紅外成像技術監測鋼管柱中混凝土密實度的研究

岳寶樹

摘 要：深坑工程大量使用傾斜鋼管混凝土柱，鋼管柱內設隔板造成混凝土澆筑質量難以保障，對鋼管柱內混凝土密實度進行準確監控成為保證鋼管柱混凝土施工質量的關鍵技術、為解決鋼管柱中混凝土密實度難以監測的問題，研究了采用紅外成像技術，通過間接測定混凝土澆筑過程引起的鋼管柱表面溫度變化來判定鋼管柱密實度并通過現場實測驗證了該技術的可行性。

關鍵詞：紅外成像；監測；鋼管柱；混凝土；密實度

引言：該技術是一種通過拍攝獲取熱輻射分布的圖像，并將其轉換為肉眼可見的，從本質上講是一種波長方面轉換的技術，它把光譜中我們人類看不見的紅外線轉換為可以看見的，利用物體本身各部分溫度輻射的差異獲得圖像細節，將紅外圖像轉化為可見圖像。近年來紅外成像技術發展迅速，在軍事、工業、農業、醫學等各領域顯示出越來越重要的應用。

一、紅外成像系統的原理及組成

由于我們看不見紅外光，因此要使用特殊的裝置實現其可視化，即紅外成像系統。典型的紅外成像系統由光學方面的體系，紅外的探測儀器和電子方面的處理系統構成。光學系統主要的作用是將目的物體熱輻射的影像呈在紅外探測儀的感應光的那面，因此將紅外光轉成數字信號，最后通過電子處理體系把其數字數據轉成成人眼能看到的圖像。在紅外成像系統中，光學系統和紅外探測器扮演著極其重要的角色，決定著紅外成像系統的成像效果和使用的廣泛性。該技術是利用目標和背景進行太陽光的反射或其他景物不同光線的差異來成像，即可見光成像需要光。而紅外的成像是利用目標和背景自身紅外線的輻射（熱輻射）能量的不同來成像，它表述的是目標和背景的溫度的差異，不需要任何其它的條件。隨著紅外方面技術的迅猛發展及其實際應用范圍的不斷擴大，人們對于紅外成像的質量和應用范圍的要求日益增加，推動了該技術的持續穩定的發展。

二、紅外成像的優點及應用的領域

1.可見光領域的成像需要光，易受外部光源光的強度的影響，而紅外成像不需要任何光的，環境方面的適應能力比可見光強，尤其是在較弱光環境或惡劣的天氣條件下。

2.該成像技術是被動接收目標輻射的信號，比需要通過探測獲取信號才能感應到目標雷達和激光探測安全，隱藏性比較好，且不輕易被干擾。

3.可見光是靠目標和背景的顏色差異來識別目標，當目標，背景，人為偽裝的目標顏色相近或相似時，極容易出現識別不到目標或目標判斷錯誤的現象，該技術表述的是目標和背景之間溫度存在的差異，因而識別目標的能力較優。

4.與雷達和激光的探測系統相比，該技術系統的容積小、質量輕、功率低，特別適用于發射后能夠自動尋的制導的武器。

安防方面：紅外方面警報已從接近了紅外主動形成影像響起警報、快速向紅外這方面技術不斷發展。能夠全天的工作，這種報警技術在北京的奧運會、上海世博會、廣州亞運會等大型活動，海關緝私和維護社會安定方面發揮了重要的作用。

消防方面：是世界上發達國家紅外方面熱像儀最大的市場，通過利用在透煙透霧方面的優勢，使得其在火災的情況檢測，尋找火災源頭方面有著不可取代的作用。

電力方面：作為最成熟、最有效的電力在線檢測的技術，紅外的熱像儀器可以大大提高電力設備工作的穩定性，大大降低了設備的檢修所用的時間。

醫療方面：該領域這方面的技術是對結構成像方面的技術是一個很好的補充，許多以往結構成像不能表現或難以表現的異?，F象，卻能通過該成像技術顯示。目前，該相關技術正在亞健康的評估、腫瘤預測等重大領域得到廣泛的應用。

隨著世界經濟的不斷進步、該相關技術的快速進步和產品投入資金的不斷下降，民用領域應用將具有更為廣闊的發展空間。

三、鋼管混凝土柱中混凝土密實度的監測

利用混凝土澆筑時發出的水化熱原理，可以監測混凝土是否緊密牢固。如果混凝土不緊密牢固的部位，水化熱較少，因而顯示溫度是較低的區域。國內一些學者采用該技術對混凝土進行密實度及裂縫方面進行監測展開了一些研究。但對于鋼管柱中混凝土的密實度檢測技術方面的研究較少，相關監測方面也有待進一步完善。

鋼管柱分為兩層一節，通過進行混凝土的最優配比設計，柱內混凝土采用對應澆筑，每節內混凝土的澆筑至離柱的頂端400～350mm處停止，去除浮在上面的漿至距柱頂5OOmm處。每層鋼柱內混凝土約1～1.5立方米，總方量為1665 立方米，鋼管柱內混凝土的強度級別為C 60，因所用的水泥量較大，導致水化放熱量大，澆筑過程中會快速將水化熱傳導至鋼管柱，引起其從下到上的溫度逐漸升高，若混凝土進行澆筑密實則引起鋼管柱表面溫度的改變應較為均勻，倘若鋼管柱中存在空洞、漏澆等缺陷.則該處柱表面的相對溫度將產生異常。這就為紅外技術進行檢驗鋼管柱中混凝土的密實度提供了技術基礎。除對混凝土密實度進行監測外，還被應用于檢查鋼管柱是否漏澆模式，利用紅外方面進行的測定己澆和待澆鋼管柱溫度，己澆的鋼管柱中混凝土導致其表面溫度明顯高于未澆筑的鋼管柱，因此，可依此決定鋼管柱是否漏澆了混凝土，避免漏澆現象的發生。

結語：鋼管柱混凝土工作中采用了紅外成像監測的手段，通過監測混凝土澆筑的程序中鋼管柱表面的溫度變化，幫助判斷其混凝土的密實度，實現了準確、及時、完整監控鋼管柱中混凝土密實度，確保了鋼管柱的工作質量。該技術在類似工程中提供參考。

參考文獻

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（作者單位：中國建筑第八工程局有限公司）