电磁法混凝土钢筋保护层厚度检测及评价的探讨

朱木青， 谢锡康

(湖南省交通科学研究院， 湖南 长沙　410015)



电磁法混凝土钢筋保护层厚度检测及评价的探讨

朱木青， 谢锡康

(湖南省交通科学研究院， 湖南 长沙410015)

依据《公路工程竣(交)工验收办法实施细则》(交公路发[2010]65号)[1]中的相关规定，桥梁钢筋保护层厚度是桥梁工程质量鉴定的一项重要指标，但在检测规范当中却并没有统一的评定技术规程可作为合格率评价的依据；而其他行业相关规范中对其评判标准也存在一定程度上的不统一，且各评价方法间的合格率差异较大，为最终合格率的确定带来了困难。通过参考各行业规范并结合实际检测的经验，通过2种合格评价方式的优劣比对，针对电磁法检测过程中存在的关键点及检测结果合格率的两种评价方法，这些在相关行业规范中尚未确定的方法，结合检测中的实际情况进行思考分析，总结出了一些个人建议和观点，以供检测同行业者共同探讨与参考。

钢筋保护层； 电磁法检测； 相关规范选择； 检测结果评定方法

1　概述

依据交通部2010年下发的公路工程交(竣)工验收工作规范《公路工程竣(交)工验收办法实施细则》[1]的相关章节中对工程质量检测指标的详细要求：桥梁钢筋保护层厚度为桥梁工程上下构件中应强制检测的指标。但在现行检测规范当中却并没有统一的评定规程可作为合格率评价依据，而其他行业相关规范中对其评判标准也存在一定程度上的不统一，且各评价方法间的合格率差异较大，为最终合格率的确定带来了困难。

通过查阅相关技术规范、标准可发现：涉及钢筋保护层厚度检测及评价的规范与标准中，仅在《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)[5]提出了较为详尽的钢筋保护层厚度特征值Dne、判定系数Kp及钢筋保护层评定标度的数理统计概念，并提出了以受检构件为单位的评定框架；而在其他标准中仅对检测仪器的操作方法、步骤、缺陷分析、施工质量控制和相关施工措施进行了规定，却没有对质量合格与否进行明确。在咨询了省内质监部门后也仅以外省相关部门条文作为参考。

因此，如何以科学的方式总结具备说服力的评价方式并对其进行评定，值得探讨。

笔者在从事的近10条高速公路及市政工程的桥梁检测工作中，对几百座各种类型的桥梁工程进行了现场检测、结果分析和整理。通过两种合格评价方式的优劣比对，针对电磁法检测过程中存在的关键点及检测结果合格率的两种评价等这些在相关行业规范中尚未确定的方法，总结出了一些个人建议和观点，以供检测同行业者共同探讨与参考。

2　钢筋保护层电磁检测方法

电磁检测法是目前国内外应用较为广泛的钢筋保护层检测方法，具备①检测速度快操作简便直观。可存储或直接输出标准化数据，便于检测后结果的整理； ②无损检测：对各种结构形式、部位和不便进行有损检测的构件进行及时全面的检测； ③具备一定程度的计算能力：可对检测数据做一定程度的处理，便于现场快速分析[6，7]。

因钢筋保护层检测的尺量法较适合阶段性施工拆模后以及破坏性测试的2种情况下的检测，很多时候无法快速对大量构件进行评定，故本文中仅在部分情况下做两种方式的实测结果对比，而不对其测试方式做过多探讨。

3　电磁检测法的原理及特点

电磁检测法由于其直观快速、便携性(见图1)，具备在较长的施工周期内均可对构件进行无损检测的特性，称为目前检测行业中较为常用的方法。其工作原理为：通过探头中的电磁发射装置在被检构件上产生一定范围的交变电磁场，通过交变磁场在钢筋上产生的感应电流所激发的二次交变磁场，该磁场被探头的传感器所捕获后，通过对该其信号的强弱分析识别，而确定钢筋的位置、深度和直径等信息。由于电磁感应的测试原理所限，传感器容易受到附近导磁性媒介的交互干扰，也存在一定程度上的人为操作影响，所以电磁检测法的使用也受到以下几种场合的约束：

① 依据《混凝土中钢筋检测技术规程》(JGJ/T 152 — 2008)[4]的相关规定：对含有一定铁磁性成分的钢筋混凝土结构，不可使用电磁法进行检测。

② 保护层厚度超过量程或仪器电磁探头一致性较差：市面现有保护层厚度检测仪器一般配备两种量程的电磁探头，其量程覆盖范围一般为10～90,80～180 mm两种规格。在对已用尺量法确认保护层厚度的试块进行比对试验中发现，实际保护层厚度在小于20 mm以下时，电磁法检测结果与实际结果出入较大，虽可通过加垫块的方式进行修正，但在实际保护层厚度接近两种探头重复的量程内时，部分型号的仪器两种探头的测试结果一致性较差。

③ 钢筋设置密度较大或双配筋设计的构件：对于放置在梁场的梁板构件，其腹板位置钢筋布置较为密集(间距设置一般为10～15 cm)，虽可依据施工图纸定位以避开金属波纹管的影响，但因其钢筋截面积较小，产生的二次交变电磁场偏小，当在变截面位置或钢筋绑扎间距过小时，也会影响到厚度测量的准确性。故一般在检测中以尺量法对梁端、翼板和横隔板处的钢筋外露部分进行量测。

④ 理解有误或参数设置不当：在实际检测中发现，部分检测人员对保护层厚度概念理解错误，将钢筋重心至砼构件边缘的距离作为设计值，实际应该以受力主筋外表面至砼构件边缘净距离为准。因磁场磁力线分布的缘故，检测仪器实际测试内部原理为：被测钢筋重心至砼构件边缘距离减去参数设置中对应的钢筋半径(部分进口型号仪器厂家对螺纹钢筋和光圆钢筋均有详细设置)，而得出最终显示结果；故部分检测人员存在不注重理解参数的设置而影响检测结果的准确性。

综上所述，电磁检测法的准确性应建立在对测试原理的理解和分析上，其对测试人员的操作要求也较尺量法更高，不同的测试条件对应不同的检测手段才能保证结果的真实可靠。

图1　电磁法检测保护层厚度

4　钢筋保护层检测结果评定

钢筋保护层厚度检测结果的评定在现行规范中可大体划分为2种评价模式： 单点合格率法和标度法。

4.1单点合格率法

4.1.1容许偏差值

a. 依据《混凝土结构工程施工质量验收规范》[2]中附录F—E.0.4条中的规定：梁类构件允许偏差范围为：-7～10 mm；板类构件允许偏差范围为：-5～8 mm。但该规范并未对下部构造的桥台、立柱的允许偏差范围进行规定。

b. 依据《公路工程质量检验评定标准》[3]表8.3.1-1中的规定：柱、梁、拱肋类构件的允许偏差范围为：±5 mm；基础、锚碇、墩台类构件的允许偏差范围为：±10 mm；板的允许偏差范围为：±3 mm。其中梁、板的规定允许偏差值与《混凝土结构工程施工质量验收规范》的规定存在一定差异。

c. 依据《混凝土凝土结构设计规范》[7]中第8.2.1条规定：纵向受力的普通及预应力钢筋，钢筋保护层厚度不应小于钢筋的公称直径d，混凝土保护层最小厚度应符合表1中的规定。

表1 混凝土保护层最小厚度Table1 Minimumthicknessofconcreteprotectivelayer环境类别板、墙、壳/mm梁、柱、杆/mm室内干燥环境1520室内潮湿环境2025干湿交替环境2535严寒和寒冷地区冬季水位冰冻区环境3040盐渍土环境4050 注:①混凝土强度等级不大于C25时,表中保护层数值增加5mm;②钢筋混凝土基础宜设置混凝土垫层,基础中钢筋混凝土保护层厚度从垫层顶面算起,且不应小于40mm。

应注意的是：在《混凝土凝土结构设计规范》中对钢筋保护层厚度定义为：“以最外层钢筋的外缘(如测点包含箍筋、构造或者分布筋等，以箍筋等为钢筋直径的设定值)至混凝土结构表面最近距离，作为钢筋混凝土保护层厚度”。但在实际检测中，箍筋所产生的二次交变电磁场会被紧贴的主筋所吸收和干扰，或如立柱箍筋等无支撑结构易变形的部位，均存在电磁法检测过程易受干扰的问题，故仅取其最小厚度限值作为参考。

通过长期从事的竣(交)工验收及项目考核的检查工作中发现：各施工、监理单位多数依据《公路工程质量检验评定标准》中—8.3.1-1 (钢筋安装实测项目)的允许偏差进行单点合格率评价。该规定的标准(柱、梁、拱肋允许偏差范围：±5 mm、板允许偏差范围：±3 mm)较为苛刻，且该允许偏差为混凝土浇筑施工前钢筋绑扎安装控制要求，而工后因混凝土集料碎石振捣扰动、水泥水化反应后体积不均匀变化等因素的影响，合格率一般较为偏低；且该被检对象为钢筋安装定位和工后构件检测，被检对象前后并不对应，故不应以该标准进行评价。

在综合了交通部《公路工程质量检验评定标准》、国标《混凝土结构工程施工质量验收规范》中的相关规定的前提下，建议以《公路工程质量检验评定标准》钢筋安装偏差要求中相同权值的：受力钢筋间距的允许偏差值(梁、板、拱肋允许偏差范围：±10 mm，基础、锚碇、墩台、柱允许偏差范围：±20 mm)及《混凝土结构工程施工质量验收规范》中的钢筋安装质量实测允许偏差为参考，适当放宽要求为：纵向受力的普通和预应力钢筋保护层厚度容许偏差：梁、板、拱肋：-7～10 mm，墩台、柱：-7～15 mm)；且钢筋保护层厚度不小于《混凝土凝土结构设计规范》中最小保护层厚度的规定(表1 混凝土保护层最小厚度)。

4.1.2评价方法

依据《混凝土结构工程施工质量验收规范》附录F—E.0.4中的规定： ①当被检构件测点总体合格率大于90%时，该构件判定为合格； ②当被检构件测点总体合格率大于等于80%且不小于90%时，进行相同检测数量的复检；以两次检测所有测点评价结果大于90%为合格标准； ③各测点数理统计结果中的最大偏差均不超过允许偏差值的1.5倍； ④箍筋和受力筋保护层应分别满足最小保护层要求和不小于受力主筋直径的要求。

被检构件合格率按单点合格率进行计算：

4.2标度法

依据2011年颁布的交通部《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)[5]对电磁法钢筋保护层厚度的评价提出了以构件为评定对象的数理统计方法：

4.2.1数理统计公式

式中：Dni为钢筋保护层厚度实测值，结果应精确至0.1 mm；n被检构件或部位总测点数。

b. 钢筋保护层厚度特征值Dne，计算公式如下：

式中：SD为钢筋保护层厚度实测值标准差，结果应精确至0.1 mm；

Kp为判定系数，按表2规定取用。

表2 判定系数Kp取值表Table2 TheParametersoftheKpn(测点数)Kp(判定系数)10～151.69516～241.645≥251.595

c. 根据钢筋保护层厚度特征值Dne与设计值Dnd的比值，按表3确定钢筋保护层厚度评定标度：

表3 评定标度影响Table3 ImpressionforevaluationDne/Dnd对钢筋结构耐久性的影响评定标度>0.95影响不显著1(0.85,0.95]有轻度影响2(0.70,0.85]有影响3(0.55,0.70]有较大影响4≤0.55钢筋易失去碱性保护,发生锈蚀5

4.2.2评价方法

交通部《公路桥梁承载能力检测评定规程》中对检测结果以数理统计方法对其影响程度进行了5类分级，但并未对构件合格与否的标准进行界定。

a. 该数理统计评价方法以检测数量为前提通过类似路基、柔性基层、沥青路面弯沉值评定的数理统计方法(未纳入特异值考虑)，提出了以被检构件为评价单元的整体影响性评价方法；并对相应评定标度对钢筋结构的耐久性影响做了5档划分。相对于单点评价方法，将被检构件测区内数据的标准差及检测点数所对应的判定系数取值纳入了公式，更能客观反映测区范围内保护层厚度的整体质量水平，为合理评价整体质量奠定了较为合理的前提。

b. 通过查阅相关质量安全部门下发条文，以及各相关行业标准后，在2007年3由交通部基本建设质量监督总站发布的《公路工程质量督查办法》(质监公字[2007]5号)[8]中确定了通过数理统计方式对钢筋保护层厚度评定合格与否进行评价的具体条文：其附表3中对构件合格与否规定为：电磁方法进行检测，对构件测点依据数理统计方式评定，以特征值与设计值比值为参考，以0.9～1.3为合格范围，按构件计算合格率。

c. 安徽、江苏、浙江等省份的质检部门均已下文明确以0.9～1.3(含)的钢筋保护层评定标度为评定合格范围。

综上所述：当被测构件的评定标度值位于0.9～1.3(含)的范围内时，该被测构件钢筋保护层厚度判定为合格；被检构件合格率按构件合格率计算：

5　算例分析

算例选取在建某高速公路大桥1～3#墩台立柱为被检构件，电磁法检测及评定结果见表4。

6　结语

综上所述，电磁法钢筋保护层厚度检测及评定标度法，弥补了单点合格率评价方式中无法客观表述被测构件整体钢筋保护层厚度控制情况的缺点，为电磁法检测的合格评价起到了关键作用。

① 该评价方式优点在于：

a. 以数理统计方式对整个被测构件的钢筋保护层厚度的总体施工质量进行了详细分级量化；

b. 对不同的检测数量以判定系数Kp的方式进行修约，避免了单点合格率评价方式中可能出现的检测点数偏低，而使单点合格与否对合格率影响较大的问题。

笔者在长期的工作中将该方法应用于如：湖南省娄新高速、张花高速、安邵高速竣(交)工验收及省质安局或交通厅组织开展的工程质量专项检查质量评定中，得到了省质安局及业主相关部门的认可。

② 该检测方式需改进的方面在于：

a. 对于桥梁立柱构件，通常无法对地面线2 m以上部位进行电磁法检测；而仅仅以一个测区合格与否来对整个立柱构件进行评价，是无法满足其客观准确性的；而对于放置于梁场的T梁或空心板，一般对于梁板端部的纵向主筋、横隔板连接筋以及翼板外延湿接缝钢筋等均可以尺量法精确测量的部位，其较高的合格率却无法真正反映腹板或梁板底面整体保护层厚度施工质量情况。故在规范中应对超过一定结构尺寸构件的测区数和测区间隔距离等制定详细要求；

b. 在实际工作中如：耒水大桥薄壁墩为间距5 mm的双受力配筋设计，在施工过程中以尺量法与电磁法的结果比对均存在较大差别，故对于类似配筋设计的构件，应强制要求在施工过程中进行尺量法检测。

[1]交公路发[2010]65号，公路工程竣(交)工验收办法实施细则[Z]．

[2]GB50204-2015，混凝土结构工程施工质量验收规范[S]．

[3]JTGF80/1-2004，公路工程质量检验评定标准[S]．

[4]JGJ/T 152-2008，混凝土中钢筋检测技术规程[S]．

[5]JTG/T J21-2011，公路桥梁承载能力检测评定规程[S]．

[6]质监公字[2007]5号，公路工程质量督查办法[Z]．

[7]GB50010-2010，混凝土凝土结构设计规范[S]．

[8]吴海彬，桥梁混凝土钢筋保护层检测及评定办法探讨[J]．公路工程，2014(3).

A Discussion of Reinforced Concrete Cover Thickness Inspection Using the Electro-magnetic Method and Its Evaluation

ZHU Muqing, XIE Xikang

(Hunan Communications Research Institute，Changsha，Hunan 410015，China)

In accordance with the Road Construction Inspection Standard, the reinforced concrete cover thickness of the bridge is one of the critical quality assessment criteria in bridge infrastructure construction monitoring. However there is yet to be an integrated standard setting out the evaluation criteria among current inspection standards.There is discrepancy in the evaluation criteria among relevant inspection standards from other industries. Due to the discrepancy, inspection results are largely different when using different standards. This consequentially leads to the difficulty in the final assessment. This paper uses a statistical analysis to investigate the methods of reinforced concrete cover thickness inspection and evaluation. The investigation has referenced standards from various industries and also has incorporated practical inspection experience. The author has provided its own opinion in the paper for discussion.

reinforced concrete cover； inspection methodology； selection of relevant standards； assessment methodology

2016 — 07 — 20

朱木青(1981 — )，男，湖南长沙人，工程师，主要从事公路及桥梁工程检测和研究工作。

U 446.3

A

1674 — 0610(2016)04 — 0207 — 05