紅外熱像法檢測建筑外墻飾面粘結(jié)質(zhì)量技術(shù)研究

趙銳

摘 要：紅外熱像檢測技術(shù)隸屬無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，具有非接觸、遠(yuǎn)距離、實(shí)時(shí)、快速、全場測量等優(yōu)點(diǎn)，在建筑外墻飾面層粘結(jié)缺陷檢測方面具有傳統(tǒng)檢測方法（捶擊法、外觀檢測法等）無可比擬的優(yōu)勢。因此，對于紅外熱像檢測技術(shù)的研究已到了不可或缺的階段。該課題主要研究空鼓厚度、覆蓋層深度和空鼓面積與溫差之間的關(guān)系曲線以及最佳測試溫度；同時(shí)得出空鼓面積計(jì)算公式。

關(guān)鍵詞：紅外熱像檢測技術(shù)；溫度梯度；空鼓；空鼓率

中圖分類號：TU767 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0089-04

1 紅外熱像法檢測建筑外墻飾面粘結(jié)質(zhì)量的背景及意義

紅外線技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，在建筑方面，紅外線技術(shù)的應(yīng)用起步較晚，除了在檢測保溫隔熱性能上有少量應(yīng)用外，還未見應(yīng)用實(shí)例。按照習(xí)慣做法，建筑物外墻通常要做飾面工程。但是，近年來飾面磚、飾面砂漿等外墻飾面材料從建成的建筑物上掉下來的事故時(shí)有發(fā)生，甚至有個(gè)別城市發(fā)生過傷亡事故。現(xiàn)階段的檢驗(yàn)方法屬于局部破損實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)抽樣數(shù)量受到很多限制，而且需要有腳手架。這樣一來，對于新建大面積飾面工程和已使用若干年的建筑外墻飾面質(zhì)量有無變化等情況的檢查來說，會有很多困難。即便檢查，抽樣數(shù)量也很少且沒有針對性。尤其是我國北方城市，一年四季的氣溫變化很大，建筑外墻飾面材料與粘結(jié)材料之間，基底材料與粘結(jié)材料之間在冬季存在凍融現(xiàn)象，致使施工時(shí)沒有空鼓的墻面也會逐漸出現(xiàn)空鼓，嚴(yán)重時(shí)便會發(fā)生脫落。即使在我國南方，剛剛還是烈日炎炎，轉(zhuǎn)眼傾盆大雨突至的天氣也是常有的。這種天氣會使建筑物表面在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生幾十?dāng)z氏度的溫度下降（即產(chǎn)生較大的溫度差），由于裝飾材料與結(jié)構(gòu)材料的熱脹冷縮并不完全同步，因此，它們之間會有溫度應(yīng)力出現(xiàn)。在這種應(yīng)力作用下，飾面粘結(jié)較薄弱的部位則會出現(xiàn)裂縫，在各種外界因素作用下，這種溫差反復(fù)出現(xiàn)，導(dǎo)致裂縫擴(kuò)大，直至形成空鼓。在這種背景下，人們望找到一種能夠大面積檢查建筑外墻飾面空鼓情況，而又不損傷飾面材料的方法。

紅外熱像法通過檢查外墻表面溫度分布，從而判斷建筑外墻飾面質(zhì)量，不需要腳手架，避免危險(xiǎn)作業(yè)而且可以快速非接觸、大面積掃查建筑飾面。鑒于該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，我們對其在建筑飾面工程中應(yīng)用的可行性，及其工作原理、使用范圍、應(yīng)用辦法等方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

2 紅外熱像法檢測建筑外墻飾面粘結(jié)質(zhì)量的基礎(chǔ)原理

紅外熱像法檢測技術(shù)原理概述是粉刷砂漿和墻面磚剝落產(chǎn)生一定的空氣層。封閉的空氣層的熱阻較大，因此外墻表面和主體之間的剝落層熱傳導(dǎo)率較低。墻體結(jié)構(gòu)有很大的熱容量，如RC或SRC結(jié)構(gòu)的主體。當(dāng)外墻的表面溫度比主體溫度高，熱就從外墻表面?zhèn)鞯街黧w中，當(dāng)外墻的表面溫度更低時(shí)，熱就由里傳到外。如果墻體飾面材料有剝落，外墻和主體之間的熱傳導(dǎo)變小。因此，當(dāng)外墻表面從日照或外部升溫的空氣中吸收熱量時(shí)，有剝落層的部位溫度變化比正常情況大。通常，當(dāng)暴露在太陽光或升溫的空氣中時(shí)，外墻表面的溫度升高，剝落部位的溫度比正常部位的溫度高；相反，當(dāng)陽光減弱或氣溫降低，外墻表面溫度下降時(shí)，剝落部位的溫度比正常部位的溫度低。由于空氣的熱導(dǎo)遠(yuǎn)低于瓷磚、磚、混凝土等建筑材料，因此當(dāng)熱流從表面進(jìn)入建筑物飾面層時(shí)，即會在“空鼓”等缺陷部位受到空氣阻擋發(fā)生“熱堆積”現(xiàn)象，使該處的紅外熱像呈“熱斑”。由紅外熱像“熱斑”出現(xiàn)的部位、持續(xù)時(shí)間等特征推知存在飾面磚粘結(jié)質(zhì)量問題的區(qū)域范圍。紅外熱像法就是根據(jù)這個(gè)原理，通過外墻表面溫度場的變化來判斷飾面工程質(zhì)量。其原理如圖1所示。

鑒于圖1所示的熱量傳遞路徑，本技術(shù)研究主要考慮空鼓厚度、覆蓋層深度和空鼓面積三因素的差異，同時(shí)還考慮空鼓中的介質(zhì)、飾面層顏色和飾面磚飾面層的空鼓位置對成像效果的影響。

3 技術(shù)研究基礎(chǔ)技術(shù)要點(diǎn)

（1）試件表面溫度遞增或遞減梯度的確定。

1）此次技術(shù)研究主要在室內(nèi)完成，加熱主要采用紅外燈；而紅外熱像檢測主要是在室外對建筑物飾面層進(jìn)行檢測，是太陽光直接加熱的。因此在試驗(yàn)過程中，需在室內(nèi)模擬一個(gè)室外環(huán)境。

2）在加熱試件之前需確定室外溫度變化梯度。

（2）紅外燈照射距離及照射面積的確定。

1）在確定了室外空氣溫度變化梯度后，選擇加溫區(qū)域范圍：分別將紅外燈置于距墻1m、照射面積為1000mm×800mm，1.5m、1250mm×800mm，分別得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2-圖3和（表2-表3）。

2）紅外燈距墻1m和1.5m時(shí)，溫度上升太快，與室外溫度變化梯度不符；紅外燈距墻2m時(shí)，兩個(gè)半小時(shí)溫度上升到39℃，與室外溫度梯度變化基本相同，因此，紅外燈距墻距離確定為2m。

（3）在技術(shù)研究過程中，用紙代替空氣作為空鼓，空鼓厚度分別設(shè)為0.1mm，0.4mm，1.0mm，空鼓大小分別設(shè)定為20×20mm2，70×40mm2，80×50mm2；覆蓋層厚度設(shè)為20mm。

（4）技術(shù)研究拍攝圖像，如圖4-6所示。

4 研究結(jié)論

（1）根據(jù)圖4-圖6中紅外熱像儀拍攝的圖像可以看出，空鼓面積越大，空鼓越厚成像效果越明顯，而面積太小（如20×20mm2），會使成像效果不明顯或者看不見，從而影響數(shù)據(jù)處理，因此空鼓面積需重新設(shè)定；

（2）試件表面的平整度對課題的研究有較大的影響，凸出的部分受熱較多，溫度上升快，凹下去的部分受熱較少，溫度上升慢，這樣的溫度差影響了成像效果；

（3）墻體的裂縫對課題的研究有一定影響，裂縫縫隙中的空氣熱阻較大，傳熱較慢，會形成局部高溫，從而影響成像效果；

（4）拍攝過程中必須正面拍攝，否則會對數(shù)據(jù)處理帶來難度；

（5）覆蓋層面積的大小影響技術(shù)研究結(jié)果；

（6）墻體本身的質(zhì)量對課題的研究有影響。

5 后期的技術(shù)研究應(yīng)注意的問題

針對在前期研究中發(fā)現(xiàn)的問題和存在的不足，需在后期的技術(shù)研究過程中做如下更改：

（1）針對空鼓太小、成像不明顯的情況，需增大空鼓面積；

（2）技術(shù)研究前，應(yīng)對試驗(yàn)墻體進(jìn)行檢查，以確保其完整性；

（3）研究過程中應(yīng)盡量減少自然或人為因素對試驗(yàn)的影響（如試件表面平整度、裂縫等）。

參考文獻(xiàn)

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