混凝土中紅外熱成像無損技術的應用范文

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摘要：

針對傳統無損檢測方法在混凝土結構缺陷檢測中的不足之處，提出了紅外熱成像無損檢測技術，總結了紅外熱成像檢測的特點及其在混凝土結構工程中的應用現狀。

關鍵詞：

紅外熱成像；混凝土；結構缺陷；應用

隨著我國交通事業的迅猛發展，公路、橋梁、隧道等混凝土結構的質量要求日益提高，因此暴露出來的問題越來越多，路面出現沉陷、裂縫、松散和坑槽、車轍、泛油及擁包、疲勞開裂等現象，存在的質量缺陷將會從不同程度上影響混凝土構件的耐久性，嚴重時會影響到構件的承載力，甚至會造成工程事故。因此，有效的做好混凝土結構缺陷的無損檢測，以便及時采取有效的防治、修補措施，具有廣泛的社會效益和經濟效益。目前，國內外傳統的結構質量檢測方法主要包括超聲法、聲發射法、雷達法、沖擊回波法等，但都存在各自的缺點，具有片面性，難以滿足交通土建工程事業發展的需要。紅外熱成像檢測技術就是在這種情況下被引入土木工程領域的。

1紅外熱成像檢測特點

紅外熱成像技術是一個有非常廣闊前途的高科技探測技術。自然界中，一切物體都可以輻射紅外線，因此利用探測儀測定目標的本身和背景之間的紅外輻射，可以得到不同的紅外圖像。目標的熱圖像和目標的可見光圖像不同，它不是人眼所能看到的目標可見光圖像，而是目標表面溫度分布圖像。換句話說，紅外熱成像使人眼不能直接看到目標的表面熱輻射分布變成人眼可以看到的代表目標表面熱輻射分布的熱圖像。紅外熱成像檢測作為無損檢測眾多方法中的一種，確有其獨到之處，形成它的檢測優勢，應用范圍非常廣泛，檢測主要具備如下特點：

1.1安全性極強。由于紅外檢測本身是探測自然界無處不在的紅外輻射，所以它的檢測過程對人員和設備材料都絲毫不會構成任何危害，而它的檢測方式又是不接觸被檢目標，因而被檢目標即使是有害于人類健康的物體，也將由于紅外技術的遙控探測而避免了危險。

1.2被動式。不需要配置輻射源，完全利用目標自身的熱輻射來成像。

1.3全天候。既可以在白天工作，更重要的是能在夜間工作，這是它的一大優點。

1.4全場性。不同于一般的紅外測溫方法只能顯示物體表面某一區域或某一點的溫度值，熱像儀則可以同時測量物體表面各點溫度的高低，并以圖像形式顯示出來。通過分析不同溫度區域特征，達到對目標的健康狀態的檢測和診斷。

1.5較高的溫度分辨率。現代的熱像儀最高的溫度分辨率可以達到10-3K級。因此只要有小的溫度差異，就可以被檢測出來。

1.6檢測效率高。紅外探測系統的響應時間都以μs或ms計，掃描一個物體只需要數秒或說分鐘即可完成，所以其檢測速度很高。特別是在紅外設備診斷技術的應用中，往往在設備的運行當中就已完成紅外檢測，對其他方面很少有影響，檢測結果的處理保存相當簡便。

2混凝土結構缺陷的紅外熱成像無損檢測

國內外已有許多學者研究紅外無損檢測技術在交通土建方面的應用，主要包括以下幾個方面：

2.1在混凝土橋梁檢測方面的應用

M.R.Clark等利用紅外檢測技術研究得出了：在溫度較低的情況下，混凝土橋的分層缺陷仍可以采用紅外檢測技術；PietroGiovanniBocca等尋找到了混凝土溫度變化量與裂縫大小的關系，縮短了檢測時間；D.M.McCann等指出了影響無損檢測結果的五種因素：材料物體特性的差異、被測面的朝向、穿透深度、周圍環境和噪聲，并對各種無損檢測的方法的使用條件和適用范圍做了詳細的闡述。

2.2在混凝土火傷方面的應用

同濟大學的杜紅秀、張雄[1]等研究人員，應用紅外熱像技術對水泥砂漿的受傷溫度和強度損失與其紅外熱像圖特征之間的關系進行試驗研究，初步得出了它們之間的定量關系，為混凝土火災損傷的檢測與評定探索了一條新途徑。他們還從混凝土顯微結構與力學性能、鋼筋相變與機械性能、混凝土與鋼筋粘結力諸方面綜述了火災對混凝土構筑物的損傷和危害，介紹了混凝土構筑物火災損傷檢測技術與評估方法，報道了混凝土構筑物火災損傷檢測新方法-IRNDT，并采用IRNDT對混凝土火災損傷進行實驗研究，給出火災損傷混凝土紅外熱像平均溫升隨時間的變化曲線，建立了混凝土紅外熱像平均溫升與其受火溫度及強度損失的回歸方程，運用上述檢測模型對實際火災損傷的混凝土構筑物進行了檢測和評估。

2.3在混凝土保溫材料方面的應用

付冬梅[2]等人以IRNDT最新成果為基礎，從傳熱學的基本理論出發，結合現場紅外測試工作實際，對各種熱設備的散熱損失計算方法進行了理論分析和推導，對保溫材料絕熱性能的分析校核方法進行了分析闡述，從而研制出一套綜合測試、分析評定熱設備保溫效果的方法和軟件。汕頭大學與國家建筑工程質量監督檢測中心[3]主要圍繞建筑物外墻飾面磚粘貼質量的檢測作了初步試驗研究。南京航空航天大學的周克印，田裕鵬[4]等人研究了采用紅外無損檢測技術快速測試建筑物外表面溫度場的方法，提出了一種基于信息融合的修正方法并進行了應用研究。葉斌[5]等人對IRNDT在建筑外墻飾面工程中應用的可行性及工作原理、應用方法等進行了論述，現場檢測案例表明，IRNDT檢測建筑外墻飾面花崗巖，可大面積、快速地獲得比較詳實的粘貼質量狀況，為修復加固提供科學依據。南京航空大學的黃文浩[6]采用紅外熱成像檢測技術對建筑物外墻裝飾材料（主要是飾面磚）的粘貼質量進行了研究，利用Fluent數值模擬和實驗兩種手段，研究了粘貼空鼓缺陷的幾何尺寸（缺陷的厚度、面積）對面磚表面溫度的影響。汕頭大學的黃沛重點研究了屋面滲漏的紅外熱像檢測技術，以及應用有限元法進行模擬分析。可見，紅外熱成像檢測技術在我國建筑、土木工程中的應用取得了一定的成果，但在交通公路工程方面的應用還有限，可以進一步應用紅外熱像儀進行交通公路、橋梁方面混凝土結構工程方面的無損檢測。

3結論

從國內外無損檢測技術的研究領域來看，紅外熱成像在無損檢測領域有巨大優勢，尤其在道路、橋梁方面的結構缺陷檢測方面還存在巨大潛力，主要發展研究趨勢（1）紅外熱成像檢測技術具備傳統檢測方法不可比擬的優勢，今后可從定性檢測到定量研究方向發展（2）紅外熱成像技術在混凝土結構缺陷方面的檢測將為我國交通工程質量檢測提供切實可行的方法。

參考文獻：

[1]杜紅秀,張雄.鋼筋混凝土結構火災損傷的紅外熱像-電化學綜合檢測技術與應用[J],土木工程學報,2004,37(7):41-46.

[2]付冬梅,李曉剛,王欣.用紅外熱像技術監測設備的保溫效果[J],無損檢測,2001,23(2):51-54.

[3]張榮成.紅外熱像法檢測建筑物外墻飾面施工質量的試驗研究[J],建筑科學,2002,18(1):40-44.

[4]袁昕,謝慧才,陳高峰.建筑物外墻飾面磚粘貼質量的紅外熱像檢測試驗研究[J],四川建筑科學研究,2003,29(2):43-45.

[5]周克印,田裕鵬,姚恩濤,許錦峰,艾軍.建筑物溫度場紅外測試的研究[J],航空計測技術,2004,24(4):5-6.

[6]黃文浩.建筑物外飾層缺陷紅外熱成像檢測方法研究[D],南京航空航天大學,2006.

作者:張慧慧 單位:遼寧省交通高等專科學校