(shù)量則要按照項(xiàng)目法人認(rèn)定的檢測(cè)方案或相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程來確定。

6.1 檢測(cè)單元?jiǎng)澐?/h3>

水閘或功能類同的過水建筑物，上、下游段和閘室段可獨(dú)立劃分，其中墩、墻、底板等檢測(cè)單元不宜大于50m2；混凝土面板壩，可沿面板拉模方向按滑模寬度每12m長(zhǎng)劃分為一個(gè)檢測(cè)單元；對(duì)于混凝土水工建筑物的永久性房屋(廠房)、交通橋及其他支護(hù)框架所設(shè)的梁、柱、板類結(jié)構(gòu)體，可將單根梁(柱)、1跨梁、單塊板劃分為一個(gè)檢測(cè)單元。

6.2 測(cè)區(qū)布置

測(cè)線應(yīng)與被檢測(cè)鋼筋分布方向垂直布置，各測(cè)線長(zhǎng)度與檢測(cè)單元同向等長(zhǎng)，單根鋼筋不少于5個(gè)測(cè)點(diǎn)。

6.3 抽檢數(shù)量

同類結(jié)構(gòu)體不少于檢測(cè)單元數(shù)量的1/3，最低不少于1個(gè)。同一類檢測(cè)單元數(shù)量大于10個(gè)時(shí)，抽檢比例可為1/4；同一類檢測(cè)單元數(shù)量大于20個(gè)時(shí)，抽檢比例可為1/5。

6.4 檢測(cè)方法及設(shè)備

通常情況下，多使用電磁感應(yīng)法鋼筋探測(cè)儀檢測(cè)，相關(guān)檢測(cè)方法及要求見第4節(jié)；對(duì)于大面積的結(jié)構(gòu)體，在檢測(cè)精度滿足要求時(shí)，也可使用雷達(dá)儀，兩種方法作業(yè)時(shí)，探頭或天線均應(yīng)沿垂直于被測(cè)鋼筋軸線方向掃描、測(cè)定。

6.5 檢測(cè)依據(jù)和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《混凝土中鋼筋檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 152—2008)、《水利工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》(SL 734—2016)的相關(guān)技術(shù)要求，進(jìn)行受檢結(jié)構(gòu)體鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的適用及規(guī)定見第5節(jié)。

7 結(jié) 語

鑒于鋼筋保護(hù)層對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)性能與耐久性的影響，保護(hù)層厚度檢測(cè)在工程質(zhì)量驗(yàn)收時(shí)應(yīng)予以重視，真實(shí)、準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果和規(guī)范的評(píng)定對(duì)施工質(zhì)量等級(jí)的判定至關(guān)重要。總結(jié)上文所述，提出如下建議：

a.在鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)時(shí)，應(yīng)區(qū)分澆筑前(工序)檢測(cè)與澆筑后(實(shí)體)檢測(cè)兩種情形，這樣的檢測(cè)結(jié)果評(píng)定會(huì)更合理。

b.檢測(cè)前，應(yīng)全面熟悉圖紙及相關(guān)技術(shù)文件，了解以不同行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、施工的混凝土建筑物，從而確定受檢結(jié)構(gòu)鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)的適用標(biāo)準(zhǔn)和要求。