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钢筋保护层厚度分析及检测要点有哪些?

2016-12-22 13:08:53

一.概述
      相对于现阶段下的建筑工程中,钢筋混凝土因具有成本低廉、坚固耐用且材料来源广泛,混凝土抗压强度高,钢筋抗拉性能好等优点而被普遍采用。加上钢筋与混凝土之间具有很好的黏结力和相近的热膨胀系数,混凝土能对钢筋起到很好的保护作用,两者的结合具有良好的工作性能和耐久性能,成为现代建筑材料的重要组成部分。然而,不少钢筋混凝土结构由于病害原因,实际使用寿命远少于设计年限,其中又以保护层厚度偏差引起的病害最为常见。
二.混凝土保护层厚度的定义和作用
      混凝土保护层厚度是指钢筋表面与混凝土表面间的最小距离。它的作用主要有两个:一是使受力钢筋与握裹层混凝土之间有足够的黏结力,以保证混凝土与钢筋协调工作;二是保护钢筋在结构设计使用年限内避免因外界有害介质的侵袭而遭到破坏。混凝土保护层必须达到一定厚度才能起到应有的作用。国家及行业技术规范都对不同类型钢筋混凝土保护层最小厚度做了明确规定。
三.混凝土保护层厚度对钢筋混凝土结构的影响 
      混凝土保护层厚度不足,外界有害介质容易穿透保护层到达钢筋表面,造成钢筋锈蚀膨胀,混凝土顺筋开裂,甚至崩裂脱落,进而加速钢筋锈蚀破坏。沿海地区因混凝土保护层厚度不足引起的钢筋混凝土结构破坏速度比内陆地区快得多。比如我省沿海地区的水利工程中有相当多的钢筋混凝土结构由于保护层厚度不足,往往运行不足十年,最短的仅两三年,钢筋就已全面锈蚀,混凝土保护层大面积剥落,结构安全受到极大威胁。
      正是由于上述原因,交通部行业标准《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTJ275―2000)比国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2015)对混凝土保护层厚度最小值提出更高的要求。
      混凝土保护层越厚,对结构耐久性越有利,但在结构截面尺寸不变的条件下,会使构件有效截面尺寸减小,承载力降低。因此施工过程中要严格按设计图纸要求制作钢笼架,混凝土保护层太薄太厚都会造成重大安全事故。《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2015)对保护层厚度允许偏差值做了严格规定:板类的钢筋保护层厚度的允许偏差值为(+8 mm, -5 mm)、梁类的允许偏差值为(+10mm,-7 mm)。
      根据多年的检测数据统计,我省水利工程保护层厚度全部合格的钢筋混凝土结构小于30%,其中梁底和板底保护层厚度80%以上呈现负偏差;截面高度较大的钢筋混凝土结构,侧面和顶面保护层厚度80%以上呈现正偏差。这给工程的安全运行留下隐患。
四.混凝土保护层厚度检测 
1. 检测方法及检测设备  
      混凝土保护层厚度检测可采用钢筋探测仪普测(非破损)和局部开凿(微破损)相结合的方法。钢筋探测仪有电磁法钢筋探测仪和雷达法钢筋探测仪两种,前者又分为应用电磁感应的钢筋探测仪和应用涡流效应的钢筋探测仪。
      电磁法钢筋探测仪通常由探头、主机和连接线组成。探头接受主机命令,产生电磁场,与混凝土表面持续接触并进行扫描。当混凝土中的钢筋和其它金属物体位于该磁场时,磁力线变形,钢筋和其它金属所产生的干扰导致电磁场强度分布改变,被探头探测到并接收输送回主机,主机以模拟方式或数字方式显式金属物位置。适当校准仪器所测金属物和混凝土,主机即显示钢筋(金属物)保护层厚度。
2. 检测精度的影响因素
影响混凝土保护层厚度检测精度的因素主要有:  
(1)钢筋疏密程度原理。钢筋疏密程度决定保护层厚度检测的精度,当钢筋间距大于1.5倍保护层厚度时,相邻钢筋对保护层厚度检测精度没有影响。  
当钢筋间距小于保护层厚度时,钢筋越密,仪器示值偏小越多。特别是钢筋直径较小,在相当保护层厚度范围内多根钢筋密集排列时,仪器示值偏小可达30%以上。但深度方向密集排列钢筋对保护层厚度检测精度影响相对较小。
(2)探头轴线与钢筋轴线交角。探头轴线是否与钢筋轴线平行对混凝土保护层厚度检测精度影响也很大。探头轴线与钢筋轴线平行时,仪器示值为真值。探头轴线与钢筋轴线45°斜交时,示值偏大10%以上。探头轴线与钢筋轴线垂直时,示值偏大20%以上。
(3.)仪器参数设置。仪器参数设置是否准确对混凝土保护层厚度检测精度影响较大。仪器钢筋直径设置与实际尺寸相等时,仪器示值为真值。设置值比实际尺寸大一倍或小一半时,仪器示值相应偏大或偏小10%以上。
(4)与主筋垂直的分布钢筋。当探头置于分布钢筋上检测主筋保护层厚度时,仪器示值偏小5%以上。
(5)探头大小。探头尺寸小,受相邻钢筋影响小,精度高,但当保护层厚度较大时,仪器示值不如探头尺寸大的稳定,可检测深度小于大探头。
(6)检测面平整度。当检测面不平时,仪器示值偏大。
(7)其它金属材料。当检测区域存在水管、电线、金属电线套管等导电金属时,也会改变仪器的正常读数,使仪器示值偏小。
3. 涡流效应的钢筋探测仪检测操作要点
      为保证混凝土保护层厚度检测精度,测试人员应当熟练掌握自己使用仪器的性能及各种因素对混凝土保护层厚度检测精度的影响程度,规避部分可以规避的影响因素,无法规避的,应根据现场实际做好记录,进行模拟试验予以修正。根据长期检测实践,针对应用涡流效应的钢筋探测仪,在检测前与检测过程中可按照下列操作要点进行操作:
(1)按照规范规定的程序确定检测的数量和位置。
(2)阅读施工图,掌握检测位置结构断面尺寸、受力方向、钢筋直径、数量、设计保护层厚度。
(3)调查检测位置是否存在水管、电线、金属电线套管等导电金属,选择测试断面时需避开它们。
(4)检查检测面平整度。当凹凸超过0.5mm时,应进行磨平处理。
(5)选择大小合适的探头。保护层厚度小于60 mm时选用小探头。保护层厚度大于60 mm时选用大探头。
(6)根据施工图标示钢筋尺寸设置参数,在检测位置区域进行粗探,画出钢筋网大致位置。在分布筋间距相对较大中间分布筋影响最小处绘出检测线,沿线详测。
(7)测定梁底主筋保护层厚度时,高度重视钢筋密集对检测精度的影响。当测定钢筋根数与施工图不符或无法确定钢筋位置时,除应记录底部、两侧面仪器显示读数外,还应通过两侧面钢筋定位测量计算底面保护层厚度,通过底面钢筋定位测量计算侧面保护层厚度,并将探头底面中心对准梁底边角,通过测量梁底边角至钢筋表面距离及仪器示值最小时与梁底面夹角对各测量值进行验证。其中测量梁底边角至钢筋表面距离时,仪器示值受干扰最小。
(8)备好10 mm厚塑料垫板。当保护层厚度小于仪器所能显示的最小数值时,加垫板进行测试,所得数值减去垫板厚度即可。
(9)当保护层厚度负偏差超标可能引起结构耐久性严重降低或保护层厚度正偏差超标可能引起结构承载力严重降低及对测试结果有怀疑时,应开凿(微破损)检查核实。
(10)仪器使用前后应在标准块上进行校验。
总结
1.混凝土保护层承担着使受力钢筋与握裹层混凝土之间有足够的黏结力、保证混凝土与钢筋协调工作、保护钢筋免遭外界有害介质侵袭破坏的重要责任。
2.保护层厚度检测可以发现其质量缺陷,以便及时采取补救措施。
3.混凝土保护层厚度检测精度的影响因素很多,采取规避和必要的模拟修正,可以为决策者提供较为准确的保护层厚度数据。
4.对保护层厚度负偏差超标可能引起结构耐久性严重降低或保护层厚度正偏差超标可能引起结构承载力严重降低及对测试结果有怀疑时,开凿(微破损)检查非常必要。
5.保护层厚度负偏差引起的结构损害程度不随结构截面尺寸或外界荷载的变化而改变。保护层厚度正偏差引起的结构损害程度却与结构截面尺寸或外界荷载的大小关系密切。现行规范标准对保护层厚度正负偏差允许值均以绝对数值表示。当截面尺寸不大时,混凝土保护层太厚可能产生严重后果。