電磁感應修正法檢測圓柱混凝土保護層厚度研究

薛馬歐文

（西安建筑科技大學 土木工程學院，陜西西安 710055）

0 引言

鋼筋保護層厚度是混凝土結構設計和工程質量驗收的一個重要控制指標，對混凝土構件的承載力、耐久性、抗火災等性能有重要影響[1]，最常用的檢測方法是電磁感應法，實踐發現，采用該種方法的一體式鋼筋位置測定儀對圓柱構件測試結果偏差較大。針對此問題，本文在電磁感應法基礎上提出電磁感應修正法（簡稱修正法），通過理論分析、模擬試驗和實體驗證，證明其可行性和準確性。

1 電磁感應法原理

電磁感應法原理為儀器探頭線圈生成脈沖磁場，鋼筋在磁場激勵下產生感生磁場，接收線圈將感生磁場轉換成電信號，由該電信號判斷鋼筋的位置、保護層厚度[2-3]。

一體式鋼筋位置測定儀采用該原理，將過四個行走輪中心的豎直線與輪下緣的交點形成的平面作為基準平面，設定該平面至主機探頭之間的距離為基準值，測試時將儀器在構件表面沿鋼筋的垂直方向緩慢勻速移動至鋼筋正上方，此時探頭中心線與鋼筋軸線重合，儀器屏幕顯示的示值就是該鋼筋的混凝土保護層厚度測試值，該值等于儀器從探頭到鋼筋表面的最短測試距離與基準值的差。

2 存在問題及解決方法

儀器測試平面構件時，構件的輪間表面與儀器基準平面重合，而測試圓柱構件時則為一段圓弧凸面，與基準平面間存在曲面偏差Δ，圓柱保護層測試示意圖見圖1，鋼筋保護層厚度C 應為儀器示值C'和曲面偏差Δ 之和，考慮儀器自身尚存在系統誤差，取儀器示值C'作為保護層會增大檢測結果偏差。

圖1 圓柱保護層測試示意

通過測試人工制作的同比例模擬試件中的鋼筋保護層得到修正值[4]，可以消除圓柱曲面偏差對儀器示值的影響。不足之處是所有直徑圓柱均需制作模擬試件，工作量大且繁瑣，為此在電磁感應法基礎上提出修正法，根據幾何原理，確定與圓柱曲面偏差有關的參數，得出曲面偏差計算公式，用公式計算的曲面偏差Δ（即修正量）修正儀器示值后即可得到鋼筋保護層厚度。根據此目的，由圖1 建立模擬幾何圖2。

圖2 模擬幾何圖形

圖2 中，以點E、L 為圓心半徑為r’的圓代表儀器行走輪，l 為儀器橫向行走輪中心距，以點O 為圓心、半徑為r 的圓代表圓柱面，點H、K 為過行走輪圓心的豎直線與行走輪下緣的交點，G、J 為兩橫向行走輪與測試圓柱面的接觸點。

2.1 確定r、r’和l

2.2 計算Δ 及C

根據圖2 中的幾何關系可知，△OBG、△ODE、△EFG 為相似三角形，根據相似三角形定理可得：

2.3 分析

通過公式（1）可知，Δ 與r、r’及l 有關，對某型號儀器而言，r’及l 是定值，待測圓柱r 和Δ 為變量，隨著圓柱直徑r 的增大，Δ 呈逐漸減小趨勢。

3 模擬試驗驗證

為驗證修正法的可行性和準確性，設計并實施了模擬驗證試驗。

3.1 驗證方法

采用《混凝土中鋼筋檢測技術標準》JGJ/T152—2019 中規定的直接法、電磁感應法[5]和本文提出的電磁感應修正法分別進行測試。測試完成后，以直接法測試結果為基準值，對電磁感應法和修正法的測試結果進行對比分析。

3.2 檢測儀器

為驗證修正方法的適用性，試驗采用了三個廠家的一體式鋼筋位置測定儀。儀器參數見表1。

表1 儀器參數

3.3 模擬試件

制作直徑Φ500 mm 和Φ1000 mm圓柱弧面試件模擬混凝土圓柱，試驗鋼筋采用HRB400 16，每個試件布置3 處測試位置。模擬試件見圖3、圖4。

圖3 Φ500 模擬試件

圖4 Φ1000 模擬試件

3.4 測試結果

三臺儀器的基本尺寸參數不同，按公式（1）分別計算測試Φ500 和Φ1000 圓柱時的Δ 值也相應不同，最小值0.78 mm，最大值3.12 mm。

保護層測試結果見表2、表3。

表2 Φ500 試件模擬驗證試驗結果

表3 Φ1000 試件模擬驗證試驗結果

由表2、表3 可知，三種儀器電磁感應法示值與直接法測試值的偏差在-4.98～0.04 mm 之間；修正法偏差在-1.86～0.82 mm之間。為直觀顯示數據結果，以直接法測試值為橫坐標，以修正前、后的偏差為縱坐標，制作折線圖。折線圖見圖5、圖6。

圖5 Φ500/ 16 電磁感應法與修正法偏差值對比

圖6 Φ1000/ 16 電磁感應法與修正法偏差值對比

4 驗證試驗分析

由表2、表3 及圖5、圖6 可知，相較于電磁感應法，修正法測試結果的偏差區間變窄，數值明顯變小。

《混凝土結構現場檢測技術標準》GB/T 50784—2013 中9.3.3條第2 款規定：現場檢測保護層時，直接法原位檢測結果與對應位置鋼筋探測儀檢測結果進行比較，當兩者的差異不超過±2 mm 時，判定兩個測試結果無明顯差異[6]。為分析電磁感應法示值、修正法測試值與直接法測試結果的差異程度，將偏差超過±2 mm 的測點視為超限點，對表2、表3 測試結果進行超限統計，統計結果見表4。

表4 模擬驗證試驗超限統計

由表4 可知：測試Φ500 試件時，三臺儀器電磁感應法示值超限率66.7%、100%，修正法測試結果超限率為0；測試Φ1000 試件時，三臺儀器電磁感應法示值超限率33.3%，修正法測試結果超限率為0。

驗證結果表明：測試圓柱保護層時，電磁感應法示值偏差較大，隨著圓柱直徑的增大，曲面誤差的影響逐漸減小，超限率有逐漸減小的趨勢；采用修正法測試時，雖然不同廠家儀器測試同一圓柱時曲面偏差有明顯差異，但修正后的測試結果總體差異不明顯，均滿足規范要求，且修正法在電磁感應法的基礎上工作量增加不大，證明該方法可行，檢測結果準確。

5 實體驗證

為了進一步驗證電磁感應修正法的可行性和準確性，在新建河北地質大學體育館樓工程中選取門廳和中庭兩根圓柱進行實體驗證試驗。檢測方法和儀器與模擬試驗相同。測試結果見表5。

表5 圓柱實體驗證試驗結果

由表5 可知，三臺儀器電磁感應法示值與直接法測試值偏差在-4.02～-2.16 mm 之間，所有測點全部超限；修正法測試值偏差在-1.65～-0.34 mm 之間，均滿足規定要求，與模擬驗證試驗基本一致，進一步證明修正法在實體鋼筋保護層測試中可行、準確。

6 結語

常用一體式鋼筋位置測定儀測試圓柱構件保護層厚度時的儀器示值偏差較大，采用電磁感應修正法能消除曲面偏差，提高檢測精度。采用該方法檢測前應制訂作業指導書，確定所用檢測儀器、待測圓柱構件的曲面偏差值。另外，建議儀器廠商進行系統優化，增加圓柱構件的檢測和計算參數，完善檢測功能，提高檢測精度，方便現場檢測。