橋梁混凝土中鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)準(zhǔn)確性分析

趙炯

（甘肅省隴南市文縣交通運(yùn)輸局，甘肅 隴南 746400）

0 引言

混凝土混合鋼筋材料可以為構(gòu)造物提供穩(wěn)定的支撐。但是二者的力學(xué)性質(zhì)卻存在巨大的差異。之所以可以混合在一起應(yīng)用到構(gòu)造物建造上，主要是因?yàn)榛炷敛牧虾弯摻畈牧现g具有較強(qiáng)的黏合力，也可在荷載力的作用下一起變形，以此來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能的發(fā)揮。另外，二者的溫度線膨脹系數(shù)相對(duì)較為接近：混凝土的膨脹系數(shù)范圍為1.0×10-5～1.5×10-5oC；鋼筋的膨脹系數(shù)則為1.2×10-5oC 在環(huán)境溫度變化過程中，二者之間的黏結(jié)性不會(huì)受到溫度應(yīng)力的影響和破壞，且混凝土包裹在鋼筋材料的外部結(jié)構(gòu)上，不僅可以起到鋼筋防腐蝕的重要作用，也可實(shí)現(xiàn)兩種材料共同作用。由此可以明確的是，除了原材料能夠影響鋼筋混凝土的承載能力和耐久性之外，混凝土保護(hù)層的厚度也決定其各項(xiàng)性能的發(fā)揮效果。

1 鋼筋混凝土保護(hù)層厚度的重要性

一般混凝土保護(hù)層都會(huì)被設(shè)計(jì)在鋼筋構(gòu)件的外緣表面上，以此來保護(hù)鋼筋不受環(huán)境因素的侵蝕或者一些外界因素的破壞，也可提升鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)程度。

從承載力角度分析，保護(hù)層可以保障鋼筋和混凝土二者同時(shí)受力。此時(shí)將保護(hù)層厚度設(shè)為c，鋼筋直徑設(shè)為d，根據(jù)相關(guān)受力分析結(jié)果可知，保護(hù)層厚度過薄，導(dǎo)致c 和d 的比值偏低。相關(guān)試驗(yàn)表明，該比值如果過小，很容易導(dǎo)致鋼筋在受力變形期間，周邊的混凝土受到鋼筋變形所產(chǎn)生的環(huán)向拉力。在縱向方向上，保護(hù)層發(fā)生劈裂，降低二者之間的黏結(jié)強(qiáng)度。如果保護(hù)層厚度較大，那么可以根據(jù)其正截面受彎承載力的計(jì)算來表示其穩(wěn)定程度。此時(shí)如果c 值偏大，那么截面的有效高度h0會(huì)小于設(shè)計(jì)數(shù)值，說明該建筑承載力不滿足要求，對(duì)建筑設(shè)計(jì)的安全性造成負(fù)面影響。

從耐久力角度分析。混凝土自身屬于高堿性環(huán)境材料，對(duì)鋼筋進(jìn)行包裹會(huì)形成一層保護(hù)膜，保護(hù)鋼筋材料[1]。如果混凝土保護(hù)膜的厚度不足，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺少足夠的致密性。外界環(huán)境中的水分和氣體等微量分子就會(huì)進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，腐蝕鋼筋，甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)膨脹，最終使整個(gè)結(jié)構(gòu)失去支撐作用。另外，保護(hù)層過厚可以延長鋼筋的使用壽命。

2 分布鋼筋間距影響分析

2.1 試驗(yàn)構(gòu)件

研究分布鋼筋間距對(duì)箍筋保護(hù)層厚度檢測(cè)精度的影響，設(shè)定采用兩個(gè)厚度分別為30mm 以及35mm，鋼筋分布及保護(hù)層厚度一致的構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)。技術(shù)人員將各構(gòu)件箍筋直徑以及間距分別設(shè)定為12mm 以及15cm，分布鋼筋直徑設(shè)定為10mm，間距設(shè)定以10mm 為間隔，從70mm 至150mm。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

利用游標(biāo)卡尺分別對(duì)試驗(yàn)所用的測(cè)試構(gòu)件箍筋保護(hù)層厚度值進(jìn)行一次試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)所得數(shù)據(jù)分別是30.06mm、34.62mm。之后使用軟件對(duì)構(gòu)件箍筋保護(hù)層進(jìn)行了測(cè)量，將兩次檢測(cè)所得數(shù)據(jù)橫向?qū)Ρ龋罱K獲得數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果。進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比后總結(jié)：第二層鋼筋（箍筋）保護(hù)層厚度與第一層分布鋼筋的間距之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系，如若分布鋼筋的間距越小，那么箍筋的保護(hù)層厚度就會(huì)越大，反之則越小[2]。

經(jīng)過詳細(xì)檢測(cè)，最終獲得兩個(gè)測(cè)試構(gòu)件箍筋保護(hù)層厚度分別為30.06mm 以及34.62mm。在得到相應(yīng)數(shù)值后利用專業(yè)的Profometer5 對(duì)試驗(yàn)所用構(gòu)件箍筋保護(hù)層厚度進(jìn)行測(cè)量，并將軟件測(cè)量結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，形成厚度對(duì)比結(jié)果。如若第一層鋼筋間距達(dá)到相應(yīng)數(shù)值后，第二層箍筋保護(hù)層厚度就不會(huì)受到第一層鋼筋的影響。如若第一層分布鋼筋的間距超過1.3cm，那么經(jīng)過Profometer5 測(cè)量所得的數(shù)據(jù)都會(huì)保持29mm 和34mm。

3 率定曲線

3.1 率定試驗(yàn)

在進(jìn)行檢測(cè)過程中，選取一段與檢測(cè)構(gòu)件材料相同，長度為500cm 的鋼筋。在測(cè)試過程中，首先確保探頭設(shè)備以及鋼筋之間保持平行狀態(tài)，隨后依照一定頻率控制探頭向鋼筋方向靠攏，最終測(cè)定探頭底面與鋼筋表面之間的距離，為后續(xù)研究提供真實(shí)數(shù)據(jù)支持。完成測(cè)量工作后，分別將儀表讀數(shù)以及測(cè)定模擬保護(hù)層厚度設(shè)定為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，繪制出相應(yīng)的率定曲線。

在完成此步驟后，依照相關(guān)文件規(guī)定的橋梁施工要求，對(duì)鋼筋和箍筋的布設(shè)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。此工程使用與25mT 梁相同的鋼筋材料開展試驗(yàn)。此次試驗(yàn)中設(shè)定箍筋以及分布鋼筋直徑分別為12mm 以及10mm，間距分布控制在12cm 以及90mm、100mm、110mm、120mm。在實(shí)際工作中利用不同厚度均值墊塊作為保護(hù)層開展試驗(yàn)，其厚度控制在25～55mm 區(qū)間范圍內(nèi)。

在對(duì)墊塊保護(hù)層的厚度進(jìn)行檢測(cè)，隨后利用鋼筋位置測(cè)定儀對(duì)模擬的保護(hù)層厚度進(jìn)行測(cè)定，并且記錄數(shù)據(jù)，所獲得數(shù)據(jù)用H 表示[3]，不同保護(hù)層厚度、不同分布鋼筋間距下箍筋的測(cè)試結(jié)果見表1。

3.2 率定曲線及率定公式

在實(shí)際工作中將儀表讀數(shù)H 以及實(shí)際保護(hù)層厚度值分別設(shè)定為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，并在充分依據(jù)如表1中所示測(cè)定結(jié)果前提下，對(duì)各分布鋼筋間距率定曲線進(jìn)行繪制，得出箍筋保護(hù)層厚度率定曲線[4]。

表1 率定試驗(yàn)結(jié)果

為確保工程應(yīng)用便捷性，可以使用保護(hù)層修正計(jì)算公式對(duì)不同公式條件下獲取的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整理，所獲得數(shù)據(jù)帶入率定曲線公式中擬合，最終獲得誤差率，形成率定公式見表2。表2中，Hx以及H分別表示保護(hù)層厚度修正值以及儀器顯示值，進(jìn)而可得誤差率計(jì)算公式為（Hx-實(shí)際值）/實(shí)際值×100%[5]。由表2中數(shù)據(jù)可知，各率定公式計(jì)算結(jié)果以及實(shí)測(cè)值之間誤差率較小，最大值為1.4%。

表2 率定公式以及誤差率

4 實(shí)例驗(yàn)證

為驗(yàn)證修正公式實(shí)用性，選取某地區(qū)橋梁工程進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。案例工程為某地區(qū)依照交通運(yùn)輸部發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)建造的25mT 梁橋。試驗(yàn)研究過程中將目標(biāo)橋梁的跨中截面箍筋保護(hù)層厚度設(shè)定為36mm，同時(shí)設(shè)定鋼筋依照10mm 間隔分布布置。隨后借助專業(yè)的鋼筋位置測(cè)定儀，開始測(cè)定鋼筋保護(hù)層厚度（H），同時(shí)利用測(cè)定儀對(duì)已經(jīng)測(cè)定的鋼筋段相鄰的兩個(gè)鋼筋分布位置進(jìn)行標(biāo)定，測(cè)定鋼筋分布間距，所得數(shù)據(jù)為L。最后利用計(jì)算公式獲得鋼筋修正值，即Hx。在進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，選擇在現(xiàn)場(chǎng)鑿孔對(duì)保護(hù)層厚度H3進(jìn)行檢驗(yàn)。在檢驗(yàn)中共計(jì)測(cè)了7 根箍筋，最終所獲得的所有數(shù)據(jù)詳見表3。

表3 T 梁保護(hù)層厚度分析表

依據(jù)表3中數(shù)據(jù)可知，率定公式修正值以及鑿孔實(shí)測(cè)值基本保持一致，最大誤差以及最大誤差率分別為1.19mm 以及4.1%，由此可見，率定公式計(jì)算結(jié)果精準(zhǔn)度滿足實(shí)際需求，可以用于工程實(shí)踐之中。

將表2以及表3進(jìn)行橫向?qū)Ρ瓤芍?，?中的誤差率均明顯高于表2中的誤差率。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是率定修正公式擬合的依據(jù)為室內(nèi)試驗(yàn)推導(dǎo)，與試驗(yàn)過程中應(yīng)用的保護(hù)層和實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土檢驗(yàn)之間存在的差異較大。因此，為了能夠最大程度提升率定修正工作的精準(zhǔn)度，在對(duì)率定公式進(jìn)行更深層次的研究中，應(yīng)選用與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試構(gòu)件以及鋼筋分布相同的材料。

5 結(jié)語

綜上所述，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可得：

第一，第二層鋼筋，即箍筋的實(shí)際保護(hù)層厚度會(huì)受到第一層鋼筋，即分布鋼筋間距的影響，且分布鋼筋間距越大，那么箍筋的保護(hù)層厚度就會(huì)越小，反之則會(huì)越大。

第二，研究成果顯示，率定公式計(jì)算值和實(shí)際測(cè)量值之間存在的誤差較小，最大誤差率也僅有1.4%。

第三，在施工現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)際測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，率定公式修正值與鑿孔實(shí)測(cè)值保持基本一致，由此證明率定公式的計(jì)算精準(zhǔn)度可以滿足工程施工的實(shí)際計(jì)算要求，可以廣泛應(yīng)用于分布鋼筋保護(hù)層的測(cè)定工作。

第四，為切實(shí)保障率定公式修正值的精準(zhǔn)性，在后續(xù)工作中應(yīng)盡可能采用與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試構(gòu)件規(guī)格參數(shù)一致的構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)。