率定法修正混凝土保护层厚度的测试研究.pdf

第 4 0卷， 第 1 期 2 0 I 5 年 2 月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 4 0，No 1 F e b ， 2 0 1 5 率定法修正混凝土保护层厚 度的测试研 究 陈朝 慰 ( 1 福建船政交通 职业学院 ，福建 福州 3 5 0 0 0 7 ； 2 福建省公路水运工程重点实验室 ， 福建 福州 3 5 0 0 0 7 ) 摘 要 】电磁感应法检测钢筋保护层厚 度是最常用 的方法 ， 但检测 时影响检测结果 的因素较 多。为提高检 测精度 ， 以交通部颁布桥梁标准图中 2 5 m T梁为工程背景 ， 通过室内试验和计算 分析 ， 研究了分布钢筋 间距对测量 结果 的影响 ， 拟合可用于修正钢筋保 护层厚度测试值的率定 计算公式 ； 通过 现场测试 ， 验证其 可以提 高检测精 度。 研究结果有助于钢筋保 护层厚度检测与施工控制。 【 关键词 桥梁 ；率定法 ；混凝土保护层厚度 ；试验 ； 计算公式 ； 检测精度 中图分类号 】U 4 4 8 2 1 2 文献标识码A 文章编号 1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 5 ) 0 l 一 0 1 9 8 0 3 S t u d y o n t h e Ca l i b r a t i o n M e t h o d M o d i f y i n g i n t e s t i n g t h e Th i c k n e s s De t e c t i o n o f Co n c r e t e Co v e r CHEN Chao we i ( 1 F u j i a n C h u a n z h e n g C o m mu n i c a t i o n s C o l l e g e ， F u z h o u ， F u j i a n 3 5 0 0 0 7 ， C h i n a ； 2 F u j i a n K e y L a b o - r a t o r y o f H i g h w a y Wa t e r w a y E n g i n e e r i n g ， F u z h o u ， F u j i a n 3 5 0 0 0 7 ， C h i n a ) A b s t r a c t T h e e l e c t r o ma g n e t i c i n d u c t i o n me t h o d i s t h e mo s t c o mm o n l y u s e d m e t h o d f o r t h e t h i c k n e s s d e t e c t i o n o f c o n c r e t e c o v e r Ho we v e r，t h e t e s t i n g r e s u l t i s a ffe c t e d b y ma n y f a c t o r s I n o r d e r t o i m p r o v e d e t e c t i o n p r e c i s i o n o f t h e d e t e c t i o n，t h e 25 - me t r e T b e a m i n t h e b r i d g e s t a n d a r d dr a wi n g p u b l i s he d b y t he Mi ni s t r y o f Co mmu n i c a t i o n s i s s t ud i e d T h r o u g h t h e i n d o o r e x p e r i me n t ，t he i n flu e n c e o f t h e s p a c e o f t h e d i s t r i b u t e d r e i n f o r c e me n t wa s a n a l y z e d b a s e d o n t h e me a s u r e me n t r e s u l t W i t h c a l c u l a t i o n a n d a n a l y s i s，t h e c a l i b r a t i o n f o r mu l a wa s fit t e d t o mo d i f y t he t hi c k n e s s d e t e c t i o n o f t h e c o nc r e t e c o v e r Th r o ug h t h e fi e l d t e s t ，i t h a s b e e n v e r i fie d t h a t i t c a n i mpr o v e p r e c i s i o n o f t he d e t e c t i o n Th e r e s e a r c h r e s u l t s c o n t r i b u t e t o t h e t e s t a nd c o ns t r u c t i o n c o n t r o l o v e r t h e t hi c k n e s s d e t e c t i o n o f c o n c r e t e c o v e r Ke y w o r d s b r i d g e e n g i n e e r i n g ； c a l i b r a t i o n m e t h o d ； t h i c k n e s s d e t e c t i o n o f c o n c r e t e c o v e r ； e x p e r i me n t ；c o mp u t a t i o n a l f o r mul a；t e s t i n g p r e c i s i o n 1 概 述 在 混凝 土 结构 工程 设 计 中 ， 钢 筋 保护 层 厚度 是 一 个 重要 指标 。钢筋保 护层厚 度 的确定 是根据 2个 因素 ： 在结 构 上 能保 证 钢 筋 与 混 凝 土共 同作 用 ， 即满足受力钢筋的粘结锚固要求 ； 应保证混凝土 中钢筋 的耐久 性 。如果 保 护 层厚 度不 足 ， 钢 筋 发 生锈蚀 后 ， 在 钢 筋 表 面 出 现 锈 斑 ， 钢筋 与混 凝 土 脱 开 ， 引 起钢筋 与混凝 土 的粘结力 下 降 ， 导致 构件 承载 力下降； 混凝土保护层厚度不足， 外界有害介质容易 穿透 保护层 的裂缝 到达 钢 筋 表 面 ， 造 成 钢 筋锈 蚀 膨 胀 ， 混凝土开裂， 甚 至崩裂脱 落， 进而加速钢筋锈蚀 破坏 。沿海 地 区因混凝 土保 护层厚 度不 足引 起 的钢 筋混凝 土结 构破坏 速度 比内陆地 区快 得多 。混凝 土 保护层 越厚 ， 对结 构耐久 性越 有利 ， 但 在结构 截 面尺 寸不 变的条 件下 ， 会使构 件有 效截 面 尺寸减小 ， 承载 力降低 。因此在施工过程中要加强质量控制， 提 高保护层厚度测试精度， 保证混凝土保护层满 足规 范要 求 ， 避 免造 成重 大安全 事故 。 电磁 感应 法检 测钢筋 保护 层厚 度是 最常用 的方 法。采用电磁感应原理进行钢筋 检测 ， 即利用信号 发 射装 置产 生一定 频 率 的 交 变 电磁 场 ， 激 发 混 凝 土 收稿 日期2 0 1 4 0 1 2 0 基金项 目福建省 自然科学基金资助项 目( 2 0 0 9 J 0 1 2 3 6 ) 作者简介陈 朝慰 ( 1 9 7 7 一) ， 男 ， 福建仙游人 ， 博士 ， 高级 I 程师 ， 研究方向 ： 桥梁检测与加 固、 现代桥梁结构。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 l期 陈朝慰 ： 率定法修正混凝土保护层厚度 的测试研究 1 9 9 内钢 筋产 生感 生 电流 ， 钢 筋 内感 生 电 流 又激 发 出二 次交 变 电磁场 ， 被接 收装 置接 收和 识 别 ， 根 据接 收到 的二 次交 变 电磁场 的强 弱 ， 确 定钢 筋 的位置 、 深度 和 钢筋直径 。电磁感应法检 测钢筋保护层 厚度时 影响检测结果的因素较多 ， 诸如保护层厚度变化 、 排 筋方式 、 混凝土中的金属材料 、 钢筋焊网和仪器量程 等都 会对 钢筋保 护层 测量 精度 产 生影 响 。本 文 以交通部颁布桥梁标准图中 2 5 m T梁为工程背景， 通过试验 ， 分析 了分布钢筋间距对仪器测 量精度 的 影响， 研究了率定曲线法修正钢筋保护层厚度测定 方法 ， 并进行实例验证 ， 可用于工程实际检测并提高 检 测 精度 。 2分布钢筋 间距 的影 响 2 1试 验 构 件 为研 究 分布钢 筋 ( 第 一 层 钢筋 ) 间 距对 箍 筋 ( 第 二层钢筋 ) 保护层厚度测试结果影 响， 设计 了钢筋 分布一样 、 保护层厚度分别为 3 0 mm和 3 5 m m的两 个 构 件 。 每 个 构 件 箍 筋 直 径 为 1 2 m m， 问 距 为 1 5 c m， 分 布钢 筋 直 径 为 1 0 ， 间距 为 7 0 、 8 0 、 9 0 、 1 0 0 、 1 1 0 、 1 2 0 、 1 3 0 、 1 4 0 、 1 5 0 mm， 构件 如 图 1 所 示 。 箍筋 ( 第二层钢筋 量 布$ j 筋 、 ( 第 一层 l羽筋 ) 图 1 构 件 钢 筋 布 置 示 意 图 ( 单位 ：c m) F i g u r e l S t e e l a r r a n g me n t o f t e s t mo d e l ( u n i t ：c m) 2 2试 验 结果 分析 采用游标卡尺测量构件箍筋的保护层厚度 ， 其 实际 值分 别为 3 0 0 6 m m 和 3 4 6 2 m m。采 用 P r o f o me t e r 5测试 两个 构件箍 筋 的保 护 层 厚 度 ， 并 与 实 际 值进行 比较 ， 分 析结 果如 表 1所示 。 从表 1可以看出： 第一层钢筋 ( 分布钢筋) 的间 距大 小对 测 试 第 二层 钢 筋 ( 箍 筋 ) 保 护 层 厚 度 有 影 响 。分布 钢筋 间距 越 小 ， 仪 器 对 竖 向箍筋 保 护 层 厚 度测 量误 差越 大 ； 随着 分布 钢筋 间距 变大 ， 测量 误差 越来越小； 当分布钢筋间距达到一定值时 ， 其对主筋 的 保护层 厚 度测试 结 果 没 有 影 响 ， 如 构 件 l和构 件 2 。 当分布 钢 筋 间距 越 过 1 3 0 m m 时 ， P r o f o m e t e r 5实 测 值分 别保持 为 2 9 m m 和 3 4 m i l l 。 表 1构件 1和构件 2箍筋保护层厚度测试 结果表 Ta b l e 1 Te s t r e s ul t o f t hi c k ne s s de t e c t i o n o f t he s t i r r u p c o n c r e t e c o v e I o f t h e fir s t s e c o n d t e s t mo d e l 构 件 构 件 一 9 O 6 7 0 6 5 0 6 3 0 6 2 O 6 1 O 6 一 1 0 6 一 1 O 6 一 1 0 6 7 6 2 7 6 2 5 6 2 3 6 2 2 6 2 一 1 6 2 一 O 6 2 0 6 2 一 O 6 2 3 率定 曲线 为 进一 步提 高 电磁感 应法检 测钢 筋保护 层厚 度 精度， 参照相关规 范， 通过试验 ， 制订率定 曲线和拟 合计算公式。 3 1 率 定试验 取 与 被测 构 件 内 部 相 同 的 钢 筋 ， 其 长 度 为 5 0 0 ( 如需精确测量 或钢筋较 密时， 应采用与构件实际 配筋情况相 同的钢筋 网进行率定 ) ， 在空气 中使探 头与钢筋保持平行并依次靠近钢筋 ， 分别测记探头 底面 与钢 筋 表 面 的距 离 ( 即模 拟 保护 层 厚 度 ) 和 仪 表读数 。 以仪 表读 数 为 纵 坐标 ， 保 护 层 厚 度 为横 坐 标 ， 绘 出率定 曲线 。 参照交通部颁布桥梁标 准图 2 5 m T梁跨 中截 面分 布钢 筋 和箍筋 布 设 ， 采 用 与 2 5 m T梁 一 样 的 钢 筋进 行试 验 。箍筋 直 径为 1 2 m m， 间距 为 1 5 c m， 分 布 钢 筋 直 径 为1 0 m m， 间 距 为 9 0 、 1 0 0 、1 1 0 和 1 2 0 m m； 采 用不 同厚 度 均 质 垫 块 模 拟 保 护 层 ， 保 护 层厚度设置为 2 5 5 5 m m， 试验模型如图 2所示。 试验 时 ， 用游 标 卡尺量 测垫块 保护 层厚度 ， 采 用 钢 筋位 置测 定仪 分别测定 模 拟保护 层厚 度 和仪表 读 数 ， 试验 过程 如 图 3所示 ， 不 同保 护 层 厚 度 、 不 同 分布钢筋间距下箍筋的测试结果如表 2所示。 3 2率定 曲线及 率 定公式 以仪表读数 为纵坐标 ， 实际保护层厚度值为 横 坐标 ， 依据 表 3测 试 结果 ， 绘 出不 同分布 钢 筋 ( 第 驺 加 舳 m 加 如 m 如 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 公路工程 4 0卷 图 2室内钢 筋模 型 图 3保护层厚度测试 Fi g u e 2 I nd o o r e x p e r i F i g u e 3 Te s t o f t hi c k ne s s me n t mo d e l d e t e c t i o n o f c o nc r e t e c o v e r 表 2 率 定 试 验 结 果 表 Ta b l e 2 Re s u l t o f c a l i b r a t i o n e x p e r i me nt mm 一 层钢筋 ) 间距 的率定 曲线 ， 如图 4所示 。 图 4箍 筋保 护 层 厚 度 率 定 曲线 Fi g H e 4 Ca l i b r a t i o n c u r v e o f t h i c kn e s s de t e c t i o n o f c o nc r e t e eover 为 了便 于工程应 用 ， 对 率定 曲线进 行公 式拟合 ， 得到 不同分 布钢筋 间距下 各保护 层厚 度 的修 正计 算 公 式 ， 以及 各 公式 计算 结 果 与 实 际值 的误 差 如 表 3 所示 ， 表中 日 为保护层厚度的修正值 ， 日为测试仪 器的显 示值 ， 误差 率 =( 日 一实 际值 ) 实 际值 1 0 0 表 3率 定 公 式 与 误 差 率 Ta bl e 3 Ca l i br a t i o n f o r mu l a a n d e r r o r r a t e 从表 3可 以看 出 ： 各率 定 公式 计算 结果 与实 际 值 的误 差率均 较小 ， 最大 仅 1 4 。 4 实例分析 福 建省 某 预 制 桥 梁 场 2 5 m T梁 按 部 颁 标 准 图 进 行施 工 ， 其 跨 中 截 面 附 近 箍 筋 保 护 层 设 计 值 为 3 6 m m， 分 布钢筋 间距设 计 值为 1 0 c m。采用 钢筋 位 置测定仪测定其保 护层厚度 日和标定所测箍筋 段 相邻两个分布钢筋位置 ， 用钢直尺量定分布钢筋 问 距 ， 通过 率 定 公 式 计 算 得 到 修 正 值 日 ， 现 场 凿 孔 量测保 护层 厚 度 日。 进 行 验 证 ， 现 场 共 测 试 7根 箍 筋 ， 结果 如表 4所示 。 表 4 T梁保护层厚度分析表 Ta b l e 4 An a l y s i s i n T b e a m t h i c k n e s s de t e c t i o n o f c o n c r e t e C0Ver 注 ： H为钢筋位置测定仪显不值 ； 为相邻分布钢筋间距 ； 为保护层厚度的修正值 ； 为凿孔保护层厚度实测值。误差 =H 一 H ； 误差率 ：( H H s ) 1 0 0 。 从 表 4可 以看 出 ： 采 用 率 定 公 式 修 正值 与 凿 孔 量测 值基本 相 同 ， 最大 差值 为 1 1 9 mm， 最 大差 值 率 为 4 1 ( 1 1 7 2 8 5 11 0 0 =4 1 ) ， 表 明本 文 率定公式计算结果准确 ， 可以用于工程实际。 从表 4和 表 3对 比可 以看 出 ： 表 4中 的误 差 率 都大 于表 3的 值 ， 其 原 因 是率 定 修 正 公 式根 据 室 内 试验 推导拟合 ， 室 内率 定试 验 时 保 护层 ( 匀 质 垫 块 ) 与现 场试验 的混 凝土 有差 异 。因此为 提高 率定公 式 修正 精度 ， 室 内试验 时 最 好 采用 与 现 场 测试 构 件 一 致 的材料 和钢 筋分 布 。 5 结 论 通过 室 内试验 、 计算 分析 和现场 测试 比较 ， 得 出 以下 结论 ： 第一层钢筋( 分布钢筋 ) 的间距大小对测试 第 二层 钢筋 ( 箍 筋 ) 保 护 层 厚 度 有 影 响 。 分布 钢筋 问距越小 ， 仪器对竖向箍筋保护层厚度 测量误差越 大 ； 随着分 布钢 筋 间距 变 大 ， 测 量误 差 越 来 越 小 ； 当 分布 钢筋 间距达 到 一定 值 时 ， 其 对 主 筋 的保 护 层 厚 度测试 结果 没有 影响 。 根据率定试验推导拟合 的率定公式计算结 (下转 第 2 0 4页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 4 公路工程 4 0卷 【 参考文献 交通运输部第二公路勘 察设计院 公路 旧桥 承载能力鉴定方 法( 试行 ) s 北京： 人 民交通 m版社 ， 1 9 9 8 胡柏学 ， 谢海秋 ， 杨春林 服役钢筋砼桥梁承 载能力 衰减研究 J 中南公路 T程 ， 2 0 0 4 ， 2 9 ( 3 ) ： 3 8 4 4 王定文 运用振 型评定既有钢筋混凝 土桥梁承载力 J 中国 铁道科学 ， 2 0 0 0 ， 2 l ( 4 ) ： 7 3 7 7 交通运输部公路局 公路桥梁养 护T程师培 训资料 M 北 京 ： 人 民交 通 m 版社 ， 2 0 1 0 J T G T J 2 l 一2 0 1 l ， 公路桥梁承载能力检测 评定规程 S 张劲泉 我国公路桥梁承载能力检测评定技 术的现状 与发展 A 2 0 0 5中外桥梁病害诊治大会 论文集 c 北京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 2 0 0 5 ： 9 71 0 3 马习亮 桥梁承载能力 的评定 方法分析 J 科技信息 ， 2 0 0 9 ( 2 4)： 2 9 93 0 0 8 侯旭 旧桥承载能力评 价探讨 J 森林 T程 ， 2 0 0 2 ， l 8( 3 ) ： 3 84 5 9 孙学峰 公路桥梁承载能力评定方法探讨 J 辽宁省交通高 等专科学 校学报 ， 2 0 1 4， 1 6 ( 1 ) ： 2 83 0 1 0 薛文 关于桥梁承载能力评定方法 的探讨 J 河北 T业 大 学成人教育学 院学报 ， 2 0 0 1 ， 1 6( 2 ) ： 3 3 3 6 1 1 徐文平 ， 杨梓 既有混 凝土桥 梁承载 能力鉴 定标准 的研讨 J 城市道桥与防洪， 2 0 1 0 ( 1 0 ) ： l 7 4一l 7 6 1 2 张宇 峰， 徐文平 ， 杜朝伟 ， 等 中美公路桥梁承载能力评定 方 法对 比研究 J 现代交通技术 ， 2 0 0 7， 4 ( 4) ： 3 94 3 1 3 孙全胜 旧桥承载 力模型及 仿真系统 的研究 D 北 京 ： 北 京 T业大学 土木T程系， 2 0 0 7 1 4 倪宝伟 公路桥梁 承载力评估 方法研究 D 上海 ： 同济 大 学 土木T程系 2 0 0 9 1 5 胡开 建 预应力混凝土旧桥承载能力评定 方法研究 D 杭 州 ： 浙江大学 土木T程系， 2 0 1 2 ( 上 接 第 2 0 0页) 果与实际值的误差率均较小 ， 最大仅 1 4 。 现场测试表明， 率定公式修正值与凿孔量测 值 基本相 同 ， 率定公 式计算 结果 准确 ， 可 以用于 测定 桥 梁分 布钢筋 保护层 厚度 的工 程实 际 。 为提高率定公式修正精度 ， 室内率定试验所 采用的材料和钢筋分布需与现场测试构件尽可能一 致 。 论文的计算公式仅通过 2 5 m T梁得 出， 对于 其 它 长度 的 T梁 的保 护层 厚 度 的测 试 修 正 ， 有 待 于 进 一 步验证 分析 。 参考 文献 张启明 钢筋保护层厚 度的测试 及主要影 响因素分析 J 河 南科学 ， 2 0 1 0 ( 2 ) 韩岩青 沿海混凝 土结构保护层 厚度控 制与耐 久性影 响分析 D 青岛 ： 青岛理T大学 ， 2 0 1 2 J G J T 1 5 2 2 0 0 8 ， 混凝土 中钢筋检测技 术规程 S 苏 晋鹏 钢 筋 保护 层 厚 度检 测分 析 与 探讨 J 建 筑 技术 ， 2 0 0 6， 3 7 ( 1 ) ： 6 7 6 8 姜英波 ， 姜珂 混凝土保护层厚度检测 的试验分 析 J 一 f 业建 筑 ，2 0 0 6 ， 3 6 ( 4) ： 6 8 6 9 赵晖， 吴晓明， 刘冠 国， 等 钢筋混凝土保 护层 厚度检测精度 的 影响因素 J 无损检测 ， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 7 ) ： 5 5 I一 5 5 3 刁传苏 浅谈钢 筋保护层 厚度检测技 术与方 法 J 1 公路交 通 科技( 应用技术版 ) ， 2 0 1 3， 1 0 7 ( 6) ： 1 5 31 5 6 J r j 2 7 09 8 ， 水运 _ r 程混凝土试验规程 s j ； l 2 3 4 5 6 7 ； ； i 1 二J 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m