鋼筋保護層厚度測試影響因素分析

廖家艷，李　金，張　標，何立平

(廣西交通科學研究院，廣西　南寧　530007)

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鋼筋保護層厚度測試影響因素分析

廖家艷，李金，張標，何立平

(廣西交通科學研究院，廣西南寧530007)

廖家艷(1992—)，主要從事試驗檢測、試驗檢測檔案管理等相關(guān)工作；

李金(1988—)，助理工程師，主要從事碼頭結(jié)構(gòu)檢測、樁基檢測工作；

張標(1989—)，助理工程師，主要從事巖土工程和港口結(jié)構(gòu)工程的研究工作；

何立平(1977—)，高級工程師，主要從事路面及水運材料工程相關(guān)工作。

摘要：文章主要通過成型試件對鋼筋保護層厚度測試影響因素進行分析，并結(jié)合實體工程進行相關(guān)驗證。通過大量的鋼筋保護層厚度測試發(fā)現(xiàn)其影響因素主要包括儀器設(shè)備廠家、鋼筋直徑、混凝土表面狀態(tài)、保護層厚度設(shè)計值等，與實體工程檢測結(jié)果吻合良好。

關(guān)鍵詞：水運工程；鋼筋保護層；混凝土構(gòu)件；水工結(jié)構(gòu)；影響因素

0引言

鋼筋保護層厚度是鋼筋混凝土工程中極為重要的設(shè)計指標之一，其合格率直接影響鋼筋混凝土工程結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)和耐久性。尤其是臨海港口碼頭的水工結(jié)構(gòu)，受海洋環(huán)境的影響，鋼筋混凝土耐久性問題就尤其突出。而在鋼筋保護層厚度測試過程中卻發(fā)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，對測試結(jié)果影響較大。在大量的鋼筋保護層厚度測試過程中發(fā)現(xiàn)其影響因素主要包括儀器設(shè)備廠家、鋼筋直徑、混凝土表面狀態(tài)、保護層厚度設(shè)計值等，本文主要通過成型試件對鋼筋保護層厚度測試影響因素進行分析，然后通過實體工程進行相關(guān)驗證。

1試驗儀器、材料和方案簡介

本次試驗采用了4臺不同廠家的鋼筋保護層厚度測定儀，其中儀器①②為國產(chǎn)儀器，儀器③④為進口儀器，其儀器基本情況見表1。

表1　各種儀器參數(shù)列表

試驗材料采用各種直徑的螺紋鋼，混凝土碎石采用花崗巖和石灰?guī)r兩種，混凝土配合比采用水運工程常用配比。試驗方案具體如下：

(1)先對相同保護層厚度，石灰?guī)r和花崗巖兩種碎石的50×50 cm試件不同飽水狀態(tài)進行對比測試分析，其次對成型表面光滑的試件進行測試后對其潮濕、半干狀態(tài)進行測試；然后對其表面鑿毛并且構(gòu)造深度達到3~5 mm后測試。

(2)對不同儀器設(shè)備的量程及其適用性進行分析，主要對設(shè)定的4、6、8、10 mm保護層厚度的50×50 cm試件采用不同儀器設(shè)備的所有量程進行測量，分析其測試結(jié)果準確情況，初步分析儀器設(shè)備對各種保護層厚度測定的適用情況。

(3)對不同儀器設(shè)備的精度及其適用性情況分析，對4、6、8 mm保護層厚度和14、16、18 mm鋼筋的100×200 cm同一試件，用確定適用的量程的相應(yīng)儀器進行三次重復(fù)測試，分析其誤差率、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性等情況，確定各種儀器的適用性及精度情況。

2鋼筋混凝土材料及表面狀態(tài)對測試結(jié)果的影響分析

采用儀器③對兩種碎石試件進行干燥光滑表面的保護層厚度測試后，對石灰?guī)r試件進行飽水、半干和鑿毛后測試，測試結(jié)果見表2。

表2　不同混凝土材料和表面狀態(tài)測試結(jié)果匯總表(mm)

從表2中可以看出，兩種不同碎石的試件表面干燥光滑時，其保護層厚度測試結(jié)果基本相同，其總體偏差值相同，表明不同碎石材料的混凝土對鋼筋保護層厚度測試結(jié)果沒有任何影響。三種不同飽水狀態(tài)測試結(jié)果也基本相同，總體偏差僅僅相差2 mm，可以認為是測量誤差，對測試結(jié)果不造成任何影響。

值得一提的是鑿毛后測試結(jié)果，雖然經(jīng)過多次測試后取值，但是基本上每個測點都偏大，總體偏差達到16 mm，這對測試結(jié)果的影響較大。在測試過程中發(fā)現(xiàn)，當平板探頭對不平整的試件表面進行測試時，結(jié)果往往偏差較大，數(shù)據(jù)也不穩(wěn)定，一般偏大3 mm左右，這也提醒測試人員在進行現(xiàn)場測試時必須保證試件表面平整光滑。

3儀器設(shè)備量程及其適用性情況分析

用四種儀器及其不同的量程對鋼筋保護層厚度設(shè)置值約為40、60、80、100 mm的試件進行測試，定性分析各種儀器測試數(shù)據(jù)，考查各種儀器的量程及其適用情況，測試結(jié)果見表3。

表3　4種儀器的不同量程的測試結(jié)果匯總表

從表3可以看出儀器①小量程僅能測試保護層厚度<70 mm試件，并且誤差較大，最大達到8 mm，其大量程能測試>100 mm保護層厚度，但誤差非常大，尤其是測試超過100 mm保護層厚度時誤差達到14 mm。儀器②大小量程均只能測試保護層厚度90 mm以內(nèi)試件，其小量程在測試60 mm保護層是誤差最大值2 mm，但是保護層厚度達到80 mm左右時，誤差達到4 mm。其大量程相對來說數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，最大誤差在3 mm。儀器③無大小量程的區(qū)別，測試精度較高，誤差在2 mm以內(nèi)。儀器④小量程能測試90 mm以內(nèi)試件，其誤差也能控制在2 mm左右，其大量程測試小的保護層厚度誤差達到4 mm，測試大的保護層厚度的誤差為5 mm左右。

總的來說控制70~80 mm以下保護層厚度時應(yīng)使用小量程測試，反之則用大量程測試比較合適。

表4　大型試件測試結(jié)果匯總表

4儀器設(shè)備精度及其適用性情況分析

利用四臺儀器對成型的大型試件中的四條鋼筋進行三次重復(fù)測試，測試結(jié)果見表4。根據(jù)前文測試結(jié)果分析，其中鋼筋一、四采用大量程測試，鋼筋二、三采用小量程測試。對測試結(jié)果進行統(tǒng)計分析，其誤差率是指三次測試值與設(shè)置值之差的絕對值的平均值與設(shè)置值平均值的商，以百分比表示。偏差上限、下限是指最大正偏差和最大負偏差，如果沒有正偏差則取最小負偏差，如果沒有負偏差則取最小正偏差。標準差指9個測試值的離散情況，代表數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

如果以規(guī)范JTS 257-2008《水運工程質(zhì)量檢驗標準》附錄D水運工程混凝土結(jié)構(gòu)實體質(zhì)量驗證性檢測要求D.3——鋼筋保護層厚度檢測為例，其鋼筋保護層測厚儀的誤差要求見表5。

表5　鋼筋保護層測厚儀檢測誤差數(shù)值表

對于儀器①，其對鋼筋二、三的誤差率在2.5%，基本符合精度要求，但是其偏差上限的誤差率達到4.5%和5.6%，已經(jīng)超出相應(yīng)規(guī)范測試誤差范圍。對于鋼筋一、四其誤差率和最大偏差更加離譜。在數(shù)據(jù)中可以看到，當保護層厚度增大時，測試值反而減小，證明儀器靈敏度非常低。另外從標準差來看，也說明測試數(shù)據(jù)較為離散，從以上分析可知儀器①鋼筋保護層測試結(jié)果可靠度較低，不建議使用。

對于儀器②，對四根鋼筋的誤差率基本能夠達到要求，但其四鋼筋的偏差上限、下限的誤差率達到4.6%~6.9%，已經(jīng)超出上述規(guī)范的測試誤差范圍。但是其整體數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，相對儀器①其數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和誤差率均好一些。值得一提的是儀器②在測試保護層厚度>60 mm后僅顯示偶數(shù)值，儀器廠家在保證測量范圍的同時犧牲了儀器的精度。

對于儀器③，其平均誤差率、偏差上限、下限和標準差均能達到要求，其最大偏差的誤差率僅4%左右，標準差也僅僅0.43，說明儀器穩(wěn)定性非常好，同時其測試精度也是四臺儀器中最高的。

對于儀器④，對小量程范圍的鋼筋二、三其誤差率基本在要求范圍以內(nèi)，同時其最大偏差的誤差率也較小。但是對于大量程范圍的鋼筋一、四其誤差率和最大偏差的誤差率都非常高。值得一提的是其標準差很小，數(shù)據(jù)離散性小，說明儀器本身出了系統(tǒng)誤差，是可以修正的。

總的來說，儀器①性能較差不建議使用，儀器②整體性能較為穩(wěn)定，但精度稍差。儀器③各方面性能較好，在測定范圍內(nèi)準確率很高。儀器④存在系統(tǒng)誤差，需要進行系統(tǒng)修正后，重新驗證后使用，由表5數(shù)據(jù)來看，僅適合測試保護層厚度在50 mm左右的構(gòu)件。

另外表5中有三種不同的鋼筋直徑，其相應(yīng)儀器的誤差率并未隨鋼筋直徑變大而減小，說明在儀器測試范圍內(nèi)由于鋼筋的直徑影響產(chǎn)生的誤差，遠達不到由于測試過程和儀器設(shè)備自身性能造成的誤差，因此可以忽略不計由于鋼筋直徑造成的誤差。

5測試過程中的一些現(xiàn)象分析及探討

(1)構(gòu)件表面不平整。在測試過程中發(fā)現(xiàn)，即便試件表面有不到1 mm的凸出塊，其測試結(jié)果也會相差3 mm以上。這就要求測試前必須對試件表面進行打磨平整光滑，否則對測試結(jié)果影響非常大。

(2)靈敏度。主要體現(xiàn)在某些儀器在實際鋼筋保護層厚度變大時，儀器測試值卻不斷變小，或者是一根鋼筋有的幾個測點，中間測點保護層厚度測試值小于或大于兩端的測點。證明儀器的靈敏度和精度都不夠，在實際測試中應(yīng)特別注意關(guān)注。

(3)鋼筋位置確定。本次測試使用的四種儀器均出現(xiàn)了鋼筋位置定位不準確的情況。一般來說，儀器確定的鋼筋位置比實際鋼筋位置要沿探頭行進方向滯后1~3 cm。滯后的距離與儀器自身的性能有關(guān)，同時與測試時探頭行進速度有關(guān)，速度快，滯后距離越大。在實際工作中可以采用雙向測試，確定正反兩次測試時鋼筋的位置，其中點即為鋼筋的位置，但是要求每次測試時探頭行進速度相同。

(4)測試原理及儀器電量。在測試過程中發(fā)現(xiàn)儀器性能區(qū)別很大，比如儀器③在非常接近鋼筋時才有反射信號，而儀器①在較遠時就有反射信號，這說明儀器自身設(shè)置相差很大。其發(fā)射的電磁波的波長和強度對測試精度的影響較大，同時電池的電量也會影響測試精度。

(5)圓柱體構(gòu)件測試。采用平板探頭測試圓柱體構(gòu)件時，由于探頭信號發(fā)射點很難保持與鋼筋距離最小，導(dǎo)致平板探頭測試圓柱體構(gòu)件保護層厚度偏大。用滑輪探頭測試時由于構(gòu)件表面有弧度導(dǎo)致測試結(jié)果偏小，但是可以根據(jù)構(gòu)件的直徑和滑輪的間距進行修正。因此建議圓柱體構(gòu)件采用滑輪探頭測試后修正測試結(jié)果。

6結(jié)語

在水運工程實體檢測中，鋼筋保護層的厚度檢測已作為一項重要的指標，為了保證檢測數(shù)據(jù)的準確性，這就需要檢測人員在檢測時，能多了解一些設(shè)計資料，了解相關(guān)的規(guī)范，嚴格按照規(guī)范要求和儀器操作方法進行檢測，減少各種外在因素對測試結(jié)果產(chǎn)生的影響。

參考文獻

[1]JTS 257-2008,水運工程質(zhì)量檢驗標準[S].

[2]張啟明.鋼筋保護層厚度的測試及主要影響因素分析[J].河南科學，2010，28(2)：201-203.

Analysis on the Influencing Factors of Reinforced Protective Layer Thickness Testing

LIAO Jia-yan，LI Jin，ZHANG Biao，HE Li-ping

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Abstract：This article analyzed the influencing factors of reinforced protective layer thickness testing mainly through the molded specimen，and conducted the relevant verification combined with the physical engineer-ing.Through a lot of reinforced protective layer thickness testing，it was found that the influencing factors mainly include the equipment manufacturers，rebar diameter，concrete surface state，protective layer thick-ness design values，etc.，which are well consistent with physical engineering test results.

Keywords：Water transport engineering； Reinforced protective layer； Concrete structures； Hydraulic structure； Influencing factors

收稿日期：2015-05-02

文章編號：1673-4874(2015)05-0087-04

中圖分類號：U445

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.05.024

作者簡介