1215 紅外熱像檢測技術(shù)在土木工程中應(yīng)用;8500

1、<p>　　紅外熱像檢測技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　經(jīng)濟的快速發(fā)展，使得我國的基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，許多已經(jīng)建成并且投入運營的工程在運行過程中可能會出現(xiàn)各種各樣的缺陷和問題，傳統(tǒng)故障排查方法存在著低效率、高成本和一定的安全問題，并不能真正滿足工程項目的檢測需求。尤其是現(xiàn)代鋼混結(jié)構(gòu)工程，屬于多種材料的復(fù)合，

2、不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在性質(zhì)方面也存在很大的分散性，使得紅外熱像檢測技術(shù)在土木工程中并沒有得到非常廣泛的應(yīng)用?；诖?，本文從國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀出發(fā)，對紅外熱像檢測技術(shù)進(jìn)行了全面分析，并就其在土木工程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和探討。</p><p>　　關(guān)鍵詞：紅外熱像檢測技術(shù)；土木工程；混凝土缺陷；應(yīng)用</p><p>　　引言：結(jié)合大量的工程實踐分析，在施工及運行過程中，受材料、工藝、環(huán)境等因素的影響，

3、不可能完全不出問題。即使是非常輕微的質(zhì)量缺陷，如果無法及時發(fā)現(xiàn)和處理，經(jīng)過一段時間的發(fā)展后都可能會對結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和耐久性造成影響，嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)工程事故?，F(xiàn)階段，我國對于橋梁、高架、堤防等土木工程構(gòu)筑物的常用檢測方法包括了雷達(dá)法、超聲波法、沖擊回波法等，這些方法各自都有著自身的優(yōu)勢，同樣也存在一定缺陷，限制性較強，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性也無法保障?；诖耍瑧?yīng)該在土木工程領(lǐng)域引入紅外熱像檢測技術(shù)。</p><p

4、>　　第1章:國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　如何在不破壞混凝土結(jié)構(gòu)的情況下，實現(xiàn)對其結(jié)構(gòu)缺陷的準(zhǔn)確檢測，是國內(nèi)外一致研究的問題。雖然目前存在許多能夠?qū)崿F(xiàn)混凝土無損檢測的方法，但是無論哪種方法都存在一定的缺陷和不足，并不能真正滿足土木工程事業(yè)發(fā)展的實際需求。從國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀出發(fā)，對幾種常見技術(shù)進(jìn)行分析：</p><p>　　首先是超聲檢測，主要是用相應(yīng)的超聲波儀器產(chǎn)生超聲波，然

5、后將超聲波引導(dǎo)進(jìn)試件中，通過與試件材料的相互作用，超聲波的波長和方向會出現(xiàn)一定的變化，形成反射、透射或者散射等，然后被預(yù)先設(shè)置好的檢測設(shè)備接收，檢測人員根據(jù)接收到的超聲波特征信息，對試件的性能進(jìn)行評估，對其內(nèi)部是否存在缺陷做出準(zhǔn)確判斷，具有適用性強、穿透力強、定位準(zhǔn)確、靈敏度高、成本低廉等優(yōu)勢，不過其在應(yīng)用中采用的是穿透測試的方法，需要構(gòu)建兩個相對的測試面，因此難以在路面、墻體、護(hù)坡以及襯砌結(jié)構(gòu)中得到有效應(yīng)用，缺陷的位置和形狀會在一定程

6、度上影響檢測的結(jié)果[1]。</p><p>　　其次是雷達(dá)檢測，其基本原理是依照雷達(dá)波在混凝土中傳播的速度受介質(zhì)介電常數(shù)影響，如果遇到缺陷等介電常數(shù)變化相對加大的目標(biāo)，雷達(dá)波會出現(xiàn)發(fā)射或者散射的情況，依照接收到的反射波形以及傳輸時間內(nèi)，能夠準(zhǔn)確判斷混凝土內(nèi)部狀況。雷達(dá)檢測法采用的是單面檢測模式，結(jié)果呈現(xiàn)出斷面圖，檢測速度快且成果直觀。但是，混凝土雷達(dá)儀的雷達(dá)雖然具備較高的分辨率，但是穿透能力不足，無法穿透金屬，也

7、就無法實現(xiàn)對鋼筋結(jié)構(gòu)下混凝土缺陷的有效檢測，加上以進(jìn)口為主的設(shè)備來源使得檢測成本偏高。</p><p>　　然后是聲發(fā)射檢測，聲發(fā)射指應(yīng)力松弛過程中釋放的以應(yīng)力波形式傳播的應(yīng)變能，受荷載影響，混凝土結(jié)構(gòu)會發(fā)生形變，若形變超出本身彈性極限，則會引發(fā)開裂問題，釋放應(yīng)變能，形式包括光能、聲能、熱能等?？梢栽诨炷帘砻嬖O(shè)置發(fā)射傳感器，通過對不同位置接收聲能到達(dá)的時間差，可以對聲發(fā)射源也就是缺陷的位置進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，幫助技術(shù)

8、人員了解混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部狀況。不過，聲發(fā)射信號容易受到噪音的干擾，測試精度難以保證[2]。</p><p>　　最后是沖擊回波檢測，基本原理是利用專業(yè)儀器設(shè)備，向物體表面發(fā)送周期較短的應(yīng)力脈沖波，壓縮波在物體內(nèi)部傳輸，遇到無法穿透的缺陷會反射，遇到表面邊界同樣會反射，在波速確定的情況，配合單面測試，能夠得到缺陷的具體位置和深度，具有直觀、快速、方便等優(yōu)勢，在單面結(jié)構(gòu)中有著良好的適用性。同樣，單點檢測的方式導(dǎo)致其檢

9、測結(jié)果不夠全面，無法對構(gòu)件缺陷進(jìn)行全面反映。</p><p>　　第2章:紅外熱像檢測技術(shù)</p><p><b>　　2.1檢測技術(shù)簡述</b></p><p>　　紅外熱像檢測技術(shù)指利用紅外熱像儀針對物體不同部位輻射的紅外線進(jìn)行測量，依照溫度分布構(gòu)件紅外熱像圖，從而實現(xiàn)對材料和結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的有效檢測。紅外熱像檢測技術(shù)屬于一種非接觸無損檢測技

10、術(shù)，可以通過連續(xù)掃描的方式進(jìn)行檢測，因此也稱紅外掃描檢測技術(shù)。紅外熱像檢測技術(shù)有著非常顯著的特征，首先，從理論上，探測器焦距最小為20cm，最大無上限，可以實現(xiàn)非接觸廣視域的無損檢測；其次，探測器只會對紅外線產(chǎn)生相應(yīng)，無論是白天還是晚上都能夠正常工作；然后，紅外熱像儀能夠測量的溫度發(fā)展在-50℃～2000℃，因此適用范圍相當(dāng)廣泛；最后，紅外熱像檢測技術(shù)適用于靜態(tài)目標(biāo)和動態(tài)目標(biāo)的常規(guī)檢測與跟蹤檢測，能夠保證良好的檢測效果[3]。</

11、p><p>　　2.2原理及影響因素</p><p><b>　　2.2.1原理</b></p><p>　　熱輻射是電磁波傳遞熱能的一種方式，任何溫度超過絕對零度的物體內(nèi)部會持續(xù)激發(fā)電磁波，產(chǎn)生交變電磁場，將熱能轉(zhuǎn)換為電磁波。物體溫度與內(nèi)部電子的激動程度呈正比，其熱輻射是由面而發(fā)，向平面上半球體的所有方向發(fā)射，物體法向輻射功率與同等溫度黑體的法向

12、輻射功能比稱為輻射率，這里的黑體指能夠吸收所有波長入射光且不發(fā)生反射的物體，吸收系數(shù)1，反射系數(shù)0[4]。依照普朗克輻射定律，當(dāng)黑體絕對溫度為T（K）時，在波長λ的單位波長內(nèi)，能量功率密度計算公式為</p><p>　　公式中，表示波長，單位μm，T表示黑體絕對溫度，C1和C2指第一、第二輻射常數(shù)，為固定值，可以直接查得，h表示普朗克常數(shù)，k表示波爾茨曼常數(shù)，c指光速。依照普朗克定律可知，當(dāng)物體絕對溫度不為0時，

13、其必然存在能量輻射。</p><p>　　紅外線在到達(dá)一個物體時，會被物體吸收一部分，經(jīng)表面反射一部分，其余則會穿過物體，三種的關(guān)系為</p><p>　　這里的、和T分別表示吸收系數(shù)、反射系數(shù)和透射系數(shù)。理論上，物體吸收系數(shù)與輻射率相等，存在，對于紅外線無法穿透的物體，有。雖然黑體能夠?qū)⑷咳肷淠芰课眨窃诂F(xiàn)實生活中存在的物體很多時候不可能具備完全為零的反射系數(shù)，在吸收系數(shù)不同的情況

14、下，輻射能量也存在較大差異，想要保證測量結(jié)果準(zhǔn)確，想要對輻射率進(jìn)行修正，確保其盡可能接近1[5]。</p><p><b>　　2.2.2影響因素</b></p><p>　　會對紅外線輻射造成影響的因素有很多，首先是大氣衰減作用，在經(jīng)過大氣時，由于大氣分組的吸收和散射作用，紅外線輻射會出現(xiàn)一定程度的衰減，在運用紅外熱像儀進(jìn)行紅外成像檢測時，應(yīng)該盡可能避免煙塵、水汽等

15、的存在，以保證測量精度；其次是物體輻射率，其與很多因素有關(guān)，一是材料性質(zhì)，非金屬材料以及金屬氧化物具備較高的紅外輻射率，純金屬的紅外輻射率則相對較低；二是溫度，研究表明，隨著溫度的升高，多數(shù)非金屬材料的輻射率會有所下降，金屬材料的輻射率與溫度近似成比例關(guān)系，電阻率決定了比例系數(shù)；三是表面狀態(tài)，如果物體表面相對粗糙，則反射率會有所下降，輻射率也會大大提高，不過這種對應(yīng)關(guān)系常見于金屬材料，非金屬材料表面狀態(tài)與輻射率的關(guān)系不大[6]。而在實際

16、操作中發(fā)現(xiàn)，通過在物體表面覆蓋薄層，如涂料、氧化膜、潤滑油等，能夠?qū)ξ矬w的輻射率造成顯著影響；四是顏色，物體顏色主要影響其本身對于可見光的發(fā)射和吸收，雖然同樣會影響紅外線，不過影響較?。蝗缓笫潜尘拜椛?，紅外檢測過程中，檢測結(jié)構(gòu)不僅需要考慮被檢測物體本身的紅外輻射，還應(yīng)該關(guān)注其對于太陽及環(huán)境輻射的反射。相關(guān)研究表明，當(dāng)仰角接近地平線時，大氣輻射與環(huán)境溫度下的黑體輻射</p><p>　　2.2.3紅外熱像儀<

17、/p><p>　　紅外熱像儀的基本結(jié)構(gòu)包括了光學(xué)透鏡、傳感器、信號處理電路以及圖像顯示單元，傳感器一般會選擇氬氣、氮氣等冷卻傳感器，以確保能夠在極短低溫環(huán)境下正常運行。如果是應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域，可以選擇電子冷卻的方式[7]。紅外熱像儀能夠在規(guī)定時間內(nèi)完成對溫度分布情況的檢測，以人工偏光板對圖像進(jìn)行記錄，如果需要進(jìn)行空洞或者剝落等的檢測，需要配合圖像處理裝置來保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。紅外熱像儀在實際應(yīng)用中具備幾個顯著的特點，

18、一是其本身的非接觸性保證了檢測的遠(yuǎn)距離和大范圍，二是實用性強，能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確檢測，三是可以利用圖像對物體表面溫度分布進(jìn)行確認(rèn)，四是可以實現(xiàn)對信號的連續(xù)操作。</p><p>　　紅外熱像儀采用的是紅外線掃描的原理，可以對被測物體產(chǎn)生的紅外輻射量進(jìn)行收集，得到物體整體的紅外輻射量分布圖，即通常所說的紅外熱像圖，圖中包含了被測物體各部分的溫度，因此在很多時候也稱溫度圖[8]。</p><p>

19、;　　2.2.4理論依據(jù)及檢測方式</p><p><b>　　1、理論依據(jù)</b></p><p>　　從紅外線輻射的基本原理出發(fā)，發(fā)現(xiàn)其本身具備一些特殊的規(guī)律性，對紅外線輻射的本質(zhì)特性進(jìn)行了揭示。紅外檢測的理論依據(jù)有很多，一是普雷夫定則，在單位時間內(nèi)，兩個吸收不同能量的物體也會發(fā)射不同的能量；二是基爾霍夫定律，物體本身發(fā)射與吸收本領(lǐng)的比值不受其性質(zhì)的影響，屬于波長

20、與溫度的普適函數(shù)，該函數(shù)是絕對黑體的發(fā)射本領(lǐng)；三是維恩位移定律，在黑體發(fā)射本領(lǐng)中，溫度與輻射頻率的關(guān)系呈現(xiàn)為比值方式。在熱流和光照均勻注入的情況下，若物體本身不存在缺陷，則其正面與背面溫度適中保持均勻分布，反之溫度的分布則會呈現(xiàn)不均勻性，缺陷位置會發(fā)生熱量堆積。如果物體本身存在導(dǎo)熱性缺陷，則在熱傳導(dǎo)過程中，會得到截然相反的結(jié)果，也使得紅外熱像檢測技術(shù)能夠有效檢測材料的均勻性和內(nèi)部缺陷。</p><p><b

21、>　　2、檢測方式</b></p><p>　　依照檢測方式的不同，可以將紅外檢測分為兩種，一是被動式檢測，主要是結(jié)合工件自身溫度分布，對其內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測，二是主動式檢測，通過太陽輻射或者人工加熱工件，經(jīng)一定延遲后對其表面溫度分布進(jìn)行測量。主動式檢測可以細(xì)分為單面法和雙面法，前者強調(diào)在工件的同一個面進(jìn)行加熱和檢測，利用紅外熱像儀對工件表面溫度分布進(jìn)行記錄，在必須采用這種方法時，應(yīng)該選擇工件導(dǎo)熱

22、性較差的一面；后者則是在工件一個面加熱，然后記錄另一個面的溫度分布[9]。</p><p>　　2.2.5在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用</p><p>　　從目前來看，紅外熱像檢測技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用多停留在定性分析階段，必須配合相應(yīng)的實踐來對物體表面溫度進(jìn)行采集，通過合理分析，才能實現(xiàn)對其內(nèi)部故障的準(zhǔn)確判斷和定位。</p><p><b>　　1、建筑領(lǐng)域

23、</b></p><p>　　一是建筑外墻缺陷檢測。在建筑使用過程中，外墻是最容易出現(xiàn)問題的部分，比較常見的缺陷包括剝落、空鼓、開裂等，傳統(tǒng)檢測方法不僅效率底下，而且對于一些隱藏在墻體內(nèi)部的故障并不能準(zhǔn)確檢測出來，與之相比，紅外熱像檢測可以在非接觸的情況下通過掃描的方式實現(xiàn)大面積檢測，效率和效果更好；二是建筑節(jié)能檢測，在建筑工程中，想要明確建筑的保溫隔熱性能，可以利用紅外熱像技術(shù)進(jìn)行溫度場檢測，判斷是

24、否存在明顯的溫度差異，找出缺陷的具體位置，為建筑節(jié)能評估提供參考依據(jù)；三是滲漏檢測，滲漏會導(dǎo)致受潮，影響建筑的使用體驗，而滲漏點本身的細(xì)微性導(dǎo)致很難通過肉眼識別。利用紅外熱像儀進(jìn)行大面積掃描，可以快速找出滲水的位置和源頭，為后續(xù)處理提供便利。</p><p><b>　　2、混凝土工程</b></p><p>　　一是路面混凝土檢測，以瀝青混凝土路面為例，在施工和運營

25、過程中容易發(fā)生離析現(xiàn)象，影響路面的質(zhì)量和使用壽命。瀝青混凝土路面離析的常規(guī)檢測手段包括取觀察法、取芯法等，在實際應(yīng)用中存在著效率底下、主觀性強以及對路面的破壞性等缺陷，紅外熱像檢測技術(shù)則能夠通過圖片直觀反映路面溫度場，實現(xiàn)無損快速檢測；二是火災(zāi)損傷檢測，火災(zāi)對于建筑的破壞作用極其巨大，及時沒有導(dǎo)致建筑的倒塌，但是對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷是必然存在的，從保證建筑使用安全的角度，在火災(zāi)發(fā)生后，需要做好受損程度的評估。針對當(dāng)前混凝土工程火災(zāi)損傷檢測

26、中超聲、回彈、鉆芯等方法存在的局限性，紅外熱像檢測技術(shù)的應(yīng)用能夠顯著提升火災(zāi)損傷的程度，為修復(fù)補強方案的制定提供參考；三是凍融破壞檢測，凍融循環(huán)可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)松散，出現(xiàn)大量微裂紋，嚴(yán)重情況下表層會出現(xiàn)剝落問題，在這種情況下，混凝土結(jié)構(gòu)中會進(jìn)入大量空氣，導(dǎo)致熱流傳輸受阻，表面溫度升高的范圍和程度可以直接反應(yīng)受害情況，這也為紅外熱像檢測技術(shù)的應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)[10]。</p><p><b>　　3、

27、加固工程</b></p><p>　　就兩種常見加固方式進(jìn)行討論，一是鋼板加固，在結(jié)構(gòu)表面粘貼鋼板來實現(xiàn)加固的目的，鋼板粘貼的質(zhì)量主要依靠觀察、敲擊和超聲檢測，前兩種方法要求檢測人員具備豐富的經(jīng)驗，而且可靠性無法保障，超聲檢測檢測區(qū)域有效，對于無法接觸到的區(qū)域檢測相對困難，還需要在被檢測結(jié)構(gòu)表面涂上耦合劑，效率低下且成本偏高。與之相比，紅外熱像檢測技術(shù)的探測距離理論上能夠達(dá)到無線，可以實現(xiàn)大面積檢測，

28、效率更高，檢測結(jié)果也更加準(zhǔn)確可靠；二是碳纖維加固，與鋼板加固的原理相同，如果結(jié)構(gòu)表面存在剝落、蜂窩等缺陷，在沒有進(jìn)行找平處理的情況下，碳纖維無法實現(xiàn)與混凝土的牢固粘結(jié)；在施工過程中，如果碳纖維沒有得到充分浸漬，則可能出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。運用紅外熱像檢測技術(shù)，在比例尺固定的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)對大面積碳纖維粘貼質(zhì)量的整體評估，及時發(fā)現(xiàn)施工環(huán)節(jié)存在的浸漬不完全、翹邊、空鼓等問題[11]。</p><p>　　第三章：混凝土缺陷

29、深度理論推導(dǎo)</p><p><b>　　3.1導(dǎo)熱微分方程</b></p><p>　　任意材料在任意時刻的溫度場都能夠利用三維熱傳導(dǎo)方程進(jìn)行描述</p><p>　　其中，p、c和T分別表示材料的密度、比熱和溫度，t表示時間，λ表示導(dǎo)熱系數(shù)。若物體本身的p、c和λ固定為常量，上述方程可以簡化為，其中的表示溫度T的拉普拉斯運算符，，表示熱擴散

30、率或者導(dǎo)溫系數(shù)，單位㎡/s。</p><p>　　3.2導(dǎo)熱的單值性條件</p><p>　　一是幾何條件，指導(dǎo)熱過程中涉及的物體的大小和幾何形狀；二是物理條件，即物體本身的物理特征，如之前提到的p、c和λ值等；三是時間條件，或者說時間條件，當(dāng)物體內(nèi)部初始溫度分布均勻是，存在t=0，T=f（x,y,z）=常量。由此可知，在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱工況下，時間條件毫無意義，其本身只存在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的過程中；四

31、是邊界條件，對于導(dǎo)熱物體，比較常見的邊界條件有幾種，一是給出物體任意時刻邊界溫度分布，存在，這里的；二是給出物體任意時刻邊界熱流密度，存在，公式中，nx、ny和nz表示邊界外法線方向余弦[12]；三是給出物體邊界直接接觸的流體溫度Tf及流體對流換熱系數(shù)h，結(jié)合牛頓冷卻公式以及能量守恒定律，有，邊界條件的表示為。</p><p><b>　　3.3固體熱傳導(dǎo)</b></p>&l

32、t;p>　　選擇不存在內(nèi)熱源的試樣，問題數(shù)學(xué)描述為,設(shè)定初始條件為T=T0，t=0，配合邊界條件分析，對全新的無因此變量進(jìn)行定義，結(jié)合上述相關(guān)公式，無因此溫度的解析式可以表達(dá)為，該表達(dá)式也是以實驗建立缺陷混凝土傳熱理論的關(guān)鍵所在。</p><p>　　3.4缺陷混凝土傳熱</p><p>　　缺陷位置與完好部位的有著不同的熱傳導(dǎo)率，會在試件表面引發(fā)溫度差異，因此，通過對表面溫度的檢測

33、和分析，能夠得到缺陷的位置和形狀。紅外熱像檢測技術(shù)在土木工程中應(yīng)用的主要對象是混凝土，依照物體內(nèi)部熱流傳遞情況及表面溫度分布情況，可以實現(xiàn)對缺陷混凝土傳熱狀況的有效分析。在土木工程中，紅外熱像檢測技術(shù)檢測的對象多是高層建筑、公路橋梁等的內(nèi)部缺陷，這些結(jié)構(gòu)的厚度遠(yuǎn)超其他尺寸，因此可以將之近似看做無限大平面體的一維熱傳導(dǎo)問題[13]。</p><p>　　3.5缺陷深度計算公式推導(dǎo)</p><p&

34、gt;　　以單面檢測法為例，對缺陷深度計算公式進(jìn)行推導(dǎo)。假設(shè)某半無限大物體厚度x＞0，初始溫度為0℃，則當(dāng)事件t＞0時，于x=0的邊界上接受太陽輻射，在環(huán)境溫度Tf為常數(shù)的情況下，配合相應(yīng)的公式，經(jīng)轉(zhuǎn)化后，能夠得到加熱后不包含缺陷區(qū)域的表面溫度隨時間變化公式</p><p>　　若試件內(nèi)部存在缺陷，則紅外線會出現(xiàn)反射，反向傳輸?shù)木嚯x為缺陷深度的兩倍，在這種情況下。結(jié)合試件在t時刻的表面溫度數(shù)值以及缺陷部分表面溫度

35、隨時間變化情況，經(jīng)數(shù)學(xué)計算和等式變化，可以得到缺陷深度計算公式</p><p>　　公式中，l表示缺陷深度，α表示導(dǎo)溫系數(shù)，t表示時間，表示試件在t時刻不包含缺陷區(qū)域1的表面溫度，表示時間在t時刻缺陷區(qū)域2和不包含缺陷區(qū)域1的對應(yīng)表面問題。</p><p>　?。囟葓龉秸`差</p><p>　　一是Newto-Cotes求積公式截斷誤差。Newto-Cote

36、s求積公式為</p><p>　　f（x）在區(qū)間（a，b）中存在二階連續(xù)導(dǎo)數(shù)，截斷誤差表示為</p><p>　　公式中，，h=b-a。假設(shè)在t=[0,1]區(qū)間內(nèi)存在連續(xù)，同時t（t-1）在區(qū)間（0,1）內(nèi)不變號，則依照積分中值定理，必然存在</p><p>　　則截斷誤差表達(dá)式可以轉(zhuǎn)化為</p><p>　　結(jié)合該公式分析，截斷誤差與時間t

37、以及缺陷深度l存在密切關(guān)聯(lián)[14]。</p><p>　　第四章：加固工程中紅外熱像無損檢測技術(shù)應(yīng)用</p><p>　　在土木工程中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固方法多種多樣，而從加固施工的便捷性、加工費用的經(jīng)濟性和加固后結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性考慮，比較常見的加固方法有兩種，一是粘鋼加固法，二是碳纖維加固法，這里對其進(jìn)行分別分析。</p><p><b>　　4.1粘鋼加

38、固法</b></p><p>　　粘鋼加固法指利用膠粘劑將薄鋼板粘貼在需要加固的構(gòu)件表面，對構(gòu)件的受彎和抗拉性能進(jìn)行強化，其本身具備幾個非常顯著的優(yōu)點，一是施工簡單，只需對待加固構(gòu)件表面進(jìn)行適當(dāng)處理后，以粘結(jié)劑將鋼板粘上即可，不需要用到專業(yè)設(shè)備，施工非常方便；二是膠粘劑硬化迅速，在加固3d后就能夠發(fā)揮作用，加固過程中只需適當(dāng)減少構(gòu)件荷載即可，在應(yīng)急加固工程中效果顯著；三是粘結(jié)強度高，加固體能夠與混凝土

39、構(gòu)件形成整體，受力均勻，不會引發(fā)應(yīng)力集中問題；四是效果良好，能夠顯著提升結(jié)構(gòu)承載能力，同時為構(gòu)件提供保護(hù)，強化其整體剛度。</p><p>　　利用紅外熱像儀對粘鋼加固法進(jìn)行檢測，需要從針對兩種不同情況進(jìn)行分析：一是無外加熱源。在粘鋼加固法中，鋼板與混凝土之間如果存在空鼓或者剝離，空氣的進(jìn)入會增大結(jié)構(gòu)內(nèi)部熱阻，從而出現(xiàn)與正常區(qū)域不同的溫度變化。在沒有外加熱源的情況下，基底混凝土本身較大的熱容比會使得其將自身的熱量

40、傳遞到鋼板上，但是受空氣層隔熱作用的影響，熱量無法及時傳遞，會導(dǎo)致缺陷部分溫度較低；二是有外加熱源。相同環(huán)境溫度下，鋼板與混凝土并不會出現(xiàn)很大溫差，從加大溫度梯度考慮，可以引入表面冷卻方法，將液氮澆在鋼板表面，使得其溫度能夠迅速下降，在這種情況下，環(huán)境溫度超過鋼板溫度，會將熱量從空氣傳遞給鋼板，而在存在空鼓缺陷的位置，由于熱量無法及時傳遞給混凝土，溫度較正常部位更高[15]。</p><p><b>　

41、　4.2碳纖維加固法</b></p><p>　　碳纖維加固法是以碳纖維替代鋼板作為加固材料，憑借本身良好的物理力學(xué)性能在土木工程加固中有著良好的適用性。碳纖維的強度可以達(dá)到普通建筑用鋼材的數(shù)倍乃至十?dāng)?shù)倍，彈性模量也有所增強，為建筑混凝土結(jié)構(gòu)的加固與補強提供了良好的材料和技術(shù)支撐。碳纖維加固法的優(yōu)點體現(xiàn)在幾個方面，如施工簡單、高強高效、適用性強，耐久性好等。利用紅外熱像檢測技術(shù)對碳纖維加護(hù)的質(zhì)量進(jìn)行檢

42、測，正常情況下，由于混凝土構(gòu)件本身的熱容加大，當(dāng)表面溫度高時，熱量會從表面?zhèn)鬟f給構(gòu)件，碳纖維本身與結(jié)構(gòu)材料之間的熱量傳遞很少，若存在空鼓等缺陷，碳纖維粘貼面會出現(xiàn)較大的溫度變化。外表面溫度升高，空氣隔絕作用會導(dǎo)致空鼓部分熱量無法及時向基底傳遞，溫度較高；表面溫度降低時，空鼓部分的溫度也更低，依照這個原理，通過對結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面溫度場的分析，可以有效判斷碳纖維加固的質(zhì)量[16]。</p><p><b>　　

43、結(jié)束語</b></p><p>　　總而言之，在經(jīng)濟發(fā)展的過程中，土木工程項目的數(shù)量持續(xù)增加，對于工程的施工和運行質(zhì)量檢測也受到了越來越多的關(guān)注。針對傳統(tǒng)檢測方法存在的不足和問題，紅外熱成像檢測技術(shù)憑借本身易操作、高效率、低成本和廣范圍的特點，在土木工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，有著良好的發(fā)展前景，應(yīng)該得到足夠的重視和推廣。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</

44、b></p><p>　　[1]謝春霞.紅外熱像檢測技術(shù)在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用近況[J].四川建筑,2011,31(3):144-146.</p><p>　　[2]李秀鳳,劉玉磊.紅外成像技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用研究[J].黑龍江交通科技,2010,33(10):129-131.</p><p>　　[3]賀虎.基于紅外熱成像技術(shù)在支擋結(jié)構(gòu)無損檢測中的應(yīng)用研究

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