電磁感應(yīng)法檢測混凝土結(jié)構(gòu)實體鋼筋位置及保護層厚度技術(shù)探討

呂會喜

（北京中地遠大勘測科技有限公司 ）

【摘要】鋼筋保護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，保護層不同可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度、剛度和延性降低。因此,混凝土的鋼筋保護層直接影響到混凝土結(jié)構(gòu)的安全和耐久性。通過對本文的電磁感應(yīng)法了解，我們可以進一步掌握利用電磁感應(yīng)法檢測鋼筋位置及保護層厚度科學(xué)性和精度。

1.前言

目前使用的混凝土結(jié)構(gòu)實體鋼筋位置測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，混凝土內(nèi)部的鋼筋產(chǎn)生感應(yīng)電磁場，由于感應(yīng)電磁場的強度及空間梯度的變化與鋼筋的位置、保護層厚度和直徑等有關(guān)。因為，通過測量電磁場變化并經(jīng)過一系列數(shù)據(jù)處理，便可確定鋼筋位置、保護層厚度和估測直徑相關(guān)參數(shù)。

2. 工作原理

首先由信號發(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，鋼筋產(chǎn)生二次感應(yīng)磁場，并由信號接收單元接收鋼筋感應(yīng)的二次場，由于不同直徑和不同保護層厚度的鋼筋產(chǎn)生二次場強弱度不同，信號處理單元對接收的信號進行處理，運算后，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層厚度。

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

        E2=E1d-AφB                  

式中： E1、E2—一次場和二次場強度；

           d—保護層厚度；

          φ—鋼筋直徑；

           A、B—關(guān)系系數(shù)。

由上式可知，已知一次場情況下，通過儀器的率定，確定A、B系數(shù)，就可通過測量二次場強度計算出保護層厚度、位置和鋼筋直徑。

3. 檢測技術(shù)

3.1基本要求

現(xiàn)場檢測時，應(yīng)對儀器進行清零，清零時探頭應(yīng)遠離磁性金屬物體即放在空氣中進行；并結(jié)合設(shè)計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)滿足檢測要求。

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

3.2鋼筋位置和保護層厚度測試

當(dāng)進行鋼筋位置檢測時，探頭慢速勻速的在檢測面上移動，等儀器顯示屏接收信號好或保護層厚度值小時，此時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)上述測量，以核實測量結(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次檢測的混凝土保護層厚度檢測值。在被測的每根鋼筋的同一位置應(yīng)重復(fù)檢測1次，讀取第2次檢測的混凝土保護層厚度檢測值。其次，對同一處讀取的2個保護層厚度值相差大于1mm時，該組檢測數(shù)據(jù)應(yīng)無效，并查明原因，在該處應(yīng)重新進行檢測，則應(yīng)該更換檢測儀器或采用鉆孔、剔鑿的方法核實。

注:大多數(shù)儀器要求鋼筋公稱直徑已知方能準(zhǔn)確檢測混凝土保護程厚度，此時儀器必須按照鋼筋公稱直徑對應(yīng)進行設(shè)置。

3.3梁柱類測試

對于梁類構(gòu)件，應(yīng)對全部縱向受力鋼筋的保護層厚度進行檢驗。梁類構(gòu)件一般分受力筋、箍筋，而且鋼筋間距較密，儀器接收的信號值變化相對較小，其顯示的保護層厚度值變化更小，甚至幾乎沒有變化。因此，如果要進行受力筋保護層和位置測試時，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)測試受力筋的保護層厚度和位置（見圖b）。若探頭移動測試面上有箍筋時，會對測試結(jié)果產(chǎn)生影響，造成測定值與實際值誤差較大。測試箍筋保護層反之。

3.4板類測試

對于板類構(gòu)件，應(yīng)抽取不少于６根縱向受力鋼筋的保護層厚度進行檢驗。如單向板，應(yīng)沿兩受力邊檢測負彎矩鋼筋。對雙向板，應(yīng)沿兩長邊檢測負彎矩鋼筋；檢測位置盡量靠近鋼筋根部，并且在兩長邊中間1/2范圍檢測；既每根鋼筋，應(yīng)在有代表性的部位測量１點。

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

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

對于特殊情況，如果某一測點存在問題或?qū)υ擖c測試結(jié)果有疑問，可能是本文第4節(jié)的影響，此時可在該測點附件重復(fù)測試兩點，以檢驗測試結(jié)果。

4 影響測試精度的因素

在混凝土結(jié)構(gòu)中影響測試精度因素較多，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）以及測試方法等諸多因素。下面介紹主要的影響因素：

（1）保護層厚度的影響

構(gòu)件本身有磁性；所測部位有除鋼筋以外的小磁性物質(zhì)；選擇參數(shù)與實際不符；測試方法不正確。因此，現(xiàn)場長時間工作時為了提高精度，應(yīng)在一段時間后，將探頭放在空氣中進行清零，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；在鋼筋直徑與保護層厚度相同時，間距越小，偏差越大；在鋼筋直徑與相鄰間距相同時，保護層厚度越大，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較準(zhǔn)，一般校準(zhǔn)時用單根筋在物理實驗室下進行。而實際混凝土構(gòu)件中，鋼筋都是以受力筋和箍筋交錯或者網(wǎng)狀布置的方式設(shè)計施工，與物理實驗室情況下差距較大，因此難免測量誤差較大。

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；但是在鋼筋間距較小的情況下，測量結(jié)果與實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)確測量鋼筋位置，保護層不能越大；實測值數(shù)據(jù)誤差較小為準(zhǔn)，而且要求在現(xiàn)場至少測試3次并一小值作為鋼筋直徑，后可以局部剔鑿確認。

（3）鋼筋平面位置

鋼筋平面位置測試受干擾小，一般情況下均可準(zhǔn)確測定。

5 自校、標(biāo)定和驗證方法

    一般采用對儀器不產(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，對重要構(gòu)件的測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生懷疑時，可以采用局部開鑿破損，以檢驗其測定結(jié)果，對問題較多工程要組織進行復(fù)測；也可以通過構(gòu)件邊緣鋼筋位置和保護層相互關(guān)系，采用非破損驗證。如圖4,此構(gòu)件a1、a2為保護層厚度，c1、c2為測量面到鋼筋中軸線距離，即保護層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)實體鋼筋無損檢測技術(shù)工作中的一些體會，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，請行業(yè)同仁廣開言路，共同探討無損檢測技術(shù)，使得混凝土結(jié)構(gòu)實體鋼筋無損檢測方法更趨完善。

參考文獻:

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

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

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