電磁感應法檢測混凝土結構實體鋼筋位置及保護層厚度技術探討

呂會喜

（北京中地遠大勘測科技有限公司 ）

【摘要】鋼筋保護層厚度直接影響到混凝土結構的承載能力和鋼筋的握裹粘結力，保護層不同可能會導致結構強度、剛度和延性降低。因此,混凝土的鋼筋保護層直接影響到混凝土結構的安全和耐久性。通過對本文的電磁感應法了解，我們可以進一步掌握利用電磁感應法檢測鋼筋位置及保護層厚度科學性和精度。

1.前言

目前使用的混凝土結構實體鋼筋位置測定儀原理基本是采用電磁感應法，在混凝土表面向 發射電磁場，混凝土內部的鋼筋產生感應電磁場，由于感應電磁場的強度及空間梯度的變化與鋼筋的位置、保護層厚度和直徑等有關。因為，通過測量電磁場變化并經過一系列數據處理，便可確定鋼筋位置、保護層厚度和估測直徑相關參數。

2. 工作原理

首先由信號發射單元向混凝土內部發射脈沖電磁波，當混凝土內部有鋼筋存在時，鋼筋產生二次感應磁場，并由信號接收單元接收鋼筋感應的二次場，由于不同直徑和不同保護層厚度的鋼筋產生二次場強弱度不同，信號處理單元對接收的信號進行處理，運算后，以數值和指示條的形式顯示出來，操作員據此確定鋼筋平面位置和保護層厚度。

在交變電磁場中混凝土中的鋼筋可感應產生強的二次電磁場。一次場恒定的情況下，二次場的強度是距離(保護層厚度)和鋼筋直徑的函數，即距離越大，二次場越弱；鋼筋直徑越大，二次場越強。二次場強度與保護層厚度和鋼筋直徑為：

        E2=E1d-AφB                  

式中： E1、E2—一次場和二次場強度；

           d—保護層厚度；

          φ—鋼筋直徑；

           A、B—關系系數。

由上式可知，已知一次場情況下，通過儀器的率定，確定A、B系數，就可通過測量二次場強度計算出保護層厚度、位置和鋼筋直徑。

3. 檢測技術

3.1基本要求

現場檢測時，應對儀器進行清零，清零時探頭應遠離磁性金屬物體即放在空氣中進行；并結合設計圖紙資料了解鋼筋布置情況；應避開鋼筋接頭和綁絲，鋼筋間距應滿足檢測要求。

當實際混凝土保護層厚度小于鋼筋位置測定儀小示值時，應采用在探頭下附加墊塊的方法進行檢測。墊塊對鋼筋位置測定儀不應產生干擾，表面應光滑平整，其各個方向厚度值偏差不應大于0.1mm。所加墊塊厚度在計算時應予扣除。

3.2鋼筋位置和保護層厚度測試

當進行鋼筋位置檢測時，探頭慢速勻速的在檢測面上移動，等儀器顯示屏接收信號好或保護層厚度值小時，此時探頭中心線與鋼筋軸線應該重合，在相應位置做好標記。也可以在相反的方向重新掃描一次，兩次掃描結果相互驗證。為了慎重起見，探頭應該放在另外方向兩條鋼筋中間重復上述測量，以核實測量結果，并且準確定向鋼筋。 按上述步驟將相鄰的其它鋼筋逐一標出。

    首先，設定好儀器的鋼筋公稱直徑，沿被測鋼筋軸線選擇相鄰鋼筋影響較小的位置，并應避開鋼筋接頭和綁絲，讀取第1次檢測的混凝土保護層厚度檢測值。在被測的每根鋼筋的同一位置應重復檢測1次，讀取第2次檢測的混凝土保護層厚度檢測值。其次，對同一處讀取的2個保護層厚度值相差大于1mm時，該組檢測數據應無效，并查明原因，在該處應重新進行檢測，則應該更換檢測儀器或采用鉆孔、剔鑿的方法核實。

注:大多數儀器要求鋼筋公稱直徑已知方能準確檢測混凝土保護程厚度，此時儀器必須按照鋼筋公稱直徑對應進行設置。

3.3梁柱類測試

對于梁類構件，應對全部縱向受力鋼筋的保護層厚度進行檢驗。梁類構件一般分受力筋、箍筋，而且鋼筋間距較密，儀器接收的信號值變化相對較小，其顯示的保護層厚度值變化更小，甚至幾乎沒有變化。因此，如果要進行受力筋保護層和位置測試時，要先定出箍筋位置并予以標注（見圖a），然后在間距大的箍筋即非加密區測試受力筋的保護層厚度和位置（見圖b）。若探頭移動測試面上有箍筋時，會對測試結果產生影響，造成測定值與實際值誤差較大。測試箍筋保護層反之。

3.4板類測試

對于板類構件，應抽取不少于６根縱向受力鋼筋的保護層厚度進行檢驗。如單向板，應沿兩受力邊檢測負彎矩鋼筋。對雙向板，應沿兩長邊檢測負彎矩鋼筋；檢測位置盡量靠近鋼筋根部，并且在兩長邊中間1/2范圍檢測；既每根鋼筋，應在有代表性的部位測量１點。

板類下排受力鋼筋為縱橫交錯的網狀分布結構。檢測時，應先用確定出兩根鋼筋間距，然后沿其方向進行鋼筋測試。正確測試方法見圖1。

測試保護層時，儀器探頭不能沿一根鋼筋順其方向移動或者與鋼筋成角度掃描測試 ，否側測試結果誤差較大。錯誤測試方法見圖2。

對于特殊情況，如果某一測點存在問題或對該點測試結果有疑問，可能是本文第4節的影響，此時可在該測點附件重復測試兩點，以檢驗測試結果。

4 影響測試精度的因素

在混凝土結構中影響測試精度因素較多，如綁扎絲、箍筋、預埋金屬件、骨料（含鐵量）、鋼筋材質、水泥、周圍相鄰鋼筋、參數設置（如鋼筋直徑）以及測試方法等諸多因素。下面介紹主要的影響因素：

（1）保護層厚度的影響

構件本身有磁性；所測部位有除鋼筋以外的小磁性物質；選擇參數與實際不符；測試方法不正確。因此，現場長時間工作時為了提高精度，應在一段時間后，將探頭放在空氣中進行清零，以確保數據準確度。

在同等情況下，一般傳感器截面尺寸越大，影響越大；在鋼筋直徑與保護層厚度相同時，間距越小，偏差越大；在鋼筋直徑與相鄰間距相同時，保護層厚度越大，影響越大。

（2）鋼筋直徑影響

在周圍磁性物體的影響很小情況下，單根鋼筋或間距較大時較準，一般校準時用單根筋在物理實驗室下進行。而實際混凝土構件中，鋼筋都是以受力筋和箍筋交錯或者網狀布置的方式設計施工，與物理實驗室情況下差距較大，因此難免測量誤差較大。

在鋼筋間距較大的情況下，這種影響很小，基本可以忽略不計；但是在鋼筋間距較小的情況下，測量結果與實際值存在很大的偏差。 因此要選取間距較大的部位，并盡可能在相鄰筋中間；準確測量鋼筋位置，保護層不能越大；實測值數據誤差較小為準，而且要求在現場至少測試3次并一小值作為鋼筋直徑，后可以局部剔鑿確認。

（3）鋼筋平面位置

鋼筋平面位置測試受干擾小，一般情況下均可準確測定。

5 自校、標定和驗證方法

    一般采用對儀器不產生電磁干擾的混凝土、木材、塑料、玻璃、樹脂等材料，制作成標準試件，在試件中預埋不同直徑鋼筋（鋼筋未經拉拔），預留不同保護層厚度。如樹脂試件尺寸圖3參考（單位：mm）。

在混凝土結構中，對重要構件的測量數據產生懷疑時，可以采用局部開鑿破損，以檢驗其測定結果，對問題較多工程要組織進行復測；也可以通過構件邊緣鋼筋位置和保護層相互關系，采用非破損驗證。如圖4,此構件a1、a2為保護層厚度，c1、c2為測量面到鋼筋中軸線距離，即保護層a1與c2減鋼筋半徑距離相同。

6 小結

以上論述是本人在混凝土結構實體鋼筋無損檢測技術工作中的一些體會，由于水平有限，不當之處在所難免，希望大家諒解。通過本文的闡述能夠起到拋磚引玉的作用，請行業同仁廣開言路，共同探討無損檢測技術，使得混凝土結構實體鋼筋無損檢測方法更趨完善。

參考文獻:

[1] 建筑結構檢測技術標準.GB/T50344-2004

[2] 混凝土中鋼筋檢測技術規程.JGJ/T 152-2008

[3] 混凝土結構工程施工質量驗收規范（GB50204—2002）