红外成像在混凝土结构无损检测中的应用

  在建筑工程行业中，为了保证工程质量能够达到预期目标，在工程进行过程中和对竣工后的工程质量检测便成为一个非常重要的环节。红外无损检测技术已经在房屋热诊断学中取得了许多显著效果。对于混凝土结构我们可用热像仪进行观测，利用红外图像的异常点来检测其内部及表面缺陷，并及时采取措施检修，防止事故发生。

  与常规的超声、射线、电磁等无损检测技术相比，红外无损检测技术具有如下突出特点：

(1)是一种非接触式的检测技术,对被测物体没有任何影响。

(2)远距离,空间分辨率高,检测范围广，对其它检测技术有互补作用。

(3)安全可靠,对人体无害。

(4)灵敏度高,检测速度快。

(5)只要被测目标与周围环境表现出不同的热力学特征,就能被探测到。

红外热像仪的基本工作原理

  任何物体由于其自身分子的运动，不停地向外辐射红外热能，从而在物体表面形成一定的温度场，俗称“热像”。很多信息可以通过红外图像进行有效反映。红外成像是唯一一种可以将热信息瞬间可视化，并加以验证的诊断技术。因此，红外热成像就是把来自目标的红外辐射转变成可见的热图像，通过直观地分析物体表面的温度分布，推定物体表面的结构状态和缺陷,并以此判断材料性质和受损情况的一种无损检测方法。

  红外诊断技术正是通过吸收这种红外辐射能量，测出设备表面的温度及温度场的分布，从而判断能检测出混凝土细微的热状态变化，准确反映其内部、外部的异常情况，可靠性高，对发现质量隐患非常有效。

应用实例

现场检测方法

  本次红外成像检测混凝土缺陷采用美国 FLIRThermaCAM E300 红外热像仪，它是一种非接 触、高灵敏度的红外热像仪。FLIRThermaCAM E300热像仪通过内置的CPU可实现各种图像处理，它具有彩色液晶显示图像，磁盘记录和贮存图像数据的自动功能，可连续测量短时间内的温度变化及丰富的图像处理功能等特点。

  检测前应进行实地勘察，对需要检测的混凝土结构表面是否存在颜色差异、是否有污物、或者维修的痕迹等应做好记录，以备数据处理时参考。其拍摄地点应尽量避开周边建筑物反射、天空的反射、阳光的反射、树木遮蔽等的不利影响检测时，通过 CAL(为消除测量误差，进行环境温度校准的功能键)校正环境温度；混凝土的辐射率设置为 0.92；保持测试角在 30°以内；自动设置焦距、温度水平和灵敏度；时间 14 时左右；天气晴朗。利用它分别对安全壳的穹顶，安全壳的外壁进行了详细的拍摄，通过观察安全壳红外图像的异常 点来检测其内部及表面缺陷。

图像的感性分析

  红外热像仪摄取的红外图像的每一点都对应一定的温度，可根据颜色的深浅来判断温度的高低，相同颜色表示温度相同，我们目前只做初步定性的分析。

  我们在壳顶拍摄时明显发现两处温度异常点，温度远高于其他部分，热像图谱图2中黑线所圈出的部位，由于导热系数的不同，导致混凝土表 面温度的差异 ，缺陷的部位在红外图片中清晰可辨。经过进一步的检测，在保护层的20mm下面发现此两处结构确实存在内部缺陷，有空洞现象，混凝土浇筑不密实。证明红外热像法的检测结果是正确的。

  在实际检测中我们根据红外热像图谱中的温度异常点，进行现场确认，发现部分是由混凝土结构中的钢铁预埋件所造成的，但其它部分进一步确认确实有内部空鼓和裂缝现象，与图像中的异常点基本吻合，这种大面积的快速无损检测大大提高了工作人员的工作效率，很好的降低了缺陷检测的遗漏问题，弥补了传统检测手段的不足，具有较好的准确性。但对于缺陷的大小和裂缝的深度从图像中还很难以辨别出来，还需利用其它检测手段加以诊断。但是红外热像图谱给工程技术人员带来的便利远远比传统方法先进了很多。

实际工程检测中引起红外图像异常点的可能原因分析

(1) 混凝土结构内部有空鼓或者浇筑不密实

  由于空鼓或者浇筑不密实在结构内部形成一个空气层，具有良好的隔热性能，其气体导热系数较小造成结构外表面与内部之间的热传导变小，从而使结构的表面产生温度差异，使有缺陷部位的温度偏高。

(2) 混凝土内部的渗漏

  因为在混凝土内部渗漏的部位，其水分的导热性与质量正常的周边结构材料的热传导性不同，混凝土内漏水部位温度低。

(3) 混凝土内部钢铁预埋件

钢铁的传热系数大，热传导快，升温快，也可以造成结构表面温度的不同。

(4) 混凝土结构的保温气密性

结构保温越薄弱的部位温度与周围正常区域差别越明显。

(5) 火灾混凝土结构的损伤

  混凝土遭受火灾后，在高温作用下会发生一系列不同的物理化学反应。诸如水泥石、骨料的相变、裂纹增多，结构酥松多孔，水泥石－骨料界面的开裂、脱节等，使混凝土由表及里逐渐酥松开裂。使结构本身各种性能产生不同程度的损伤，导致混凝土的导热性下降，从而影响到物体的表面温度分布。

使用红外热像检测技术，可以在大面积上快速无损检测建筑物，并可初步评估混凝土的缺陷程度，包括混凝土的内部空鼓和裂缝状态等，因此可为建筑物的修复加固提供科学依据。红外成像无损检测技术在混凝土结构中的应用还处于形成和发展阶段，能应用于实际工程中的研究成果不多，且多属一些定性的结论，缺乏相应的操作规范。