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      混凝土中鋼筋的磁性無損檢測方法DOI: 10.1134/S1061830918120057

      混凝土中鋼筋的磁性無損檢測方法DOI: 10.1134/S1061830918120057

       

      摘要—已經在理論和實驗表明,局部磁化鋼筋的保護層混凝土可以確定混凝土保護層的深度和直徑的鋼筋基于雜散磁場的磁性鋼,鋼筋是由時間組成的。

       

      關鍵詞: 無損檢測, 混凝土中的鋼筋,偶極子模型


      介紹

      在鋼筋混凝土結構整個生命周期中尋找鋼筋并進行無損檢測是一項熱門的實踐任務[1-4]。它包括定位鋼筋網,以及確定其參數,如深度(保護混凝土層的厚度)和棒的直徑。

      磁法是一種很有前途的技術,它主要是通過形成一定構型的主磁場來磁化鋼筋局部截面,并記錄由此產生的雜散磁場的參數。通過試驗建立了流場與上述結構參數[5]之間的關系,確定了保護混凝土層的厚度和鋼筋在結構中的位置。

      到目前為止,市場上有大量實施磁性法的設備[例如,IPA-MG4.1 (SKB Stroipribor)、Profoscope(瑞士的Proceq)、鐵掃描PS 250 (Hilti,列支敦士登)]。盡管它們有很大的差異,所有現有的裝置在復運這個任務中都顯示出近似相同的精度。Ulybin[6]用IPA-MG4.1和Profoscope對測定鋼筋直徑和保護混凝土層厚度的磁測誤差進行了實驗研究。根據他的研究,作者得出結論,這些儀器可以確定鋼筋的深度誤差為5-10%,鋼筋直徑誤差為15-30%。需要注意的是,這些實驗是在接近理想的條件下進行的,即已知鋼筋直徑的深度確定,已知深度的直徑確定,沒有相鄰的平行鋼筋和垂直鋼筋。在實際研究中,這些條件在實際中幾乎不可能實現,因此,在確定鋼筋的深度和直徑時,誤差分別達到50-60%和100%。.


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      圖1所示。用永磁體磁化鋼筋的偶極子模型:Lm為永磁體長度(偶極子兩極之間的距離);Lr為局部磁化鋼筋截面的長度;d為鋼筋直徑;z和zm分別為傳感器到鋼筋和永磁體的距離.

       

      在本研究中,我們從理論和實驗上考慮了一個確定鋼筋參數的模型,該模型可以定性地確定造成這種高誤差的原因,并提出降低誤差的技術建議.

       

      鋼筋直徑的計算算法(偶極子模型)

      螺紋鋼最容易沿其軸線磁化(圖1)。在這種情況下,磁化螺紋鋼截面可視為具有兩個間隔的點電荷的磁偶極子。與偶極子的距離可以被確定,而與電荷的大小無關,也就是說,與磁場強度或鋼筋的磁性無關。

      要確定這個距離,只需要知道場的振幅和它在測量點[7]處的梯度。

      只有在距離測量點的距離已知的情況下,才能根據雜散場的大小計算鋼筋直徑。所測雜散場的大小受鋼筋的磁場特性和磁化強度的影響。根據磁化系統的參數可以計算出增強體的磁場,但增強體的磁特性通常是未知的,并且會隨著磁場的變化而變化。磁力系統的參數必須提供鋼筋的磁化強度與其直徑的比例,而不考慮其磁性。如果被磁化鋼筋截面的退磁系數遠大于其磁化率,這種磁化方法是可行的。

      圖1顯示了磁化鋼筋的偶極子模型。提出了一種具有兩點磁極的永磁體對鋼筋局部區域進行磁振處理的方法。將磁傳感器系統置于其中一個磁極上,測量雜散場的法向分量和磁場梯度。

      在鋼筋局部磁化的情況下,鋼筋中的磁感應將取決于施加的磁場、磁化截面的尺寸和鋼筋材料的磁性:

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      He 磁場是由永磁體偶極子產生的,

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      圖2所示。典型的低碳鋼導磁率與外磁場的關系.

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      圖3所示。鋼筋永磁局部磁化強度的計算結果.

       

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      軟鋼制成的鋼筋的磁性將取決于磁場(圖2),也就是說,在小磁場中,我們將有μ = 100, 隨著場地的增加,降雨量將達到1000[8]以上。

      T為了使測得的磁場不依賴于鋼筋的磁性,有必要在強制力在鋼筋附近建立場(或者達到mmax )。這可以通過使用最先進的高能永磁體來實現。

      圖3顯示了一個計算一個直徑為28毫米的螺桿鋼磁體磁化強度的例子,該磁體的尺寸為40 40 120毫米,位于距離為140毫米處。


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      圖4所示。計算(H*)和測量(H)雜散場從磁化鋼筋直徑.

       

      鋼筋部分磁化 B =0.24 T, μ= 1250.在這種情況下,退磁系數為0.01,可以假設在這樣的磁化系統下,鋼筋的磁性能在距離為140mm時不受影響。

      在偶極子模型(圖1)中,鋼筋磁化截面產生的磁場為:

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      其中q是鋼筋磁偶極子的點電荷,與鋼筋磁化段的磁f(3)成正比,

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      為了確定鋼筋的直徑,有必要測量其最大出口處以上的正常的條形磁場頻率。圖4顯示了三種不同直徑和從鋼筋到傳感器的不同距離測量Hz的結果。

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      其中A是與磁化系統的幾何形狀和永磁體的支柱有關的系數。For 給定 磁化 system, 這個 系數 是 A= 3.4.

      利用式(7)中的關系式可以推導出形式中直徑與測量場的關系式

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      圖5顯示依賴的直徑計算使用公式(8)從鋼筋到傳感器的不同距離。當改變保護混凝土層厚度時,鋼筋直徑的測定較為準確,誤差在10%以下.

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      圖5所示。測定從鋼筋到現場傳感器的不同距離的鋼筋直徑。

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      圖6所示。針對不同的桿徑,確定從鋼筋到現場傳感器的距離。

       

      確定鋼筋深度

      要確定點電荷到測量點的距離(見圖1),可以使用成分這一點測量的磁場與其梯度的比值。電荷形成的場 ,場 梯度-q/r3,因此 鋼筋 的 距離 傳感器 是 [7]

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      鋼筋磁化的偶極子模型(見圖1),它可以假定兩極的偶極子是在一個大的距離,他們互相影響因此可以被忽略,而且,利用公式的Eq(10),一個可以確定鋼筋的距離傳感器

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      Δz在Hz之間的距離并且 ΔHz 在這兩點上采取的措施有不同.

      由關系式(11)可知,無論磁化鋼筋截面的性質如何,且不考慮磁化場的大小,都可以確定鋼筋到傳感器的距離。

      圖6顯示了不同鋼筋直徑和不同距離下測量的雜散場Hz。根據實驗數據,利用關系式(11)計算鋼筋到傳感器的距離。.

       

      結論

      (1) 在本研究中,我們建立了鋼筋局部磁化的偶極子模型。該模型較準確地驗證了不同直徑鋼筋雜散場測量的實驗結果。

      (2) 實驗和理論研究表明,磁法可以獨立地確定鋼筋與鋼筋的距離和鋼筋的直徑。為此,只需測量鋼筋局部磁化截面引起的雜散場及其梯度即可。磁場強度和鋼筋直徑不影響這一距離的確定。

      (3) 無論鋼筋的磁性如何,都可以確定鋼筋的直徑。


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