关键词：钢筋保护层厚度；校准；测量重复性；示值误差
钢筋保护层厚度对结构耐久性影响显著，自《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）实施后，钢筋保护层厚度检测成为强制性验收检测的内容之一，对钢筋保护层厚度的检测日益重视。《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）明确了钢筋保护层厚度指的是最外层钢筋外边缘至混凝土表面的距离，突显了两个“最外”，对以往以主筋中心至混凝土表面的距离为保护层厚度的概念和方向产生了影响，也为检测带来了一些技术挑战。
目前常用电磁法检测钢筋保护层厚度，其技术成熟，操作简单，已成为主流检测手段，但其所用设备和检测方法在校准过程中仍存在大量问题[1、2]。《钢筋保护层、楼板厚度测量仪校准规范》（JJF 1224-2009）（以下简称JJF 1224-2009）明确规定了其计量特性、校准条件、校准方法等内容，但在校准条件中的校准用标准块采用的是覆层和单根钢筋组成，单根钢筋的校准块，显然和实体钢筋混凝土结构的纵横配筋情况不符，从而导致校准的示值误差失去实用价值。本文研究一种简易的校准设备，用于提高校准精度。
1、标准的校准块
根据JJF 1224-2009的规定，制备符合其要求的校准块：采用一根直径12mm的螺纹钢筋贯穿标准混凝土抗折试块长度方向，两端露出约2cm；同批混凝土28天抗折强度实测值4.3MPa，试块尺寸为150mm×150mm×550mm，如图1所示。图中h为钢筋保护层厚度，单位mm；在制件时设定。
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图1 标准的校准块截面示意图
2、简易校准设备
简易校准设备分3层，分别是顶层、中间层和底层。顶层覆盖材料采用n块平面钢化玻璃叠加而成，叠加后的厚度能模拟实体钢筋混凝土构件的保护层厚度，面积不少于400mm×400mm；厚度为5±1mm；平面度不大于0.04mm。中间层为单层或多层钢筋，钢筋类型、直径和间距等参数模拟实际钢筋混凝土结构的配筋情况。底层材料采用棉质毛巾，具有防止钢筋滑动和粗略调平的作用。自制的简易校准设备示意图如图2所示。其中n值大小取决于实体钢筋混凝土构件的钢筋保护层厚度，如实体的设计钢筋保护层厚度为40mm，则n值取8，即8块平面钢化玻璃。校准点的钢筋保护层厚度用游标卡尺测量，并用公式h=（h1+h2）/2计算得到；测量示意图如图3所示。
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3、实体钢筋混凝土构件（以下简称实体）
实体钢筋混凝土构件分别选取一段T梁、一段盖梁与一段立柱。
T梁一段（长×宽×高=4×1.5×2米），设计保护层厚度20mm；检测面为梁肋，其配筋情况：最外层钢筋为直径10mm的光圆钢筋，间距100mm，内层钢筋为直径12mm的螺纹钢筋，间距150mm。主筋位于T梁底部，不在检测面。
盖梁一段（长×宽×高=3×1.5×1.5米），两个检测面设计保护层厚度分别为40mm、60mm；检测面配筋情况：主筋为直径22mm的螺纹钢筋，间距120mm，最外层钢筋为直径10mm光圆钢筋，间距150mm。
立柱一段（直径1.2米×1.5米高），设计保护层厚度为50mm；检测面配筋情况：主筋为直径22mm的螺纹钢筋，间距120mm，最外层钢筋为直径10mm的盘条光圆钢筋，间距150mm。
4、检测仪器
我国目前检测用的钢筋保护层厚度测量仪主要由中国、英国及瑞士三国生产制造，根据探头产生磁场的原理不同，分为涡流效应和电磁感应两种类型。多数情况下仪器探头工作原理都为电磁感应原理，如北京智博联科技有限公司的ZBLR630型、北京市康科瑞工程检测技术公司的KONRBL(D)型和瑞士Proceq公司的Profometer 5+型等。研究使用了2台国产设备和1台进口设备，分别以国产1、国产2和进口表示。
5、计量特性的比较
钢筋保护层厚度测量仪计量特性要求见表1，表中数据均引自JJF 1224-2009。
表1 钢筋保护层厚度测量仪计量特性要求
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5.1测量重复性的比较
选取直径规格为12mm的螺纹钢筋、保护层厚度大于仪器测量下限且不超过50mm(JJF 1224-2009中为40mm)的标准块，校准仪器的测量重复性。按照仪器说明书的要求对仪器进行设置和初始化，在测量保护层厚度的状态下连续、重复测量标准块9次，取9次读数中的最大值与最小值之差的三分之一作为校准结果。
在标准的校准块和简易校准设备上的测量结果分别见表2和表3所示。
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不同的测量仪的测量重复性都能满足表1要求，并且在测量重复性上国产设备和进口设备的差别很小。
简易校准设备和标准的校准块得到的数据比较一致，并且简易校准设备的组成也符合JJF 1224-2009规定的校准块要求，因此可以用简易校准设备来代替标准的校准块进行测量重复性的校准。
5.2示值误差的比较
根据表1所示的钢筋直径范围及其对应的保护层厚度测量范围选取校准点。在每个钢筋直径范围内选取一种规格的钢筋一根，在其对应的保护层厚度测量范围内均匀选取3个校准点。测量前按照仪器说明书要求对仪器进行设置和初始化，测量时每一个校准点取3次读数的平均值作为该点的测量值，测量值与标准块实际值之差为该点示值误差，取各点示值误差中绝对值最大的示值误差作为校准结果。
在标准的校准块和简易校准设备上的测量结果如表4和表5所示。
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不同的测量仪在钢筋保护层厚度增大的情况下，示值误差也随之增大；国产设备在保护层厚度较大的情况下，示值误差不能满足要求，而进口设备可以满足要求。
简易校准设备和标准的校准块上测试数据相关性较大，即表4中列3的数据组和表5中列3的数据组相关系数为0.98；列4的数据组相关系数为0.99；列5的数据组相关系数为0.99。因此可以用简易校准设备来代替标准的校准块进行示值误差的校准。
6、简易校准设备示值误差的实用价值
在简易校准设备中配置和实体一样的钢筋网，按JJF 1224-2009的规定进行示值误差测量。
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在多层钢筋的配筋情况下，不同测量仪的示值误差都比单根钢筋的示值误差要大，因此单根钢筋的示值误差不能用做实体测量的示值误差修正。
简易校准设备和实体上测量数据相关性较大，相关系数分别是0.93、0.99和0.98。因此可以用简易校准设备模拟实体的配筋情况，测得示值误差后，再在实体上测的钢筋保护层实测值，用下列公式进行计算。
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式中：——实体的钢筋保护层厚度计算值，mm；
——实体的钢筋保护层实测值，mm；
——实体的钢筋保护层厚度修正值，即简易校准设备的示值误差，mm。
7、结论
1）钢筋保护层厚度的测量受保护层厚度变化，配筋情况变化影响较大，标准的校准结果（示值误差）实用性小；而简易校准设备能作为校准条件中的校准块使用。
2）在确保国产设备的测量重复性满足要求的情况下，利用简易校准设备事先测量实体的钢筋保护层厚度示值误差的方法有助于提高钢筋保护层厚度测量精度，也能推广国产设备的使用，延长其使用寿命，为工程检测单位节省大量设备购置费用。
参考文献：
[1]、钱树波，电磁法测钢筋保护层厚度的若干问题探讨[J]，浙江交通职业技术学院学报，2014,24-26
[2]、吴晓明、赵晖、刘冠国、黄丽，电磁感应钢筋探测仪对混凝土保护层厚度检测精度的研究，《江苏省公路协会优秀论文集（2006-2008）》[M]，江苏省科学技术协会学会学术部，2009
论文作者:楼旭鸣1，李仲来2，李美珍3
论文发表刊物:《城镇建设》2020年1期
论文发表时间:2020/4/3
标签：保护层论文; 钢筋论文; 厚度论文; 测量论文; 误差论文; 设备论文; 简易论文; 《城镇建设》2020年1期论文;