電磁感應(yīng)法檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體鋼筋位置及保護(hù)層厚度技術(shù)探討

呂會(huì)喜

（北京中地遠(yuǎn)大勘測(cè)科技有限公司 ）

【摘要】鋼筋保護(hù)層厚度直接影響到混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力和鋼筋的握裹粘結(jié)力，保護(hù)層不同可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和延性降低。因此,混凝土的鋼筋保護(hù)層直接影響到混凝土結(jié)構(gòu)的安全和耐久性。通過對(duì)本文的電磁感應(yīng)法了解，我們可以進(jìn)一步掌握利用電磁感應(yīng)法檢測(cè)鋼筋位置及保護(hù)層厚度科學(xué)性和精度。

1.前言

目前使用的混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體鋼筋位置測(cè)定儀原理基本是采用電磁感應(yīng)法，在混凝土表面向 發(fā)射電磁場(chǎng)，混凝土內(nèi)部的鋼筋產(chǎn)生感應(yīng)電磁場(chǎng)，由于感應(yīng)電磁場(chǎng)的強(qiáng)度及空間梯度的變化與鋼筋的位置、保護(hù)層厚度和直徑等有關(guān)。因?yàn)?，通過測(cè)量電磁場(chǎng)變化并經(jīng)過一系列數(shù)據(jù)處理，便可確定鋼筋位置、保護(hù)層厚度和估測(cè)直徑相關(guān)參數(shù)。

2. 工作原理

首先由信號(hào)發(fā)射單元向混凝土內(nèi)部發(fā)射脈沖電磁波，當(dāng)混凝土內(nèi)部有鋼筋存在時(shí)，鋼筋產(chǎn)生二次感應(yīng)磁場(chǎng)，并由信號(hào)接收單元接收鋼筋感應(yīng)的二次場(chǎng)，由于不同直徑和不同保護(hù)層厚度的鋼筋產(chǎn)生二次場(chǎng)強(qiáng)弱度不同，信號(hào)處理單元對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行處理，運(yùn)算后，以數(shù)值和指示條的形式顯示出來，操作員據(jù)此確定鋼筋平面位置和保護(hù)層厚度。

在交變電磁場(chǎng)中混凝土中的鋼筋可感應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)的二次電磁場(chǎng)。一次場(chǎng)恒定的情況下，二次場(chǎng)的強(qiáng)度是距離(保護(hù)層厚度)和鋼筋直徑的函數(shù)，即距離越大，二次場(chǎng)越弱；鋼筋直徑越大，二次場(chǎng)越強(qiáng)。二次場(chǎng)強(qiáng)度與保護(hù)層厚度和鋼筋直徑為：

        E2=E1d-AφB                  

式中： E1、E2—一次場(chǎng)和二次場(chǎng)強(qiáng)度；

           d—保護(hù)層厚度；

          φ—鋼筋直徑；

           A、B—關(guān)系系數(shù)。

由上式可知，已知一次場(chǎng)情況下，通過儀器的率定，確定A、B系數(shù)，就可通過測(cè)量二次場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算出保護(hù)層厚度、位置和鋼筋直徑。

3. 檢測(cè)技術(shù)

3.1基本要求

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行清零，清零時(shí)探頭應(yīng)遠(yuǎn)離磁性金屬物體即放在空氣中進(jìn)行；并結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙資料了解鋼筋布置情況；應(yīng)避開鋼筋接頭和綁絲，鋼筋間距應(yīng)滿足檢測(cè)要求。

當(dāng)實(shí)際混凝土保護(hù)層厚度小于鋼筋位置測(cè)定儀小示值時(shí)，應(yīng)采用在探頭下附加墊塊的方法進(jìn)行檢測(cè)。墊塊對(duì)鋼筋位置測(cè)定儀不應(yīng)產(chǎn)生干擾，表面應(yīng)光滑平整，其各個(gè)方向厚度值偏差不應(yīng)大于0.1mm。所加墊塊厚度在計(jì)算時(shí)應(yīng)予扣除。

3.2鋼筋位置和保護(hù)層厚度測(cè)試

當(dāng)進(jìn)行鋼筋位置檢測(cè)時(shí)，探頭慢速勻速的在檢測(cè)面上移動(dòng)，等儀器顯示屏接收信號(hào)好或保護(hù)層厚度值小時(shí)，此時(shí)探頭中心線與鋼筋軸線應(yīng)該重合，在相應(yīng)位置做好標(biāo)記。也可以在相反的方向重新掃描一次，兩次掃描結(jié)果相互驗(yàn)證。為了慎重起見，探頭應(yīng)該放在另外方向兩條鋼筋中間重復(fù)上述測(cè)量，以核實(shí)測(cè)量結(jié)果，并且準(zhǔn)確定向鋼筋。 按上述步驟將相鄰的其它鋼筋逐一標(biāo)出。

    首先，設(shè)定好儀器的鋼筋公稱直徑，沿被測(cè)鋼筋軸線選擇相鄰鋼筋影響較小的位置，并應(yīng)避開鋼筋接頭和綁絲，讀取第1次檢測(cè)的混凝土保護(hù)層厚度檢測(cè)值。在被測(cè)的每根鋼筋的同一位置應(yīng)重復(fù)檢測(cè)1次，讀取第2次檢測(cè)的混凝土保護(hù)層厚度檢測(cè)值。其次，對(duì)同一處讀取的2個(gè)保護(hù)層厚度值相差大于1mm時(shí)，該組檢測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)無效，并查明原因，在該處應(yīng)重新進(jìn)行檢測(cè)，則應(yīng)該更換檢測(cè)儀器或采用鉆孔、剔鑿的方法核實(shí)。

注:大多數(shù)儀器要求鋼筋公稱直徑已知方能準(zhǔn)確檢測(cè)混凝土保護(hù)程厚度，此時(shí)儀器必須按照鋼筋公稱直徑對(duì)應(yīng)進(jìn)行設(shè)置。

3.3梁柱類測(cè)試

對(duì)于梁類構(gòu)件，應(yīng)對(duì)全部縱向受力鋼筋的保護(hù)層厚度進(jìn)行檢驗(yàn)。梁類構(gòu)件一般分受力筋、箍筋，而且鋼筋間距較密，儀器接收的信號(hào)值變化相對(duì)較小，其顯示的保護(hù)層厚度值變化更小，甚至幾乎沒有變化。因此，如果要進(jìn)行受力筋保護(hù)層和位置測(cè)試時(shí)，要先定出箍筋位置并予以標(biāo)注（見圖a），然后在間距大的箍筋即非加密區(qū)測(cè)試受力筋的保護(hù)層厚度和位置（見圖b）。若探頭移動(dòng)測(cè)試面上有箍筋時(shí)，會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響，造成測(cè)定值與實(shí)際值誤差較大。測(cè)試箍筋保護(hù)層反之。

3.4板類測(cè)試

對(duì)于板類構(gòu)件，應(yīng)抽取不少于６根縱向受力鋼筋的保護(hù)層厚度進(jìn)行檢驗(yàn)。如單向板，應(yīng)沿兩受力邊檢測(cè)負(fù)彎矩鋼筋。對(duì)雙向板，應(yīng)沿兩長(zhǎng)邊檢測(cè)負(fù)彎矩鋼筋；檢測(cè)位置盡量靠近鋼筋根部，并且在兩長(zhǎng)邊中間1/2范圍檢測(cè)；既每根鋼筋，應(yīng)在有代表性的部位測(cè)量１點(diǎn)。

板類下排受力鋼筋為縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)狀分布結(jié)構(gòu)。檢測(cè)時(shí)，應(yīng)先用確定出兩根鋼筋間距，然后沿其方向進(jìn)行鋼筋測(cè)試。正確測(cè)試方法見圖1。

測(cè)試保護(hù)層時(shí)，儀器探頭不能沿一根鋼筋順其方向移動(dòng)或者與鋼筋成角度掃描測(cè)試 ，否側(cè)測(cè)試結(jié)果誤差較大。錯(cuò)誤測(cè)試方法見圖2。

對(duì)于特殊情況，如果某一測(cè)點(diǎn)存在問題或?qū)υ擖c(diǎn)測(cè)試結(jié)果有疑問，可能是本文第4節(jié)的影響，此時(shí)可在該測(cè)點(diǎn)附件重復(fù)測(cè)試兩點(diǎn)，以檢驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。

4 影響測(cè)試精度的因素

在混凝土結(jié)構(gòu)中影響測(cè)試精度因素較多，如綁扎絲、箍筋、預(yù)埋金屬件、骨料（含鐵量）、鋼筋材質(zhì)、水泥、周圍相鄰鋼筋、參數(shù)設(shè)置（如鋼筋直徑）以及測(cè)試方法等諸多因素。下面介紹主要的影響因素：

（1）保護(hù)層厚度的影響

構(gòu)件本身有磁性；所測(cè)部位有除鋼筋以外的小磁性物質(zhì)；選擇參數(shù)與實(shí)際不符；測(cè)試方法不正確。因此，現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)為了提高精度，應(yīng)在一段時(shí)間后，將探頭放在空氣中進(jìn)行清零，以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。

在同等情況下，一般傳感器截面尺寸越大，影響越大；在鋼筋直徑與保護(hù)層厚度相同時(shí)，間距越小，偏差越大；在鋼筋直徑與相鄰間距相同時(shí)，保護(hù)層厚度越大，影響越大。

（2）鋼筋直徑影響

在周圍磁性物體的影響很小情況下，單根鋼筋或間距較大時(shí)較準(zhǔn)，一般校準(zhǔn)時(shí)用單根筋在物理實(shí)驗(yàn)室下進(jìn)行。而實(shí)際混凝土構(gòu)件中，鋼筋都是以受力筋和箍筋交錯(cuò)或者網(wǎng)狀布置的方式設(shè)計(jì)施工，與物理實(shí)驗(yàn)室情況下差距較大，因此難免測(cè)量誤差較大。

在鋼筋間距較大的情況下，這種影響很小，基本可以忽略不計(jì)；但是在鋼筋間距較小的情況下，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際值存在很大的偏差。 因此要選取間距較大的部位，并盡可能在相鄰筋中間；準(zhǔn)確測(cè)量鋼筋位置，保護(hù)層不能越大；實(shí)測(cè)值數(shù)據(jù)誤差較小為準(zhǔn)，而且要求在現(xiàn)場(chǎng)至少測(cè)試3次并一小值作為鋼筋直徑，后可以局部剔鑿確認(rèn)。

（3）鋼筋平面位置

鋼筋平面位置測(cè)試受干擾小，一般情況下均可準(zhǔn)確測(cè)定。

5 自校、標(biāo)定和驗(yàn)證方法

    一般采用對(duì)儀器不產(chǎn)生電磁干擾的混凝土、木材、塑料、玻璃、樹脂等材料，制作成標(biāo)準(zhǔn)試件，在試件中預(yù)埋不同直徑鋼筋（鋼筋未經(jīng)拉拔），預(yù)留不同保護(hù)層厚度。如樹脂試件尺寸圖3參考（單位：mm）。

在混凝土結(jié)構(gòu)中，對(duì)重要構(gòu)件的測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生懷疑時(shí)，可以采用局部開鑿破損，以檢驗(yàn)其測(cè)定結(jié)果，對(duì)問題較多工程要組織進(jìn)行復(fù)測(cè)；也可以通過構(gòu)件邊緣鋼筋位置和保護(hù)層相互關(guān)系，采用非破損驗(yàn)證。如圖4,此構(gòu)件a1、a2為保護(hù)層厚度，c1、c2為測(cè)量面到鋼筋中軸線距離，即保護(hù)層a1與c2減鋼筋半徑距離相同。

6 小結(jié)

以上論述是本人在混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體鋼筋無損檢測(cè)技術(shù)工作中的一些體會(huì)，由于水平有限，不當(dāng)之處在所難免，希望大家諒解。通過本文的闡述能夠起到拋磚引玉的作用，請(qǐng)行業(yè)同仁廣開言路，共同探討無損檢測(cè)技術(shù)，使得混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體鋼筋無損檢測(cè)方法更趨完善。

參考文獻(xiàn):

[1] 建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).GB/T50344-2004

[2] 混凝土中鋼筋檢測(cè)技術(shù)規(guī)程.JGJ/T 152-2008

[3] 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB50204—2002）