鋼筋保護(hù)層厚度檢測比對試驗(yàn)研究

張占宇，李 巖

(江蘇森淼工程質(zhì)量檢測有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

1 前 言

橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋位置檢測是工程中最基本的檢測項(xiàng)目，而鋼筋保護(hù)層厚度的檢測更是目前各個(gè)項(xiàng)目非常重視的一項(xiàng)工作，因?yàn)楸Ｗo(hù)層厚度涉及到結(jié)構(gòu)的安全和使用的耐久性要求。只有把保護(hù)層厚度檢測的數(shù)據(jù)測量準(zhǔn)確，才能很好地評價(jià)合格率以及工程實(shí)際施工水平。我們在實(shí)際實(shí)測過程中發(fā)現(xiàn)，往往鋼筋保護(hù)層厚度檢測的數(shù)據(jù)跟實(shí)際相差非常大，甚至非常不準(zhǔn)確。我們分析了原因，發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)的不確定性很有可能與試驗(yàn)員的操作方法、試驗(yàn)員本身的技術(shù)水平和檢測環(huán)境以及被測構(gòu)件的鋼筋分布有關(guān)，但是還有一項(xiàng)容易被我們忽略的，就是儀器本身的精度、穩(wěn)定性的原因。這些綜合原因?qū)е聰?shù)據(jù)不準(zhǔn)確、偏離等情況發(fā)生。為了準(zhǔn)確測量構(gòu)件的鋼筋保護(hù)層厚度值，我們對影響鋼筋保護(hù)層厚度測量結(jié)果的原因都做了一一分析，得出了儀器性能起決定性影響因素的可靠結(jié)論，同時(shí)組織召集了試驗(yàn)檢測人員對鋼筋保護(hù)層厚度檢測方法進(jìn)行了統(tǒng)一培訓(xùn)，并對所有多個(gè)鋼筋保護(hù)層測定儀進(jìn)行了比對，并進(jìn)行了測量系統(tǒng)分析。

2 儀器的比對分析

2.1 儀器分析步驟

將5根直徑為16 mm的鋼筋間隔20 cm放置在竹膠板下，在鋼筋保護(hù)層探頭上加上一塑料墊塊，由同一名試驗(yàn)檢測人員用各單位的儀器每間隔15 cm測5個(gè)斷面，共測25點(diǎn)，將檢測數(shù)據(jù)做好記錄備用。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)差與平均值計(jì)算

計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算以上25個(gè)數(shù)據(jù)的分組平均值、全部總體計(jì)算平均值以及分組標(biāo)準(zhǔn)差以及總體標(biāo)準(zhǔn)差。并且利用計(jì)算所得的每臺(tái)儀器檢測的平均值減去總體的計(jì)算平均值，還需要與總體的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差比較。假設(shè)RI不小于3倍標(biāo)準(zhǔn)差，則可以斷定該設(shè)備測量的數(shù)據(jù)為無效數(shù)據(jù)。

2.3 對全部的儀器檢測結(jié)果進(jìn)行比較分析

對檢測的數(shù)據(jù)逐一觀察我們可以看出，每個(gè)施工單位提供的檢測儀器所測量的結(jié)果平均值和總體的檢測平均值的差別均不大于總體標(biāo)準(zhǔn)差的1倍，這可以有力地證實(shí)數(shù)據(jù)并沒有任何異常。其中單位A與單位B的鋼筋位置測定儀所測出的數(shù)據(jù)平均值與總體的計(jì)算平均值非常地接近，為-0.002；C單位的鋼筋位置測定儀所測數(shù)據(jù)的平均值與總體的計(jì)算平均值相差非常大，達(dá)到了-0.872。

3 對鋼筋位置測定儀的測量系統(tǒng)分析

3.1 偏倚及線性研究

所謂儀器的偏倚，即是指在很多次測量的基礎(chǔ)上，測量結(jié)果理論上的平均值與其參考值之間的差值。

如果確認(rèn)儀器存在偏倚，并且偏倚在可以接受的氛圍之內(nèi)，那么就可以通過線性回歸進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整。所以，儀器的線性可以表述為在儀器的檢測體系中所預(yù)期的標(biāo)稱范圍之內(nèi)，各個(gè)測點(diǎn)的偏倚和該店處的實(shí)測參考數(shù)值存在線性關(guān)系。通常情況下，儀器的線性即可以表述成為偏倚的發(fā)生量在數(shù)學(xué)角度呈現(xiàn)出對其參考數(shù)值的回歸后的線性函數(shù)關(guān)系。

(1)具體的實(shí)施步驟

將5根直徑為16 mm的鋼筋間隔20 cm放置在竹膠板下，在鋼筋保護(hù)層探頭上加上塑料墊塊或一定數(shù)量的A3紙使其保護(hù)層厚度由小到大盡量覆蓋儀器的測量全量程，并用游標(biāo)卡尺測量各個(gè)厚度的實(shí)際值，即參考值。安排同一個(gè)操作技術(shù)員用同一個(gè)鋼筋位置測定儀在設(shè)計(jì)保護(hù)層厚度不一樣的情況下，選取間距200 mm量取三個(gè)點(diǎn)，一共量取十五個(gè)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄匯總，填入事先準(zhǔn)備好的表格內(nèi)。

(2)檢測結(jié)果的處理分析

使用統(tǒng)計(jì)專用軟件來進(jìn)行鋼筋位置測定儀的線性以及偏倚情況分析研究。在輸出的圖形中，觀察偏倚數(shù)據(jù)所對應(yīng)的P值是不是比0.05大，若P>0.05，說明不存在偏倚。反之，在鋼筋位置測定儀正式投入使用前，必須依據(jù)得出的計(jì)算公式進(jìn)行數(shù)據(jù)的調(diào)整修正。

按照上述分析規(guī)則，我們使用了六西格瑪管理的常用統(tǒng)計(jì)工具minitab軟件實(shí)現(xiàn)對鋼筋位置測定儀的偏倚及線性情況進(jìn)行分析，從輸出來的圖形中我們不難看出鋼筋位置測定儀的偏倚一欄P的結(jié)果為0，小于小概率事件假定發(fā)生的頻率限0.05，說明這個(gè)儀器的偏倚現(xiàn)象是真實(shí)存在的。另外，在這個(gè)輸出圖形中，鋼筋位置測定儀的線性結(jié)果表明，其常量(截距b)和斜率(a)所對應(yīng)的P的結(jié)果為0.017和0.002，小于0.05，說明測量數(shù)據(jù)存在偏倚。量具線性中的常量及斜率所對應(yīng)的P值分別為0.023和0.000，均小于小概率事件假定發(fā)生的頻率限0.05，表示該儀器的線性關(guān)系是存在的，且可以得到它的回歸方程，可表示成y=0.003 233x-0.407。其中，y為調(diào)整值，即所測結(jié)果必須加上y，x為實(shí)測值。當(dāng)我們采用這個(gè)儀器進(jìn)行鋼筋位置檢測以及保護(hù)層厚度的檢測時(shí)，必須采用本公式進(jìn)行修正。

通過軟件輸出圖我們可以發(fā)現(xiàn)在鋼筋保護(hù)層測定儀的測量范圍內(nèi)，用回歸方程進(jìn)行計(jì)算后的修正量的絕對值均小于0.5，而檢測規(guī)范及儀器的精度均要求對試驗(yàn)數(shù)據(jù)取整數(shù)即可，對測量值加上回歸方程進(jìn)行計(jì)算后的修正量后再取整數(shù)得到的值和測量值一樣。因此，我們在測量混凝土構(gòu)件鋼筋位置及保護(hù)層厚度的時(shí)候，可以根據(jù)實(shí)際情況決定是否必須對測量結(jié)果進(jìn)行回歸修正。

3.2 鋼筋位置測定儀的分辨力、復(fù)現(xiàn)性和重復(fù)性研究

(1)分辨力、重復(fù)性和再現(xiàn)性的定義

所謂的儀器分辨力是指測量系統(tǒng)識(shí)別并顯示被測量最微小變化的能力。

如果安排相同的檢測技術(shù)人員用相同的鋼筋位置測定儀對同一個(gè)鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋連續(xù)檢測多個(gè)數(shù)據(jù)，如果這些數(shù)據(jù)是一致的，那么說明儀器具有較好的重復(fù)性。

如果檢測的條件變化較大，當(dāng)采用鋼筋位置測定儀對相同的鋼筋混凝土構(gòu)件的保護(hù)層厚度進(jìn)行多次測量時(shí)，如果得到的測量結(jié)果是一致的，那么多就可以斷定儀器具體較好的再現(xiàn)性。這里所說的測量的條件，主要是包括檢測人員的習(xí)慣、檢測人員操作的工程、鋼筋位置測定儀本身的性能、檢測的位置地點(diǎn)、儀器使用時(shí)的溫度、濕度等環(huán)境條件以及測量的時(shí)間情況等。在這些檢測條件中，對檢測結(jié)果影響最大誤差來源主要是檢測技術(shù)人員的習(xí)慣和操作過程的規(guī)范性引起的，所以，我們把鋼筋位置測定儀的再現(xiàn)性又叫做檢測人員的波動(dòng)性。

(2)實(shí)施步驟及檢測數(shù)據(jù)的結(jié)果整理

我們準(zhǔn)備5根直徑為16 mm的鋼筋間隔20 cm放置在竹膠板下，在鋼筋保護(hù)層探頭上加上塑料墊塊。隨即選3名試驗(yàn)人員用同一臺(tái)鋼筋保護(hù)層測定儀每根鋼筋間隔40 cm測2個(gè)點(diǎn)，共測10點(diǎn)，每名試驗(yàn)人員對每個(gè)點(diǎn)重復(fù)測3次。將檢測數(shù)據(jù)填入事先準(zhǔn)備好的表中。

我們?nèi)匀粚z測結(jié)果輸入到mintab軟件中進(jìn)行分析，在輸出的圖形中，我們會(huì)分析鋼筋位置測定儀的重復(fù)性、再現(xiàn)性以及分辨力的數(shù)字。然后對照以下規(guī)則判斷儀器是否合格

(3)判別的規(guī)則

①對于分辨力我們采用NDC來判斷結(jié)果是否滿意，NDC是軟件輸出的基本數(shù)據(jù)，稱為可區(qū)分組數(shù)。當(dāng)NDC小于1時(shí)，說明儀器準(zhǔn)確率太低，不能用于精確控制；當(dāng)NDC介于2～4之間時(shí)，可以用于參數(shù)的粗略估計(jì)，但是不能做精確調(diào)整；如果要得到滿意的結(jié)果，則需要NDC大于5。

②重復(fù)性和再現(xiàn)性的研究變異及公差。這個(gè)也是軟件輸出的結(jié)果，當(dāng)這一數(shù)據(jù)大于30%時(shí)，儀器不合格；當(dāng)這一數(shù)據(jù)介于10%～30%之間時(shí)，儀器可以接受；當(dāng)這一數(shù)據(jù)小于10%時(shí)，則儀器的各方面性能非常好。

(4)數(shù)據(jù)輸出的結(jié)果解讀

利用minitab軟件輸出鋼筋位置測定儀的儀器研究圖形，從生成的儀器分辨力、重復(fù)性以及再現(xiàn)性的圖形中我們可以很容易地看出來，NDC等于5，說明分辨力很高；在鋼筋位置測定儀的重復(fù)性與再現(xiàn)性誤差方面，其數(shù)值分別為17.61%和19.86%，都是在10%至30%之間，說明本檢測系統(tǒng)是可以接受的。

(5)不同鋼筋直徑、同一參考值的測量結(jié)果研究

本次所實(shí)施的步驟是將5根直徑為28 mm、25 mm、20 mm、16 mm的鋼筋分批間隔20 cm放置在竹膠板下，在鋼筋保護(hù)層探頭上加上塑料墊塊。隨即選1名試驗(yàn)人員用同一臺(tái)鋼筋保護(hù)層測定儀每根鋼筋間隔40 cm測2個(gè)點(diǎn)，共測10點(diǎn)。將檢測數(shù)據(jù)填入事先準(zhǔn)備好的表中。

對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理。用mintab做單因子方差分析。根據(jù)軟件輸出的P值來進(jìn)行判定，假設(shè)P值>0.05，那么可以表明鋼筋的直徑與鋼筋保護(hù)層厚度檢測值的關(guān)聯(lián)性不大，否則，說明存在較大的影響。

我們將數(shù)據(jù)輸入到mintab，輸出的P值為0.097，結(jié)果大于0.05，這說明，鋼筋的直徑與保護(hù)層厚度之間沒有大的影響。

4 結(jié) 論

本研究通過對鋼筋位置測定儀進(jìn)行系統(tǒng)分析，得出了目前使用的鋼筋位置測定儀其穩(wěn)定性、分辨力、偏倚和線性、重復(fù)性和再現(xiàn)性等指標(biāo)均在可以接受的范圍之內(nèi)，可以用于鋼筋保護(hù)層厚度和鋼筋位置的檢測用，并且后續(xù)使用中，應(yīng)該經(jīng)常性地進(jìn)行系統(tǒng)分析以確保檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。