电磁感应修正法检测圆柱混凝土保护层厚度研究

薛马欧文

（西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西西安 710055）

0 引言

钢筋保护层厚度是混凝土结构设计和工程质量验收的一个重要控制指标，对混凝土构件的承载力、耐久性、抗火灾等性能有重要影响[1]，最常用的检测方法是电磁感应法，实践发现，采用该种方法的一体式钢筋位置测定仪对圆柱构件测试结果偏差较大。针对此问题，本文在电磁感应法基础上提出电磁感应修正法（简称修正法），通过理论分析、模拟试验和实体验证，证明其可行性和准确性。

1 电磁感应法原理

电磁感应法原理为仪器探头线圈生成脉冲磁场，钢筋在磁场激励下产生感生磁场，接收线圈将感生磁场转换成电信号，由该电信号判断钢筋的位置、保护层厚度[2-3]。

一体式钢筋位置测定仪采用该原理，将过四个行走轮中心的竖直线与轮下缘的交点形成的平面作为基准平面，设定该平面至主机探头之间的距离为基准值，测试时将仪器在构件表面沿钢筋的垂直方向缓慢匀速移动至钢筋正上方，此时探头中心线与钢筋轴线重合，仪器屏幕显示的示值就是该钢筋的混凝土保护层厚度测试值，该值等于仪器从探头到钢筋表面的最短测试距离与基准值的差。

2 存在问题及解决方法

仪器测试平面构件时，构件的轮间表面与仪器基准平面重合，而测试圆柱构件时则为一段圆弧凸面，与基准平面间存在曲面偏差Δ，圆柱保护层测试示意图见图1，钢筋保护层厚度C 应为仪器示值C'和曲面偏差Δ 之和，考虑仪器自身尚存在系统误差，取仪器示值C'作为保护层会增大检测结果偏差。

图1 圆柱保护层测试示意

通过测试人工制作的同比例模拟试件中的钢筋保护层得到修正值[4]，可以消除圆柱曲面偏差对仪器示值的影响。不足之处是所有直径圆柱均需制作模拟试件，工作量大且繁琐，为此在电磁感应法基础上提出修正法，根据几何原理，确定与圆柱曲面偏差有关的参数，得出曲面偏差计算公式，用公式计算的曲面偏差Δ（即修正量）修正仪器示值后即可得到钢筋保护层厚度。根据此目的，由图1 建立模拟几何图2。

图2 模拟几何图形

图2 中，以点E、L 为圆心半径为r’的圆代表仪器行走轮，l 为仪器横向行走轮中心距，以点O 为圆心、半径为r 的圆代表圆柱面，点H、K 为过行走轮圆心的竖直线与行走轮下缘的交点，G、J 为两横向行走轮与测试圆柱面的接触点。

2.1 确定r、r’和l

2.2 计算Δ 及C

根据图2 中的几何关系可知，△OBG、△ODE、△EFG 为相似三角形，根据相似三角形定理可得：

2.3 分析

通过公式（1）可知，Δ 与r、r’及l 有关，对某型号仪器而言，r’及l 是定值，待测圆柱r 和Δ 为变量，随着圆柱直径r 的增大，Δ 呈逐渐减小趋势。

3 模拟试验验证

为验证修正法的可行性和准确性，设计并实施了模拟验证试验。

3.1 验证方法

采用《混凝土中钢筋检测技术标准》JGJ/T152—2019 中规定的直接法、电磁感应法[5]和本文提出的电磁感应修正法分别进行测试。测试完成后，以直接法测试结果为基准值，对电磁感应法和修正法的测试结果进行对比分析。

3.2 检测仪器

为验证修正方法的适用性，试验采用了三个厂家的一体式钢筋位置测定仪。仪器参数见表1。

表1 仪器参数

3.3 模拟试件

制作直径Φ500 mm 和Φ1000 mm圆柱弧面试件模拟混凝土圆柱，试验钢筋采用HRB400 16，每个试件布置3 处测试位置。模拟试件见图3、图4。

图3 Φ500 模拟试件

图4 Φ1000 模拟试件

3.4 测试结果

三台仪器的基本尺寸参数不同，按公式（1）分别计算测试Φ500 和Φ1000 圆柱时的Δ 值也相应不同，最小值0.78 mm，最大值3.12 mm。

保护层测试结果见表2、表3。

表2 Φ500 试件模拟验证试验结果

表3 Φ1000 试件模拟验证试验结果

由表2、表3 可知，三种仪器电磁感应法示值与直接法测试值的偏差在-4.98～0.04 mm 之间；修正法偏差在-1.86～0.82 mm之间。为直观显示数据结果，以直接法测试值为横坐标，以修正前、后的偏差为纵坐标，制作折线图。折线图见图5、图6。

图5 Φ500/ 16 电磁感应法与修正法偏差值对比

图6 Φ1000/ 16 电磁感应法与修正法偏差值对比

4 验证试验分析

由表2、表3 及图5、图6 可知，相较于电磁感应法，修正法测试结果的偏差区间变窄，数值明显变小。

《混凝土结构现场检测技术标准》GB/T 50784—2013 中9.3.3条第2 款规定：现场检测保护层时，直接法原位检测结果与对应位置钢筋探测仪检测结果进行比较，当两者的差异不超过±2 mm 时，判定两个测试结果无明显差异[6]。为分析电磁感应法示值、修正法测试值与直接法测试结果的差异程度，将偏差超过±2 mm 的测点视为超限点，对表2、表3 测试结果进行超限统计，统计结果见表4。

表4 模拟验证试验超限统计

由表4 可知：测试Φ500 试件时，三台仪器电磁感应法示值超限率66.7%、100%，修正法测试结果超限率为0；测试Φ1000 试件时，三台仪器电磁感应法示值超限率33.3%，修正法测试结果超限率为0。

验证结果表明：测试圆柱保护层时，电磁感应法示值偏差较大，随着圆柱直径的增大，曲面误差的影响逐渐减小，超限率有逐渐减小的趋势；采用修正法测试时，虽然不同厂家仪器测试同一圆柱时曲面偏差有明显差异，但修正后的测试结果总体差异不明显，均满足规范要求，且修正法在电磁感应法的基础上工作量增加不大，证明该方法可行，检测结果准确。

5 实体验证

为了进一步验证电磁感应修正法的可行性和准确性，在新建河北地质大学体育馆楼工程中选取门厅和中庭两根圆柱进行实体验证试验。检测方法和仪器与模拟试验相同。测试结果见表5。

表5 圆柱实体验证试验结果

由表5 可知，三台仪器电磁感应法示值与直接法测试值偏差在-4.02～-2.16 mm 之间，所有测点全部超限；修正法测试值偏差在-1.65～-0.34 mm 之间，均满足规定要求，与模拟验证试验基本一致，进一步证明修正法在实体钢筋保护层测试中可行、准确。

6 结语

常用一体式钢筋位置测定仪测试圆柱构件保护层厚度时的仪器示值偏差较大，采用电磁感应修正法能消除曲面偏差，提高检测精度。采用该方法检测前应制订作业指导书，确定所用检测仪器、待测圆柱构件的曲面偏差值。另外，建议仪器厂商进行系统优化，增加圆柱构件的检测和计算参数，完善检测功能，提高检测精度，方便现场检测。