紅外熱像無損檢測技術在建筑工程檢測中的應用

黃昌仲

摘 要：本文簡要闡述了紅外熱像技術原理，在此基礎上，探討了紅外熱像技術在建筑工程檢測中的應用，并對其檢測影響因素進行了分析。

關鍵詞：紅外熱像;無損檢測;建筑工程檢測

隨著我國建筑工程領域的不斷發展，建筑工程質量檢測技術也不斷進步。與傳統的質量檢測技術相較，無損檢測技術由于在檢測過程中對建筑結構、外觀等沒有損傷，在建筑工程質量檢測中得到了廣泛的應用。紅外熱像技術是近年來新興的一種無損檢測技術，在建筑節能檢測、外墻飾面磚粘結質量檢測、混凝土表面缺陷檢測等方面具有良好的檢測效果，應用前景十分廣闊。本文就紅外熱像技術在建筑工程質量檢測中的應用進行一些探討，以期能夠對該技術在建筑工程領域的推廣應用提供一些參考。

1 紅外熱像技術原理

自然界中任何高于絕對溫度（-273℃）的物體，都向外連續發射紅外線，但不同物體的表面溫度和輻射量均不同，紅外無損檢測就是測量通過物體的熱量和熱流來鑒定該物體質量的一種方法，紅外熱像的理論基于熱輻射定律和熱傳導微分方程，材料的導熱系數、密度和比熱不同，使物體表面的溫度和輻射率不同，從而影響紅外輻射的數量，并形成各種不同特征的紅外熱像圖。利用紅外熱像儀將物體輻射的功率信號轉換成電信號后，成像裝置的輸出信號就可以完全一一對應地模擬掃描物體表面熱分布相應的熱像圖，運這一方法，便能實現對目標進行遠距離熱狀態成像和測溫，并對被測物體的狀態進行分析判斷。

2 紅外熱像技術在建筑工程檢測中的應用

2.1建筑節能檢測

目前，國內外評價建筑節能是否達標，大多采用建筑熱工法現場檢測。建筑熱工法現場檢測中關鍵的指標是建筑圍護結構的傳熱系數，在一維穩態傳熱條件下，圍護結構的傳熱系數可以用下式表達：

式中：R0為圍護結構總熱阻，（m2·℃）/w;

Rw為圍護結構外表面換熱阻，（m2·℃）/w。按照《民用建筑熱工設計規范》（GB50176—1993）的規定取值;

ti為室內空氣溫度為，℃;

to為室外空氣溫度，℃;

two為圍護結構外表面溫度，℃;

通過紅外熱像技術即可獲得圍護結構外表面溫度two，再由公式計算確定傳熱系數K，參照《采暖居住建筑節能檢驗標準》（JFJ132-2001）即可知該建筑是否達到節能標準。

2.2外墻飾面磚粘結質量檢測

當建筑外表面的溫度比結構材料的溫度高時，熱量會由外墻飾面傳遞給結構墻體材料。當外墻飾面的溫度比結構材料的溫度低時，熱量則會反向傳遞。若外墻飾面粘貼質量不良產生空鼓，則在其空鼓的位置就會形成很薄的空氣層。由于密閉的空氣具有很好的隔熱性，因此有空鼓的外墻磚在日照或室外溫度發生變化時，外墻表面與結構墻體材料之間的熱傳遞就非常少，空鼓部位的溫度就會比正常墻體的溫度變化大，即當室外溫度升高時，空鼓部位溫度比正常部位的溫度要高，形成熱區域;當室外溫度降低時，空鼓部位的溫度會比正常部位的溫度低，形成冷區域。此時，紅外熱像圖片上反映的顏色非單一均勻，產生溫度梯度，就可以直觀地看到異常區在實際墻體的位置。

2.3混凝土表面缺陷檢測

當混凝土材料結構存在某種缺陷時，由于缺陷類型形態及分布不同造成材料導熱系數、比熱性能的局部變化而影響紅外輻射量，直接導致表面溫度變化，使熱像圖上出現溫差等異樣.當有缺陷的混凝土受到太陽輻射或溫度升高時，由于缺陷的存在，大量的空氣混入，與密實部位相比，熱流的傳人受到阻礙，造成表面溫度升高.會在紅外熱像上出現“熱斑”，其范圍和程度反映了該部位的缺陷程度及范圍;反之，在沒有太陽輻射或夜晚時，其溫度要低于正常部位的溫度，此時用紅外熱像儀記錄混凝土試件表面溫度場的分布，即可達到檢測的目的。

2.4屋面、墻體的滲漏、受潮檢測

屋面、墻體的滲漏、受潮會直接損及房屋的正常使用，污損室內裝飾，影響美觀舒適。如果長期滲漏、受潮還會腐蝕房屋的結構構件，危及房屋的使用安全，從而縮短房屋的使用壽命。因此，及時發現屋面滲漏、受潮位置具有普遍意義。

3 紅外熱像檢測技術應用的影響因素

3.1表面發射率的影響

由斯蒂芬-波爾茲曼定律可知，物體的紅外輻射功率除了與物體表面溫度有關外，還與物體的輻射率有關，不同物質的輻射率是不同的，并隨物體的表面狀況而變，不同的溫度和不同的波長有不同的值.實踐證明，物體的輻射率對波長最敏感，其次是被測物體的表面狀態，再次是溫度，根據這個次序選擇與儀器測量范圍相適應的紅外測溫儀器類型及參數，在使用中對被測物體的輻射率設定盡量準確。

3.2大氣吸收的影響

紅外輻射在大氣中傳播時總要受到氣體的吸收，懸浮微粒的散射以及大氣某些特性劇烈變化的影響.紅外輻射通過大氣所導致的衰減，主要是因為大氣分子的吸收、散射，以及云、霧、雨、雪等微粒的散射作用所造成的.大氣吸收程度雖空氣濕度而變化.被測物體的距離越遠，大氣透射對溫度測量的影響就越大.因此，在室外進行紅外測溫診斷時，應在天氣晴朗，空氣濕度低于75%的環境下進行，否則應進行大氣模式補償以降低測量誤差，才能取得好的檢測結果。

3.3背景輻射的影響

在對被測物體進行紅外檢測時，除了目標本身的紅外輻射，還存在目標對太陽和環境的反射，以及設備其他部位、周圍環境的輻射，兩個物體必定進行直接的紅外輻射傳遞。除此之外，還會有兩個物體之間通過另一物體的反射作用而引起的輻射間接傳遞。除去檢測設備本身，產生輻射的還可以是天空、大氣、大地或操作人員等，以上所述的各種情景交錯并存，就構成了背景輻射。

4 結束語

紅外熱像技術使用紅外熱像儀攝取被測物體表面的溫度場，再轉化為圖像信號，相比于傳統的檢測方法，具有非接觸、遠距離、實時、快速、全場測量等優點，可把檢測到的物體表面溫度分布情況作為圖像進行分析處理，熱圖像直接可視，在建筑工程領域具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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