混凝土中钢筋无损检测技术的研究与应用

2022-09-10

1. 前言

目前, 混凝土内钢筋检测主要采用雷达仪或磁感仪, 且对钢筋的检测目前还只涉及钢筋直径、钢筋埋设深度及钢筋间距等项目[1,2,3,4], 此类检测方法只能以警报提示方式判定钢筋的位置和数量, 而对钢筋缺陷却得不到检测结果。本文利用电磁感应原理, 采用磁感仪对混凝土中钢筋的缺陷进行检测试验, 建立一种无损检测方法。

2. 使用仪器及工作原理

本研究所使用的仪器是磁感仪, 利用了电磁感应原理。在扫描过程中, 磁感仪辅机能发射电磁场, 处在电磁场内部的金属导体会产生周期变化的涡电流, 进而产生二次感应电磁场。辅机收集二次感应电磁场, 并把收集到的信号传给主机进行分析处理, 主机能够形成图像。通过扫描图像可对金属导体的形态进行识别。

本文研究方案是先制作以空气为电磁传播介质的试验装置, 利用磁感仪扫描进行钢筋缺陷检测试验, 根据扫描图像分析试验结果, 总结各种缺陷类型的钢筋扫描图像规律。之后制备以混凝土为电磁传播介质的钢筋混凝土构件, 预先布置特定的钢筋缺陷, 利用磁感仪对钢筋缺陷进行扫描检测, 并与由空气介质试验装置得出的扫描图像进行对比, 验证本方法的准确性和适用性。

3. 模拟试验研究

自制一套以空气为电磁传播介质的模拟试验装置, 如图1所示。在试验装置中布置不同直径、不同尺寸间距的钢筋, 横向钢筋直径较大, 竖向钢筋直径较小;横向钢筋间距从下到上依次为100mm、150mm、200mm, 纵向钢筋间距从左到右依次为200mm、150mm。

利用磁感仪进行扫描, 得出扫描图像, 如图2所示。从图中可以看到, 不同钢筋间距在扫描图像中能够清晰地呈现出来, 说明使用磁感仪能够较为准确地扫描出钢筋分布平面图。

分析图中钢筋显示条纹的宽度, 可看到在同一深度处直径小的钢筋图像颜色浅、条纹窄;直径大的钢筋图像颜色深、条纹宽;而相同直径的钢筋条纹在颜色和宽度两方面都十分接近。这是因为在同一交变电磁场中, 钢筋直径的大小直接影响钢筋产生的二次感应电磁场的强弱和发散范围。钢筋直径越小, 其激发的二次感应电磁场越弱, 感应电磁场影响的范围越小;钢筋直径越大, 其激发的二次感应电磁场越强, 感应电磁场影响的范围越大。说明使用磁感仪能够较为准确地检测钢筋直径的相对大小。

分析图中钢筋条纹的明暗程度, 可看到横向钢筋的颜色比竖向钢筋的颜色深, 而试验装置中横向钢筋的布置深度浅, 竖向钢筋的布置深度深。说明磁感仪能够扫描形成明暗不同的图像, 颜色较深的图像表示钢筋埋设较浅, 颜色较浅的图像表示钢筋埋设较深。说明磁感仪能够对钢筋布置的相对深浅做出准确判断。

综上所述, 利用磁感仪能够较准确地扫描出钢筋的分布情况。之后进行钢筋缺陷检测试验。本试验预设的钢筋缺陷类型主要包括以下一种或几种的组合:钢筋断口、钢筋错位、钢筋松脱和钢筋弯曲变形。

设置钢筋断口缺陷, 扫描图像如图3所示。断口处条纹突然变宽, 且在竖直方向出现距离断口越远条纹颜色越浅的现象。这是因为断口处两侧钢筋的二次感应电磁场相互影响, 导致电磁场逸出, 在扫描图像上产生垂直于钢筋的暗色条纹。

设置钢筋错位和松脱缺陷, 扫描图像如图4所示。这两种缺陷钢筋产生的二次交变电磁场均有明显的错开现象, 并且在钢筋端头发生较明显的电磁场逸出现象, 呈三股方向逸出。根据此特征, 能够确定钢筋存在错位或松脱缺陷, 并能确定缺陷位置。

设置钢筋弯曲变形缺陷, 扫描图像如图5所示。在交变电磁场的激励下, 钢筋产生的二次交变电磁场的场源是弯曲的, 说明在此位置钢筋是弯曲的, 根据此特征, 能够确定钢筋弯曲变形, 并确定其位置。

通过以上试验研究和分析结果可知, 以空气作为电磁传播介质, 使用磁感仪进行扫描检测, 能够清晰的得出钢筋的分布情况、缺陷类型和缺陷位置。

4. 混凝土试验验证

制备设有相同缺陷的钢筋混凝土构件, 使用磁感仪扫描, 分析扫描图像, 判断混凝土介质对检测准确性的影响。本阶段试验依照模拟试验的条件设置相同的钢筋分布形态及钢筋缺陷, 试验结果基本与模拟试验的结论一致。

5. 总结

本文研究的钢筋缺陷无损检测方法可在不损坏混凝土构件的情况下获得钢筋的扫描图像, 根据扫描图像中钢筋显示的条纹形态, 确定钢筋埋设的平面位置、相对深浅、直径相对大小、缺陷类型和缺陷位置。该技术操作方便, 方法易掌握, 检测速度快, 大大提高了检测效率, 可推广到一般工程的应用。

摘要：混凝土内钢筋缺陷的检测是土木工程结构检测的重要内容。目前无有效的钢筋缺陷无损检测方法。本文对电磁感应技术检测钢筋的原理进行了探讨, 制作空气介质的试验装置, 利用磁感仪扫描的方式模拟钢筋缺陷检测, 总结钢筋缺陷扫描图像的规律。并制作混凝土介质的试验装置, 进行对比试验, 分析混凝土介质对本检测方法的影响, 验证本方法的准确性和可行性。

关键词：钢筋缺陷,钢筋检测,无损检测