紅外熱像檢測技術在粘鋼加固法中的研究

謝春霞

(四川建筑職業技術學院成都校區，四川成都610081)

1 粘鋼加固法的概述

粘鋼加固法，通常使用膠粘劑把薄鋼板粘貼在混凝土構件表面，使薄鋼板與混凝土協同工作，由于粘鋼加固法用鋼板很薄，粘鋼加固構件的二次受力特征不明顯，這是其它直接加固法無法具有的優勢［1］。

粘鋼加固法與傳統加固技術相比，具有以下優點:

(1)膠粘劑硬化時間短。一般構件加固3 d后即可受力使用，加固時不必停產或少停產，只需卸除構件承擔的全部或部分荷載，施工工期短，特別適用于應急的加固工程。

(2)工藝簡單，施工方便。只需對被加固構件的表面進行處理，用粘結劑將鋼板與之牢固地粘結成一個整體，就能使鋼板與原構件很好地共同工作，且不需要特殊設備，所需勞動力少，易于操作。

(3)膠粘劑的粘結強度高于混凝土、石材等，可以使加固體與原構件形成一個良好的整體，受力較均勻，較少在混凝土中產生應力集中現象。

(4)粘貼鋼板所占空間小，幾乎不增加構件的斷面尺寸和重量，不影響建筑物的使用凈空間，不影響構件的外觀。

(5)加固效果顯著，不僅相當于補充了原構件的配筋，可較大幅度地提高其承載能力，而且通過粘貼鋼板可有效地保護原構件的混凝土一再產生裂縫或使已有的裂縫得到控制而不再繼續擴展，加強了結構的整體性，提高了原構件的整體剛度。

粘鋼加固主要適用于混凝土梁的加固，加固部位一般在梁的底部。要求加固部位混凝土仍具有較好的完整性和一定的強度。在施工過程中，嚴格控制質量是可以達到要求的。粘鋼加固法目前是國際上一種適用面較廣的先進加固方法。它不僅可用于建筑物中的鋼筋混凝土結構的加固，也可用于公路、橋梁中的鋼筋混凝土結構的加固。

2 粘鋼加固法的質量檢測

經過粘鋼加固增強后的結構，混凝土表面被鋼板覆蓋，內部界面的粘貼情況無法從外界直接用肉眼觀察到。而鋼板的粘貼情況將極大地影響加固的效果，因此對鋼板的粘貼質量進行檢測是十分必要的。現今的無損檢測方法檢驗鋼板的粘貼質量，主要有觀察法、敲擊法、超聲波法、射線法和聲發射法等，不過這些檢測方法存在許多問題與不足［2］。

紅外探測器焦距在理論上為20 cm以至無窮遠，因此適用于做非接觸、廣視域的大面積無損檢測。該方法具有可記錄在記憶體、用軟件重現數據、高效、不需要腳手架、省時省工和檢測結果可靠等優點。［3］目前將紅外熱像檢測技術用于粘鋼加固混凝土結構構件的鋼板粘貼質量的檢測還很少。

3 檢測機理及熱激勵過程分析

檢測機理從無外加熱源的傳熱過程和有外加熱源的傳熱過程兩個方面進行分析。

3.1 無外加熱源的傳熱過程

用粘鋼加固混凝土構件，鋼板與基底混凝土產生剝離空鼓時，就會形成空氣層，由于空氣具有隔熱性能，所以空氣層會增大粘鋼結構內部的熱阻。在與外界環境產生溫度梯度時，引起異常的溫度變化。混凝土基底的熱容量比鋼材大，在室內無外加熱源的情況下，基底混凝土自身儲存的熱量由混凝土基底傳給鋼板。由于空鼓的隔熱作用，基底混凝土的熱量未及時傳遞給鋼板，所以溫度比正常部位的溫度低。

3.2 有外加熱源的傳熱過程

鋼板與基底混凝土在同一環境溫度下，溫差較小。為加大溫度梯度，采用表面快速冷卻的方法，即在鋼板表面澆灑液氮。液氮在揮發過程中吸收了粘鋼結構中的大量熱量，使鋼板溫度迅速降低，此時外界環境溫度比粘鋼結構高，熱量從空氣中傳給鋼板。由于空氣層的作用，空鼓部位的熱量未及時傳遞給基底的混凝土，所以溫度比正常部位的溫度高。

3.3 無外加熱源和有外加熱源的方法比較

一般情況下，無外加熱源的物體與外界環境的溫差較小，物體與外界溫度趨近于熱平衡，對于內部溫差較小的小缺陷，透過鋼板反映在表面的溫差就更小，從而增加了檢測的難度;而表面快速冷卻法是一種通過迅速降低物體表面溫度，破壞物體內部熱平衡，使缺陷處產生較大的溫度梯度，突現出缺陷部位的方法。因此表面快速冷卻的方法比無外加熱源的方法更有效，能檢測出小面積的空鼓。但表面快速冷卻法需要外加冷卻劑。液氮是液體，具有流動性，可以較均勻地分布在臥式鋼板表面，但對仰式的鋼板就不適用。

4 在ANSYS中模擬分析

為了探索紅外熱像檢測技術檢測粘鋼加固中鋼板粘貼質量的有效性、可靠性，利用有限元軟件ANSYS進行模擬。在一鋼筋混凝土梁上粘貼與其表面相同、厚度為3 mm的鋼板。為了在粘結界面形成空鼓，選了5處，在其涂的粘結劑要比周圍的薄，這樣就形成了空氣層。在鋼板表面加熱，由于空鼓處具有很好的隔熱性能，能有效地阻礙熱量向內部混凝土的傳遞，故空鼓處的表面溫度高于周圍的表面溫度。圖1為其加熱后的鋼板表面溫度云圖。

圖1 有缺陷的粘貼鋼板混凝土構件的溫度云圖

從其溫度云圖中可以看出，其五個部位的溫度高于四周，即空鼓處的表面溫度高于其沒有空鼓處的表面溫度，從而可以判斷出空鼓的位置。

5 結論

紅外熱像檢測技術應用于粘鋼加固混凝土結構構件的粘鋼質量檢測在ANSYS中的模擬分析，結論如下:

(1)利用紅外熱像檢測技術對粘鋼加固結構鋼板粘貼質量進行檢測，研究表明該方法是一種切實有效的檢測方法，它對鋼板的粘貼質量可作準確的分析。

(2)相對于傳統的檢測方法，紅外熱像檢測技術具有非接觸、非破壞性、客觀性好等優點，其中非接觸、遠距離、大面積掃測的優點是敲擊法和超聲波法等無法替代的。對位于較高處的鋼板進行檢測，紅外熱像檢測技術可以從地面上進行檢測，而不需要搭設腳手架，檢測結果可靠，且可重現。

(3)紅外熱像檢測技術的單次檢測范圍大。當剝離層與周邊物體的溫度差在0.1℃以上時，空鼓就能被檢測出來，因此靈敏度高。

(4)利用表面快速冷卻法檢測時，在澆灑液氮過程中會出現澆灑不均勻的情況，從而降低檢測結果的精度;另外，澆灑液氮不適用于梁底面的粘貼鋼板檢測。利用無外加熱源檢測時，由于物體與外界趨近于熱平衡，溫度梯度比較小，對小面積的缺陷檢測比較困難。這也是在未來工作研究中需要的解決的問題。

［1］李財富，賈家信，崔青堆.粘鋼技術在混凝土梁加固中的應用［J］.山西建筑，2001(10):72 －73

［2］黃沛，謝慧才，袁昕.混凝土構件粘鋼補強質量的紅外熱像檢測方法［J］.激光與紅外，2004，34(5):350－353

［3］黃文浩，艾軍，田裕鵬，等.粘鋼加固結構鋼板粘貼質量的檢測新方法［J］.建筑技術，2006，37(6):465－467