浅谈混凝土中钢筋检测技术

摘要：本文主要介绍了钢筋混凝土建筑物中钢筋的几项检测技术，对于既有建筑物由于现场条件的限制对混凝土中钢筋的检测建议以无损检测为主，必要时也可采用局部破损检测。

在检测既有建筑物的钢筋时，最可靠的方法是现场破形检测或现场取样，进行相关性能检测或试验，本文介绍了许多相关技术。

关键字：钢筋检测技术无损检测破损检测混凝土保护层
Abstract:This paper introduces the reinforced concrete buildings in several detection technology, because the condition on site for both buildings on the limit of reinforcement in concrete test recommendations to nondestructive testing is given priority to, when necessary also can use local damage detection. In the test the adjacent buildings, the most reliable reinforcement method is site broken shape measuring or site sampling, testing or test related properties, this paper introduces many related technology.
Keywords: Reinforced the detecting technology Nondestructive testing Breakage Breakage detection concrete cover potential
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绪论.. (4)
第一章：钢筋的锈蚀情况 (5)
1.1 自然电位法 (5)
1.2 电阻法 (6)
1.3裂缝分析法 (7)
1.4破形检查法 (8)
1.5 线性极化和交流阻抗技术 (8)
1.6 红外线扫描技术 (8)
第二章：钢筋力学性能检测 (9)
2.1 钢筋实际应力检测 (9)
2.2 钢筋强度检测 (11)
第三章：钢筋的数量、间距、直径和保护层厚度 (12)
3.1电磁感应法 (12)
3.2雷达波反射法 (12)
3.3红外线扫描技术 (13)
第四章：总结与展望 (14)
致谢 (15)
参考文献 (16)
绪论
钢筋在混凝土中承受拉力和给结构以延性，弥补混凝土抗拉能力差、易开裂和脆断的缺陷。

因此混凝土中的钢筋成为工程质量鉴定和验收的必检项目。

《混凝土中钢筋检测技术规程》（JGJ ／ T 152－2008）对混凝土保护层厚度、钢筋的间距、钢筋直径和其锈蚀性状做了检测技术的规定。

然而，多数情况下不允许截取受力构件的钢筋，耐用破损构件的后期修补工作也费时、费力。

这时，需查阅原设计资料，了解建造年代的钢材种类和性质，通过无损检测或局部破损检测、综合分析和查证等方法确定混凝土中钢筋的实际情况。

第一章：钢筋的锈蚀情况
钢筋锈蚀是一个比较普遍、并且严重威胁结构安全的耐久性问题。

它在影响结构物耐久性因素中，占据主导地位。

美国、英国、德国和日本等国每年均花费巨资用于混凝土结构的耐久性修复，其中钢筋锈蚀占有相当大的比例。

我国也有相当数量的钢筋混凝土桥梁相进入老化期，钢筋锈蚀的研究和防治显得非常重要。

钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土桥梁耐久性损伤的最主要和最直接因素，也是混凝土桥梁耐久性破坏的主要形式之一。

钢筋锈蚀对桥梁结构的破坏分为三个时期：前期是钢筋表面局部锈蚀出现锈斑、锈片等；中期是钢筋整个表面锈蚀，并产生膨胀，与保护层脱离，发生层裂；后期表现为钢筋铁锈进一步膨胀，混凝土本身发生破坏，出现顺筋胀裂，混凝土脱离，直至钢筋不断锈蚀，有效截面不断减小，桥梁结构承载力不断下降，钢筋混凝土构件丧失基本承载能力。

1.1 自然电位法
钢筋与混凝土中饱和的C a(0H)2溶液相互作用后，会在其界面处形成双电层，并产生稳定的电位差。

该电位差与钢筋的状态有关，通过测量其数值，可判断钢筋在混凝土中是否已锈蚀。

目前直接测定该电位差尚存在困难，只能测定钢筋与参比电极之间的电位差，确定钢筋的自然电位。

根据钢筋自然电位波动的范围和变化规律可定性地判定钢筋是否锈蚀。

用自然电位法检测混凝土中钢筋的锈蚀情况，简单迅速，不需用复杂的仪表设备，测量过程基本是非破损的，不影响正常的生产，在积累一定经验和数据的基础上，能够对结构的腐蚀情况
做出判断， 并具有一定的可靠性； 然而，自然电位的变化受许多因素的影响，在特殊情况下，电位变负并不一定表明钢筋腐蚀严重。

因此，自然电感应加热。

当钢筋被加热到20℃以上时。

显像屏上会较清晰地显示出钢筋的位置，而且浅埋钢筋先显示，深埋钢筋后显示。

用己知钢筋直径的构件进行扫描对比，则可推断所测构件中的钢筋是否严重锈蚀。

表1 自然电位法判定钢筋腐蚀状态的标准
国别
标准 自然电位法判定钢筋腐蚀状态的标准 备注
美国 ASTM876-77 高于-200mV,90%不锈 -200~-350mV ，
不确定
低于-350mV ，90%锈蚀 - 日本 钢筋锈蚀状态标准 于-300mV 不锈 局部低于
-300mV
全部低于-300mV - 中国 冶金工业建筑研究判别
标准 0-300mV 不锈
-300mV~-400m
V 不确定 -400~-700mV 锈蚀 低于-700mV 阳极杂散电流影响
1.2 电阻法
钢筋腐蚀是一个电化学过程，与带电离子在混凝土孔隙溶液中的运动有关，通过测量混凝土的导电性（电阻）可推定钢筋的腐蚀状况。

混凝土的电阻与其含水量。

1.3裂缝分析法
根据构件表面的裂缝分布、宽度也可判断钢筋的锈蚀程度。

根据国内的研究，裂缝宽度与钢筋截面损失率的关系确定。

根据国内的研究，裂缝宽度与钢筋截面损失率之间具有以下关系：
当0≤δf＜0.2mm 时
λ=507e
0.007cfcu
-0.09d-1.76 (式2)
当0≤δf＜0.4mm 时
λ=332e
0.009cfcu
-0.567d-1.108 (式3)
式中：
λ———钢筋截面损失率，%；
c———混凝土保护层的厚度，mm；
d———钢筋直径，mm；
fcu———混凝土立方体强度，MPa；
δf———锈胀裂缝的宽度，mm。

表3 列举了裂缝状态与钢筋截面损失率之间大致的对应关系。

1.4 破形检查法
破形检查就是凿开混凝土保护层直接对内部钢筋进行检测，主要检测混凝土的保护层厚度、钢筋规格、锈层厚度、剩余钢筋面积等项目，必要时可截取钢筋在实验室进行锈蚀量测试及力学试验。

破形法直观、准确，但对构件会造成局部损伤，不宜大范围使用。

破形检测的部位一般为钢筋锈蚀程度比较严重的部位，如顺筋胀裂、表面渗锈、内部空鼓等部位，以及需要对无损检测结果进行验证的部位。

1.5 线性极化和交流阻抗技术
在新建钢筋混凝土建筑物的施工过程中，将标准钢筋试棒预先埋入相关部位，使其与结构中的钢筋处于相同的条件。

该试棒由导线引出，在建筑物后期的使用过程中，可用外加电流极化法测定试棒的极化曲线或极化电阻，并据此推定钢棒的腐蚀速度和经时变化规律，这种方法称为线性极化法。

此外，还可采用交流阻抗技术，通过测量预埋试棒的交流阻抗值推定钢棒的腐蚀速度和经试变化规律。

这些技术仍处于研究之中，尚未进入普及应用阶段。

1.6 红外线扫描技术
红外线扫描技术是利用红外线扫描器对建筑结构进行扫描摄像，通过对图像的分析判定内部钢筋的状况。

为了增大分辨率，扫描时需利用频率1000HZ 以上的交流磁场对钢筋进行感应加热。

当钢筋被加热到20℃以上时。

显像屏上会较清晰地显示出钢筋的位置，而且浅埋钢筋先显示，深埋钢筋后显示。

用已知钢筋直径的构件进行扫描对比，则可推断所测构件中的钢筋是否严重锈蚀。

第二章：钢筋力学性能检测
在钢筋种类中，热轧钢筋为软钢，其应力-应变曲线有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩”现象，伸长率比较大；冷轧带肋钢筋、热处理钢筋、光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋形钢丝及钢绞线均为硬钢，它们的应力-应变曲线没有明显的屈服点，伸长率小，质地硬脆。

从各级热轧钢筋和光面钢丝的应力-应变曲线中可以看出：随着钢材强度的提高其塑性性能降低，HPB235级钢筋有较好的塑性，但强度较低，碳素钢丝虽强度很高，但塑性较差。

2.1 钢筋实际应力检测
选取需进行测试实际应力构件的最大受力部位作为测试部位，该部位钢筋的实际应力反映了该构件的承载力情况。

先凿去被测钢筋的保护层，然后在钢筋暴露处的一侧粘贴应变片，通过应变仪测其应变，用游标卡尺量测钢筋直径的减小量。

根据测试结果，即可计算出钢筋实际应力。

在混凝土结构的试验和检测中，一般要测量钢筋的应力，以观察钢筋的应力变化，得到结构的受力性能和承载力。

通常是先测得应变，通过钢筋的应力———应变关系换算为应力值。

目前，应变一般用电阻应变片进行测量，将电阻应变片粘贴于构件表面，通过应变测量系统测出其应变值。

基本要求是应变片与构件粘贴牢固，保证二者同步变形，共同工作。

由于混凝土结构中的钢筋在混凝土内部，其应变测量比一般构件表面应变测量复杂得多。

在检测既有建筑物的钢筋工作应力时，采用削磨面积法进行测试计算。

测试时，一般选取构件受力
最大的部位作为测区，测试步骤为：
⑴凿掉测区的混凝土保护层，清洁内部钢筋表面，粘贴电阻应变计，并测读应变计的初读数。

⑵在与应变计相对的另一侧削磨钢筋，用卡尺量取削磨量，记录削磨后钢筋的应变增量。

⑶钢筋削磨前的工作应力可按式⑷计算：
式中：
ζs———被测钢筋的工作应力；
△εs———被削磨钢筋的应变增量；
Es———钢筋弹性模量；
As1———被测钢筋削磨后的截面积；
As2———被测钢筋削磨掉的截面积；
△εsi———构件上与被测钢筋想邻的第i 根钢筋的应变增量；Asi———构件上与被测钢筋想邻的第i 根钢筋的截面积；
式4 右端第一项为削磨后被测钢筋中仍保留的工作应力，第二项为转移到邻近钢筋上的工作应力。

⑷重复⑵、⑶步，当两次削磨后计算的应力值ζs接近时，则停止削磨，将最后计算的ζs 值作为被测钢筋工作应力的实测值。

测量时应注意，削磨后的钢筋直径不宜小于2/3 倍的钢筋直径；削磨
钢筋应分为2～4 次进行，每次都要记录钢筋截面积的减小量和钢筋削磨部位的应变增量；钢筋削磨面要光滑，削磨后的钢筋面积应用卡尺测量；由于削磨会产生高温，应变仪的读数应在削磨面的温度降至大气温度时再读取。

测试工作完成后，应通过焊接等强的短钢筋对被测钢筋进行补强修复，并用高于构件混凝土强度一个等级的细石混凝土修补构件。

对在施工的混凝土结构，一般采用预留孔洞贴应变片、先贴应变片后浇筑混凝土、钢筋开槽贴应变乍等方法获得钢筋的应变，再假定在钢筋屈服前其应力和应变成正比，则ζ=Eε。

从而计算出钢筋的应力。

采用削磨面积法测定钢筋的工作应力，一般也可用于校准上述检测方法。

2.2 钢筋强度检测
钢筋实际强度的检测常采用取样试验法。

从现场截取钢筋试样送实验室做拉伸试验，测定其钢筋的极限抗拉强度、屈服强度及延伸率等。

由于现场钢筋取样对结构承载力有影响，因此，应尽量在非重要构件或构件的非重要部位取样。

现场取样应考虑到所取的试样必须具有代表性；同时又得尽可能使取样对结构的损伤达到最小，所以取样部位应为钢筋混凝土结构中受力较小处，取样后应采取补强措施。

每类型钢筋取3根，以3根钢筋试样的试验质量平均值作为该类钢筋的强度评定。

第三章：钢筋的数量、间距、直径和保护层厚度
在对一既有钢筋混凝土结构进行现场检测和可靠性鉴定时，有时需了解构件中钢筋的数量、间距、直径及保护层厚度是否与设计相符。

现场检测时，凿开混凝土的保护层，直接观测是最直观和准确的，但这样做会对构件造成局部损伤，往往不切实际。

利用雷达仪、钢筋探测仪等仪器则可以在不损坏混凝土结构的情况下，采集到这些数据信息。

3.1 电磁感应法
传统的电磁感应法检测钢筋的数量、间距、直径及保护层厚度造价低．使用方便，在工程检测中应用广泛。

其具体检测步骤为：
①开机，选择工作模式；
②用探头在钢筋附近移动、定位，并逐根作标记。

注意探头应平行于被测钢筋，进行横穿式扫描。

当探头遇到一根钢筋时，仪器的声音变尖锐，屏幕上显示相应图像或数据，由此可方便、快捷地测得混凝土内钢筋的数量、间距、直径及保护层厚度，但其检测精度有待提高。

3.2 雷达波反射法
雷达仪可以探测混凝土内部木材、金属、孔洞、管道等不同介质，
由于这些介质的电磁性能与混凝土不同，因此会反射入射的雷达波，尤其是金属物体，基本上会全反射雷达波。

对于钢筋混凝土结构，其内部埋设的钢筋必然对雷达波强烈反射，因而，雷达仪最主要的一个用途是探测钢筋混凝土中钢筋的分布状况。

雷达仪主要由主机、天线
和打印机构成。

现场检测时先选定好工作模式，然后采用天线连续扫描。

天线运行方向需垂直于钢筋排列方向，进行横穿式扫
描。

这时主机上可显示出天线移动过程中扫描到的混凝土内部剖面图，利用仪器所提供的数据处理方法将混凝土表面反射信号以及其他非钢筋反射信号完全滤掉，以X、Y两个坐标分别反映钢筋水平位置和深度。

雷达仪的优点为采用天线进行连续扫描测试，效率大大提高；其探测深度可达200mm，能满足大多数楼板的检测要求；测试结果直观、准确，而且图象可以存储、打印，便于事后整理、核对、存档。

3.3 红外线扫描技术
利用红外线扫描器对建筑结构进行扫描摄像，显示屏上会较清晰地显示钢筋的位置，用已知保护层厚度的构件进行扫描对比，可推断出混凝士的保护层厚度。

该方法具有非接触、远距离、大面积扫查、结果直观等优点，但该技术目前仍处于研究状态，尚未进入推广应用阶段。

第四章：总结与展望
随着混凝土中钢筋检测技术的不断应用，国内对钢筋检测技术的研究已有较大进步和发展，但就总体水平而言，与国外先进水平相比还有差距，当前也提出了许多挑战性的问题，如红外线扫描技术、雷达波反射技术等新技术的研究、新仪器的开发、从单一参数检测向多参数综合分析的发展问题等，这些问题的解决还需付出很大努力。

另外，以手工检测为主的状况在国内还会持续很长一段时间，但由计算机控制的自动检测将在很大程度上得到普及。

致谢
经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。

在这里首先要感谢我的导师***，虽然平日里工作繁忙，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。

感谢我的导师***，他治学严谨和科学研究的精神一直是我工作、学习中的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。

其次要感谢我的同学对我无私的帮助，特别是在软件的使用方面，正因为如此我才能顺利的完成设计。

值此论文完成之际，对指导老师和帮助我的同学表示诚挚的感谢！
参考文献
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