钢筋混凝土检测设备自校模块的设计及应用

孔晟

（浙江交工交通科技发展有限公司，杭州 310000）

1 引言

对于工程质量的管理，试验检测无疑是不可或缺的一环，它不仅可以反映工程的质量水平， 还可以为决策者提供有效的参考，以便更好地控制、监督和评估工程的质量。 为了确保试验检测的准确性和可靠性，必须将其溯源至国家规范，而且还需要对相关仪器设备进行溯源， 以便更好地了解设备的使用情况。

2 钢筋混凝土检测设备自校模块技术原理

2.1 技术背景

随着施工单位、 建设单位和监理单位对工程实体质量要求的日益严格，如何加强对过程质量的控制和监督，以及如何实现自检、自控和强化，已经成为当前面临的一个重要挑战。鉴于此， 各单位已经配备混凝土钢筋检测仪和楼板厚度检测仪，以便进行项目的自检自控，但由于这些设备缺乏有效的量值溯源，为了提高工作效率，需要研究设计一种自校模块和装置，用于自校楼板测厚仪和混凝土钢筋检测仪。 不仅如此，相关单位还编制了相应的自校方法， 以便自我检测和监控检测设备的性能。 通过研发自校模块及装置，可以有效保证楼板测厚仪和混凝土钢筋检测仪在频繁使用中的准确性， 同时编制校验方法也可确保设备能够溯源到国家基准， 从而节省大量的检定费用和检定时间。

2.2 技术原理

基于电磁波运动学、 动力学原理以及现代电子技术设计研制的楼板测厚仪和混凝土钢筋检测仪，具有多种功能，包括信号的发射、接收、处理和显示等，它们可以将被测板面的上下两侧的电磁信号传输到测量仪， 并且可以根据测量结果自动计算出发射到接收探头的距离， 从而实现对楼板厚度的快速测量。 这一过程中，工作人员只需移动接收探头，即可获得最小值，也可准确测量楼板的厚度[1]。 图1 所示为楼板测厚仪检测实图。

图1 楼板测厚仪检测实图

针对混凝土钢筋检测仪，通过检测钢筋与探头之间的电磁场的相互作用，可以精确估算出钢筋的尺寸、长度、粗细等参数，并且能够精确计算出混凝土保护层的厚度和钢筋之间的距离。为了更好地检测楼板厚度、混凝土钢筋等，单位研发出一种新型的自校模块，其将未知信息转换为已有信息，从而让仪器能够按照规范进行测试，并且可以根据测试结果对仪器进行自校，这不仅可以达到更高的测试精度，还可以追溯至国家规范。

3 钢筋混凝土检测设备自校模块的设计

3.1 设计目标与要求

单位开发的新型自校模块， 旨在提高楼板测厚仪和钢筋检测仪的自动化水平，并且能更好地控制设备检测的精度。 同时借助装置辅助模块自校，发挥装置的硬件功能，不仅可以替代传统、落后的检测方法，还能提高检测过程的自动化水平，降低测量成本，也有助于提高生产效率。 此外，发挥模块与装置的作用还能减小检测过程中造成的人为误差， 测量精度也可进一步提高。

在实际设计中，为了获得最佳效果，必须严格按照基本准则进行操作。 首先，要选择高质量、低成本且应用效率较佳的技术和设备[2]。 其次，要注重安全，所有的电机、传动系统都要配备防护套，以确保在使用时能够得到充分的保障。 通过使用先进的软件系统，还可以在保证高效率的前提下，快速比较待测仪器的检测结果与高精度光栅尺内的传感器的反馈信息，从而评估设备的准确性。

3.2 模具与材料设计

模具设计过程中，选择了18 cm 厚、强度高且加工性能优良的钢板。 同时对钢板表面进行了车床找平抛光，使其平整度达到了0.15 mm。 还对模具的长、宽、高、内径尺寸进行了严格控制，保证其不超过0.3 mm。 此外，还使用了内六角螺丝将其紧密连接，并且在模具内壁上安装了控制高度的刻度线，明确了预埋固定钢筋的位置和高度。 实际设计中，需要保证刻度线的水平高度和圆孔的尺寸精度不超过0.13 mm。为了获得最佳的自校效果， 在拌和之前， 应当彻底去除混凝土中的金属元素，以免给仪器带来不必要的电磁干扰，并且还应优先选择混凝土作为自校块的主要材料。此外，还可选择直径为6 mm 或7 mm 的光圆钢筋作为预埋钢筋。

3.3 模块设计与制作

根据预先设计的模块尺寸，将钢筋安装在试件上，其两端露出的长度应超过45 mm，而且钢筋轴线应与试件表面保持平行。 同时，需保证钢筋外露端轴线与试件表面的垂直距离差控制在0.6 mm 以内，混凝土应使用C45 细石自密实混凝土，禁止使用振动棒进行振捣，以防止钢筋位移或变形。 试件的高度，应根据刻度线进行精确测量，尤其是在混凝土表面收光时，必须严格控制，确保测量的精确性[3]。 为了提高试件的完整性和耐久性，还需将其固定在刻度线上，并在试件高度2/3 的位置安放塑料土工格栅， 还要使用高强度的混凝土提高试件的表面强度，以确保试件的标定数值在自校过程中不会发生变化。

此外，为了提高自校的准确性，可以利用装置辅助模块操作。 例如，支撑装置可以采用非金属陶瓷材料，这是因为其测量原理是以电磁原理为基础。 重要的是，承重平板上安装了钢筋和标准块，可以有效承受重量。 这些支撑物对整个装置的运行至关重要，可以保证其在工作过程中的合理性与稳定性。

4 钢筋混凝土检测设备自校模块的应用

4.1 模块标定

在实际工作中，需要对许多项目进行自校，如外观质量。为了确保工程的美观性和实用性，应避免出现瑕疵，如缺棱掉角或裂缝。 此外，还应确保自校的不平整度、模块厚度、钢筋保护层的厚度和钢筋的位置和间距的误差能被控制在±0.5 mm以内。 为了进一步提高测量的精确性，应合理使用专门为自校而设计的标准仪器，仪器的尺寸、位置等参数应当符合相关规范，并且可以追溯至国家基准。 最后，还应在自校模块上应用标准仪器精确测量模块的厚度、钢筋保护层的厚度、钢筋之间的距离等参数。

4.2 自校方法及模块验证

根据国家颁布的计量技术规范标准， 应合理编制自校方法，还要严格执行相关的评审和确认程序，将通过本方法校验的混凝土自校模块贴上合格标签，并将检验记录存档，只有在获得审核确认之后，才可以正式使用。与此同时，还应绘制量值溯源框图，借助具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或标准值能和规定的参考标准， 如国家计量基准联系起来，可更好地保证测量结果的有效性与合理性[4]。 不仅如此，由于测量人员的操作不当、 环境条件的变化以及标准物质的失控，测量结果的精度可能会受到影响，因此，为了确保测量结果的准确性和可靠性，除了定期进行检定和自校外，单位还应定期对测量设备的功能和特性进行审核，以确保它们的可靠性。

为了确保楼板厚度检测仪和混凝土钢筋保护层设备的准确性，应严格按照检测操作步骤进行自校，确保检测精度和误差符合标准规定，并认真记录自校数值。 在自校过程中，需要对所有设备进行严格的检查， 并在每台设备上粘贴自校合格准用标识，以确保它们符合规定的项目和量程范围，同时也应对不符合的项目和量程范围进行说明， 并将自校记录和证明文件随机提供给设备操作人员， 以便他们能够在日常检查时进行相应的参考。

4.3 工作流程

在钢筋检测仪检测自校的过程中， 需要先确定其自校零点，还要在承重平板的凹形槽里放入钢筋，并在其上方安装一个自校模块。 再使用电机驱动承重平板，直到其表面与压力式传感器接触。 这样就可以使用光栅尺来获取设备的高精度位移数据。 而且使用钢筋检测仪也可检查其厚度，再将两组数据进行比较，也可明确钢筋检测仪的检定结果。 此外，需要移除模块，并使用钢筋检测仪重新测量当前空气介质层下的厚度，再将不同介质层下的检测数值进行汇总和分析， 可为后续的软件补偿提供有力的依据。

在自校楼板测厚仪的过程中， 首先需要将空的承重平板提升至一定高度， 以便让圆柱块表面与扫描平板下表面充分接触，此时，压力式传感器会发出一个突变信号，需将此时的位置记录为零点位。 其次，利用物理机械的原理确保楼板测厚仪的接收探头和圆柱块表面保持平行， 再利用物理机械方法保证楼板测厚仪的发射探头和接收探头的中心点完全重合。通过伺服电机驱动承重平板，将模块不断提升，直到模块上表面与扫描平板的下表面完全接触， 这一环节压力式传感器会发出一个突变的信号，模块也会停止上升。

在这个过程中，应记录涉及的厚度检测值，随后记录光栅尺相对于零点位置的位移，还要将这些信息传回后台软件。 不仅如此，还需要取下模块，并利用光栅尺的位移数据记录值，使伺服电机能够驱动无模块的承重平板上升到记录值的位置，再使用仪器通过前两个步骤检测空气介质层下的厚度。 通过重复上述步骤，可以获得不同组的检测值，并将这些结果与光栅尺的位移值进行比较，可以确定该仪器的检测精度。 这一设备采用了光栅尺检测，其检测精度可达到微米级，因此，其检测精度可以满足国家规定的相关要求。 此外，通过多组模块介质层下与空气介质层的厚度检测结果的比较， 可以发现由于介质层的变化所产生的细微偏差，因此，需要采取有效的措施，如使用软件进行数据补偿， 以减少实际情况下水泥板与空气介质层之间的差异，从而提高检定自校设备的精确性。经过多次试验和实际操作，可以发现该设备的检测精度达到了国家规定的最高水平。

5 结语

总而言之，单位设计的自校模块既可以满足钢筋间距、混凝土保护层厚度以及板厚3 个检测项目的要求， 又能提供一个高效、易于操作的自校体系，可以将自校结果追溯至国家标准，并在实践中得到了验证，其精度误差可控制在±0.5 mm，不仅节省了大量的检定成本，还缩短了检定时间。 在经常使用的工作周期内， 定期的自校不仅有助于增强使用者的安全感与对设备的信任度， 还可以为检测设备的精确性和可靠性带来更大的保障。 近两年来，作者所在单位的检测工作取得了显著成效，不仅提升了建筑物楼板厚度和钢筋保护层的合格率，还增强了施工管理效率和检测人员的质量意识， 有效减少了自校费用和时间，也获得了良好的社会效益和经济效益。