混凝土中红外热成像无损技术的应用范文

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摘要：

针对传统无损检测方法在混凝土结构缺陷检测中的不足之处，提出了红外热成像无损检测技术，总结了红外热成像检测的特点及其在混凝土结构工程中的应用现状。

关键词：

红外热成像；混凝土；结构缺陷；应用

随着我国交通事业的迅猛发展，公路、桥梁、隧道等混凝土结构的质量要求日益提高，因此暴露出来的问题越来越多，路面出现沉陷、裂缝、松散和坑槽、车辙、泛油及拥包、疲劳开裂等现象，存在的质量缺陷将会从不同程度上影响混凝土构件的耐久性，严重时会影响到构件的承载力，甚至会造成工程事故。因此，有效的做好混凝土结构缺陷的无损检测，以便及时采取有效的防治、修补措施，具有广泛的社会效益和经济效益。目前，国内外传统的结构质量检测方法主要包括超声法、声发射法、雷达法、冲击回波法等，但都存在各自的缺点，具有片面性，难以满足交通土建工程事业发展的需要。红外热成像检测技术就是在这种情况下被引入土木工程领域的。

1红外热成像检测特点

红外热成像技术是一个有非常广阔前途的高科技探测技术。自然界中，一切物体都可以辐射红外线，因此利用探测仪测定目标的本身和背景之间的红外辐射，可以得到不同的红外图像。目标的热图像和目标的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的目标可见光图像，而是目标表面温度分布图像。换句话说，红外热成像使人眼不能直接看到目标的表面热辐射分布变成人眼可以看到的代表目标表面热辐射分布的热图像。红外热成像检测作为无损检测众多方法中的一种，确有其独到之处，形成它的检测优势，应用范围非常广泛，检测主要具备如下特点：

1.1安全性极强。由于红外检测本身是探测自然界无处不在的红外辐射，所以它的检测过程对人员和设备材料都丝毫不会构成任何危害，而它的检测方式又是不接触被检目标，因而被检目标即使是有害于人类健康的物体，也将由于红外技术的遥控探测而避免了危险。

1.2被动式。不需要配置辐射源，完全利用目标自身的热辐射来成像。

1.3全天候。既可以在白天工作，更重要的是能在夜间工作，这是它的一大优点。

1.4全场性。不同于一般的红外测温方法只能显示物体表面某一区域或某一点的温度值，热像仪则可以同时测量物体表面各点温度的高低，并以图像形式显示出来。通过分析不同温度区域特征，达到对目标的健康状态的检测和诊断。

1.5较高的温度分辨率。现代的热像仪最高的温度分辨率可以达到10-3K级。因此只要有小的温度差异，就可以被检测出来。

1.6检测效率高。红外探测系统的响应时间都以μs或ms计，扫描一个物体只需要数秒或说分钟即可完成，所以其检测速度很高。特别是在红外设备诊断技术的应用中，往往在设备的运行当中就已完成红外检测，对其他方面很少有影响，检测结果的处理保存相当简便。

2混凝土结构缺陷的红外热成像无损检测

国内外已有许多学者研究红外无损检测技术在交通土建方面的应用，主要包括以下几个方面：

2.1在混凝土桥梁检测方面的应用

M.R.Clark等利用红外检测技术研究得出了：在温度较低的情况下，混凝土桥的分层缺陷仍可以采用红外检测技术；PietroGiovanniBocca等寻找到了混凝土温度变化量与裂缝大小的关系，缩短了检测时间；D.M.McCann等指出了影响无损检测结果的五种因素：材料物体特性的差异、被测面的朝向、穿透深度、周围环境和噪声，并对各种无损检测的方法的使用条件和适用范围做了详细的阐述。

2.2在混凝土火伤方面的应用

同济大学的杜红秀、张雄[1]等研究人员，应用红外热像技术对水泥砂浆的受伤温度和强度损失与其红外热像图特征之间的关系进行试验研究，初步得出了它们之间的定量关系，为混凝土火灾损伤的检测与评定探索了一条新途径。他们还从混凝土显微结构与力学性能、钢筋相变与机械性能、混凝土与钢筋粘结力诸方面综述了火灾对混凝土构筑物的损伤和危害，介绍了混凝土构筑物火灾损伤检测技术与评估方法，报道了混凝土构筑物火灾损伤检测新方法-IRNDT，并采用IRNDT对混凝土火灾损伤进行实验研究，给出火灾损伤混凝土红外热像平均温升随时间的变化曲线，建立了混凝土红外热像平均温升与其受火温度及强度损失的回归方程，运用上述检测模型对实际火灾损伤的混凝土构筑物进行了检测和评估。

2.3在混凝土保温材料方面的应用

付冬梅[2]等人以IRNDT最新成果为基础，从传热学的基本理论出发，结合现场红外测试工作实际，对各种热设备的散热损失计算方法进行了理论分析和推导，对保温材料绝热性能的分析校核方法进行了分析阐述，从而研制出一套综合测试、分析评定热设备保温效果的方法和软件。汕头大学与国家建筑工程质量监督检测中心[3]主要围绕建筑物外墙饰面砖粘贴质量的检测作了初步试验研究。南京航空航天大学的周克印，田裕鹏[4]等人研究了采用红外无损检测技术快速测试建筑物外表面温度场的方法，提出了一种基于信息融合的修正方法并进行了应用研究。叶斌[5]等人对IRNDT在建筑外墙饰面工程中应用的可行性及工作原理、应用方法等进行了论述，现场检测案例表明，IRNDT检测建筑外墙饰面花岗岩，可大面积、快速地获得比较详实的粘贴质量状况，为修复加固提供科学依据。南京航空大学的黄文浩[6]采用红外热成像检测技术对建筑物外墙装饰材料（主要是饰面砖）的粘贴质量进行了研究，利用Fluent数值模拟和实验两种手段，研究了粘贴空鼓缺陷的几何尺寸（缺陷的厚度、面积）对面砖表面温度的影响。汕头大学的黄沛重点研究了屋面渗漏的红外热像检测技术，以及应用有限元法进行模拟分析。可见，红外热成像检测技术在我国建筑、土木工程中的应用取得了一定的成果，但在交通公路工程方面的应用还有限，可以进一步应用红外热像仪进行交通公路、桥梁方面混凝土结构工程方面的无损检测。

3结论

从国内外无损检测技术的研究领域来看，红外热成像在无损检测领域有巨大优势，尤其在道路、桥梁方面的结构缺陷检测方面还存在巨大潜力，主要发展研究趋势（1）红外热成像检测技术具备传统检测方法不可比拟的优势，今后可从定性检测到定量研究方向发展（2）红外热成像技术在混凝土结构缺陷方面的检测将为我国交通工程质量检测提供切实可行的方法。

参考文献：

[1]杜红秀,张雄.钢筋混凝土结构火灾损伤的红外热像-电化学综合检测技术与应用[J],土木工程学报,2004,37(7):41-46.

[2]付冬梅,李晓刚,王欣.用红外热像技术监测设备的保温效果[J],无损检测,2001,23(2):51-54.

[3]张荣成.红外热像法检测建筑物外墙饰面施工质量的试验研究[J],建筑科学,2002,18(1):40-44.

[4]袁昕,谢慧才,陈高峰.建筑物外墙饰面砖粘贴质量的红外热像检测试验研究[J],四川建筑科学研究,2003,29(2):43-45.

[5]周克印,田裕鹏,姚恩涛,许锦峰,艾军.建筑物温度场红外测试的研究[J],航空计测技术,2004,24(4):5-6.

[6]黄文浩.建筑物外饰层缺陷红外热成像检测方法研究[D],南京航空航天大学,2006.

作者:张慧慧 单位:辽宁省交通高等专科学校