孔晟

（浙江交工交通科技發(fā)展有限公司，杭州 310000）

1 引言

對(duì)于工程質(zhì)量的管理，試驗(yàn)檢測(cè)無疑是不可或缺的一環(huán)，它不僅可以反映工程的質(zhì)量水平， 還可以為決策者提供有效的參考，以便更好地控制、監(jiān)督和評(píng)估工程的質(zhì)量。 為了確保試驗(yàn)檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，必須將其溯源至國家規(guī)范，而且還需要對(duì)相關(guān)儀器設(shè)備進(jìn)行溯源， 以便更好地了解設(shè)備的使用情況。

2 鋼筋混凝土檢測(cè)設(shè)備自校模塊技術(shù)原理

2.1 技術(shù)背景

隨著施工單位、 建設(shè)單位和監(jiān)理單位對(duì)工程實(shí)體質(zhì)量要求的日益嚴(yán)格，如何加強(qiáng)對(duì)過程質(zhì)量的控制和監(jiān)督，以及如何實(shí)現(xiàn)自檢、自控和強(qiáng)化，已經(jīng)成為當(dāng)前面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。鑒于此， 各單位已經(jīng)配備混凝土鋼筋檢測(cè)儀和樓板厚度檢測(cè)儀，以便進(jìn)行項(xiàng)目的自檢自控，但由于這些設(shè)備缺乏有效的量值溯源，為了提高工作效率，需要研究設(shè)計(jì)一種自校模塊和裝置，用于自校樓板測(cè)厚儀和混凝土鋼筋檢測(cè)儀。 不僅如此，相關(guān)單位還編制了相應(yīng)的自校方法， 以便自我檢測(cè)和監(jiān)控檢測(cè)設(shè)備的性能。 通過研發(fā)自校模塊及裝置，可以有效保證樓板測(cè)厚儀和混凝土鋼筋檢測(cè)儀在頻繁使用中的準(zhǔn)確性， 同時(shí)編制校驗(yàn)方法也可確保設(shè)備能夠溯源到國家基準(zhǔn)， 從而節(jié)省大量的檢定費(fèi)用和檢定時(shí)間。

2.2 技術(shù)原理

基于電磁波運(yùn)動(dòng)學(xué)、 動(dòng)力學(xué)原理以及現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)計(jì)研制的樓板測(cè)厚儀和混凝土鋼筋檢測(cè)儀，具有多種功能，包括信號(hào)的發(fā)射、接收、處理和顯示等，它們可以將被測(cè)板面的上下兩側(cè)的電磁信號(hào)傳輸?shù)綔y(cè)量儀， 并且可以根據(jù)測(cè)量結(jié)果自動(dòng)計(jì)算出發(fā)射到接收探頭的距離， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樓板厚度的快速測(cè)量。 這一過程中，工作人員只需移動(dòng)接收探頭，即可獲得最小值，也可準(zhǔn)確測(cè)量樓板的厚度[1]。 圖1 所示為樓板測(cè)厚儀檢測(cè)實(shí)圖。

圖1 樓板測(cè)厚儀檢測(cè)實(shí)圖

針對(duì)混凝土鋼筋檢測(cè)儀，通過檢測(cè)鋼筋與探頭之間的電磁場(chǎng)的相互作用，可以精確估算出鋼筋的尺寸、長度、粗細(xì)等參數(shù)，并且能夠精確計(jì)算出混凝土保護(hù)層的厚度和鋼筋之間的距離。為了更好地檢測(cè)樓板厚度、混凝土鋼筋等，單位研發(fā)出一種新型的自校模塊，其將未知信息轉(zhuǎn)換為已有信息，從而讓儀器能夠按照規(guī)范進(jìn)行測(cè)試，并且可以根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)儀器進(jìn)行自校，這不僅可以達(dá)到更高的測(cè)試精度，還可以追溯至國家規(guī)范。

3 鋼筋混凝土檢測(cè)設(shè)備自校模塊的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)與要求

單位開發(fā)的新型自校模塊， 旨在提高樓板測(cè)厚儀和鋼筋檢測(cè)儀的自動(dòng)化水平，并且能更好地控制設(shè)備檢測(cè)的精度。 同時(shí)借助裝置輔助模塊自校，發(fā)揮裝置的硬件功能，不僅可以替代傳統(tǒng)、落后的檢測(cè)方法，還能提高檢測(cè)過程的自動(dòng)化水平，降低測(cè)量成本，也有助于提高生產(chǎn)效率。 此外，發(fā)揮模塊與裝置的作用還能減小檢測(cè)過程中造成的人為誤差， 測(cè)量精度也可進(jìn)一步提高。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了獲得最佳效果，必須嚴(yán)格按照基本準(zhǔn)則進(jìn)行操作。 首先，要選擇高質(zhì)量、低成本且應(yīng)用效率較佳的技術(shù)和設(shè)備[2]。 其次，要注重安全，所有的電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)都要配備防護(hù)套，以確保在使用時(shí)能夠得到充分的保障。 通過使用先進(jìn)的軟件系統(tǒng)，還可以在保證高效率的前提下，快速比較待測(cè)儀器的檢測(cè)結(jié)果與高精度光柵尺內(nèi)的傳感器的反饋信息，從而評(píng)估設(shè)備的準(zhǔn)確性。

3.2 模具與材料設(shè)計(jì)

模具設(shè)計(jì)過程中，選擇了18 cm 厚、強(qiáng)度高且加工性能優(yōu)良的鋼板。 同時(shí)對(duì)鋼板表面進(jìn)行了車床找平拋光，使其平整度達(dá)到了0.15 mm。 還對(duì)模具的長、寬、高、內(nèi)徑尺寸進(jìn)行了嚴(yán)格控制，保證其不超過0.3 mm。 此外，還使用了內(nèi)六角螺絲將其緊密連接，并且在模具內(nèi)壁上安裝了控制高度的刻度線，明確了預(yù)埋固定鋼筋的位置和高度。 實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要保證刻度線的水平高度和圓孔的尺寸精度不超過0.13 mm。為了獲得最佳的自校效果， 在拌和之前， 應(yīng)當(dāng)徹底去除混凝土中的金屬元素，以免給儀器帶來不必要的電磁干擾，并且還應(yīng)優(yōu)先選擇混凝土作為自校塊的主要材料。此外，還可選擇直徑為6 mm 或7 mm 的光圓鋼筋作為預(yù)埋鋼筋。

3.3 模塊設(shè)計(jì)與制作

根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的模塊尺寸，將鋼筋安裝在試件上，其兩端露出的長度應(yīng)超過45 mm，而且鋼筋軸線應(yīng)與試件表面保持平行。 同時(shí)，需保證鋼筋外露端軸線與試件表面的垂直距離差控制在0.6 mm 以內(nèi)，混凝土應(yīng)使用C45 細(xì)石自密實(shí)混凝土，禁止使用振動(dòng)棒進(jìn)行振搗，以防止鋼筋位移或變形。 試件的高度，應(yīng)根據(jù)刻度線進(jìn)行精確測(cè)量，尤其是在混凝土表面收光時(shí)，必須嚴(yán)格控制，確保測(cè)量的精確性[3]。 為了提高試件的完整性和耐久性，還需將其固定在刻度線上，并在試件高度2/3 的位置安放塑料土工格柵， 還要使用高強(qiáng)度的混凝土提高試件的表面強(qiáng)度，以確保試件的標(biāo)定數(shù)值在自校過程中不會(huì)發(fā)生變化。

此外，為了提高自校的準(zhǔn)確性，可以利用裝置輔助模塊操作。 例如，支撐裝置可以采用非金屬陶瓷材料，這是因?yàn)槠錅y(cè)量原理是以電磁原理為基礎(chǔ)。 重要的是，承重平板上安裝了鋼筋和標(biāo)準(zhǔn)塊，可以有效承受重量。 這些支撐物對(duì)整個(gè)裝置的運(yùn)行至關(guān)重要，可以保證其在工作過程中的合理性與穩(wěn)定性。

4 鋼筋混凝土檢測(cè)設(shè)備自校模塊的應(yīng)用

4.1 模塊標(biāo)定

在實(shí)際工作中，需要對(duì)許多項(xiàng)目進(jìn)行自校，如外觀質(zhì)量。為了確保工程的美觀性和實(shí)用性，應(yīng)避免出現(xiàn)瑕疵，如缺棱掉角或裂縫。 此外，還應(yīng)確保自校的不平整度、模塊厚度、鋼筋保護(hù)層的厚度和鋼筋的位置和間距的誤差能被控制在±0.5 mm以內(nèi)。 為了進(jìn)一步提高測(cè)量的精確性，應(yīng)合理使用專門為自校而設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)儀器，儀器的尺寸、位置等參數(shù)應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)規(guī)范，并且可以追溯至國家基準(zhǔn)。 最后，還應(yīng)在自校模塊上應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)儀器精確測(cè)量模塊的厚度、鋼筋保護(hù)層的厚度、鋼筋之間的距離等參數(shù)。

4.2 自校方法及模塊驗(yàn)證

根據(jù)國家頒布的計(jì)量技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)， 應(yīng)合理編制自校方法，還要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的評(píng)審和確認(rèn)程序，將通過本方法校驗(yàn)的混凝土自校模塊貼上合格標(biāo)簽，并將檢驗(yàn)記錄存檔，只有在獲得審核確認(rèn)之后，才可以正式使用。與此同時(shí)，還應(yīng)繪制量值溯源框圖，借助具有規(guī)定不確定度的不間斷的比較鏈，使測(cè)量結(jié)果或標(biāo)準(zhǔn)值能和規(guī)定的參考標(biāo)準(zhǔn)， 如國家計(jì)量基準(zhǔn)聯(lián)系起來，可更好地保證測(cè)量結(jié)果的有效性與合理性[4]。 不僅如此，由于測(cè)量人員的操作不當(dāng)、 環(huán)境條件的變化以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的失控，測(cè)量結(jié)果的精度可能會(huì)受到影響，因此，為了確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，除了定期進(jìn)行檢定和自校外，單位還應(yīng)定期對(duì)測(cè)量設(shè)備的功能和特性進(jìn)行審核，以確保它們的可靠性。

為了確保樓板厚度檢測(cè)儀和混凝土鋼筋保護(hù)層設(shè)備的準(zhǔn)確性，應(yīng)嚴(yán)格按照檢測(cè)操作步驟進(jìn)行自校，確保檢測(cè)精度和誤差符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，并認(rèn)真記錄自校數(shù)值。 在自校過程中，需要對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的檢查， 并在每臺(tái)設(shè)備上粘貼自校合格準(zhǔn)用標(biāo)識(shí)，以確保它們符合規(guī)定的項(xiàng)目和量程范圍，同時(shí)也應(yīng)對(duì)不符合的項(xiàng)目和量程范圍進(jìn)行說明， 并將自校記錄和證明文件隨機(jī)提供給設(shè)備操作人員， 以便他們能夠在日常檢查時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的參考。

4.3 工作流程

在鋼筋檢測(cè)儀檢測(cè)自校的過程中， 需要先確定其自校零點(diǎn)，還要在承重平板的凹形槽里放入鋼筋，并在其上方安裝一個(gè)自校模塊。 再使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)承重平板，直到其表面與壓力式傳感器接觸。 這樣就可以使用光柵尺來獲取設(shè)備的高精度位移數(shù)據(jù)。 而且使用鋼筋檢測(cè)儀也可檢查其厚度，再將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，也可明確鋼筋檢測(cè)儀的檢定結(jié)果。 此外，需要移除模塊，并使用鋼筋檢測(cè)儀重新測(cè)量當(dāng)前空氣介質(zhì)層下的厚度，再將不同介質(zhì)層下的檢測(cè)數(shù)值進(jìn)行匯總和分析， 可為后續(xù)的軟件補(bǔ)償提供有力的依據(jù)。

在自校樓板測(cè)厚儀的過程中， 首先需要將空的承重平板提升至一定高度， 以便讓圓柱塊表面與掃描平板下表面充分接觸，此時(shí)，壓力式傳感器會(huì)發(fā)出一個(gè)突變信號(hào)，需將此時(shí)的位置記錄為零點(diǎn)位。 其次，利用物理機(jī)械的原理確保樓板測(cè)厚儀的接收探頭和圓柱塊表面保持平行， 再利用物理機(jī)械方法保證樓板測(cè)厚儀的發(fā)射探頭和接收探頭的中心點(diǎn)完全重合。通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)承重平板，將模塊不斷提升，直到模塊上表面與掃描平板的下表面完全接觸， 這一環(huán)節(jié)壓力式傳感器會(huì)發(fā)出一個(gè)突變的信號(hào)，模塊也會(huì)停止上升。

在這個(gè)過程中，應(yīng)記錄涉及的厚度檢測(cè)值，隨后記錄光柵尺相對(duì)于零點(diǎn)位置的位移，還要將這些信息傳回后臺(tái)軟件。 不僅如此，還需要取下模塊，并利用光柵尺的位移數(shù)據(jù)記錄值，使伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)無模塊的承重平板上升到記錄值的位置，再使用儀器通過前兩個(gè)步驟檢測(cè)空氣介質(zhì)層下的厚度。 通過重復(fù)上述步驟，可以獲得不同組的檢測(cè)值，并將這些結(jié)果與光柵尺的位移值進(jìn)行比較，可以確定該儀器的檢測(cè)精度。 這一設(shè)備采用了光柵尺檢測(cè)，其檢測(cè)精度可達(dá)到微米級(jí)，因此，其檢測(cè)精度可以滿足國家規(guī)定的相關(guān)要求。 此外，通過多組模塊介質(zhì)層下與空氣介質(zhì)層的厚度檢測(cè)結(jié)果的比較， 可以發(fā)現(xiàn)由于介質(zhì)層的變化所產(chǎn)生的細(xì)微偏差，因此，需要采取有效的措施，如使用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償， 以減少實(shí)際情況下水泥板與空氣介質(zhì)層之間的差異，從而提高檢定自校設(shè)備的精確性。經(jīng)過多次試驗(yàn)和實(shí)際操作，可以發(fā)現(xiàn)該設(shè)備的檢測(cè)精度達(dá)到了國家規(guī)定的最高水平。

5 結(jié)語

總而言之，單位設(shè)計(jì)的自校模塊既可以滿足鋼筋間距、混凝土保護(hù)層厚度以及板厚3 個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目的要求， 又能提供一個(gè)高效、易于操作的自校體系，可以將自校結(jié)果追溯至國家標(biāo)準(zhǔn)，并在實(shí)踐中得到了驗(yàn)證，其精度誤差可控制在±0.5 mm，不僅節(jié)省了大量的檢定成本，還縮短了檢定時(shí)間。 在經(jīng)常使用的工作周期內(nèi)， 定期的自校不僅有助于增強(qiáng)使用者的安全感與對(duì)設(shè)備的信任度， 還可以為檢測(cè)設(shè)備的精確性和可靠性帶來更大的保障。 近兩年來，作者所在單位的檢測(cè)工作取得了顯著成效，不僅提升了建筑物樓板厚度和鋼筋保護(hù)層的合格率，還增強(qiáng)了施工管理效率和檢測(cè)人員的質(zhì)量意識(shí)， 有效減少了自校費(fèi)用和時(shí)間，也獲得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。