紅外熱像檢測(cè)技術(shù)在粘鋼加固法中的研究

謝春霞

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院成都校區(qū)，四川成都610081)

1 粘鋼加固法的概述

粘鋼加固法，通常使用膠粘劑把薄鋼板粘貼在混凝土構(gòu)件表面，使薄鋼板與混凝土協(xié)同工作，由于粘鋼加固法用鋼板很薄，粘鋼加固構(gòu)件的二次受力特征不明顯，這是其它直接加固法無(wú)法具有的優(yōu)勢(shì)［1］。

粘鋼加固法與傳統(tǒng)加固技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)膠粘劑硬化時(shí)間短。一般構(gòu)件加固3 d后即可受力使用，加固時(shí)不必停產(chǎn)或少停產(chǎn)，只需卸除構(gòu)件承擔(dān)的全部或部分荷載，施工工期短，特別適用于應(yīng)急的加固工程。

(2)工藝簡(jiǎn)單，施工方便。只需對(duì)被加固構(gòu)件的表面進(jìn)行處理，用粘結(jié)劑將鋼板與之牢固地粘結(jié)成一個(gè)整體，就能使鋼板與原構(gòu)件很好地共同工作，且不需要特殊設(shè)備，所需勞動(dòng)力少，易于操作。

(3)膠粘劑的粘結(jié)強(qiáng)度高于混凝土、石材等，可以使加固體與原構(gòu)件形成一個(gè)良好的整體，受力較均勻，較少在混凝土中產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。

(4)粘貼鋼板所占空間小，幾乎不增加構(gòu)件的斷面尺寸和重量，不影響建筑物的使用凈空間，不影響構(gòu)件的外觀。

(5)加固效果顯著，不僅相當(dāng)于補(bǔ)充了原構(gòu)件的配筋，可較大幅度地提高其承載能力，而且通過(guò)粘貼鋼板可有效地保護(hù)原構(gòu)件的混凝土一再產(chǎn)生裂縫或使已有的裂縫得到控制而不再繼續(xù)擴(kuò)展，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性，提高了原構(gòu)件的整體剛度。

粘鋼加固主要適用于混凝土梁的加固，加固部位一般在梁的底部。要求加固部位混凝土仍具有較好的完整性和一定的強(qiáng)度。在施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制質(zhì)量是可以達(dá)到要求的。粘鋼加固法目前是國(guó)際上一種適用面較廣的先進(jìn)加固方法。它不僅可用于建筑物中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固，也可用于公路、橋梁中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固。

2 粘鋼加固法的質(zhì)量檢測(cè)

經(jīng)過(guò)粘鋼加固增強(qiáng)后的結(jié)構(gòu)，混凝土表面被鋼板覆蓋，內(nèi)部界面的粘貼情況無(wú)法從外界直接用肉眼觀察到。而鋼板的粘貼情況將極大地影響加固的效果，因此對(duì)鋼板的粘貼質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)是十分必要的?，F(xiàn)今的無(wú)損檢測(cè)方法檢驗(yàn)鋼板的粘貼質(zhì)量，主要有觀察法、敲擊法、超聲波法、射線法和聲發(fā)射法等，不過(guò)這些檢測(cè)方法存在許多問題與不足［2］。

紅外探測(cè)器焦距在理論上為20 cm以至無(wú)窮遠(yuǎn)，因此適用于做非接觸、廣視域的大面積無(wú)損檢測(cè)。該方法具有可記錄在記憶體、用軟件重現(xiàn)數(shù)據(jù)、高效、不需要腳手架、省時(shí)省工和檢測(cè)結(jié)果可靠等優(yōu)點(diǎn)。［3］目前將紅外熱像檢測(cè)技術(shù)用于粘鋼加固混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鋼板粘貼質(zhì)量的檢測(cè)還很少。

3 檢測(cè)機(jī)理及熱激勵(lì)過(guò)程分析

檢測(cè)機(jī)理從無(wú)外加熱源的傳熱過(guò)程和有外加熱源的傳熱過(guò)程兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.1 無(wú)外加熱源的傳熱過(guò)程

用粘鋼加固混凝土構(gòu)件，鋼板與基底混凝土產(chǎn)生剝離空鼓時(shí)，就會(huì)形成空氣層，由于空氣具有隔熱性能，所以空氣層會(huì)增大粘鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱阻。在與外界環(huán)境產(chǎn)生溫度梯度時(shí)，引起異常的溫度變化?；炷粱椎臒崛萘勘蠕摬拇?，在室內(nèi)無(wú)外加熱源的情況下，基底混凝土自身儲(chǔ)存的熱量由混凝土基底傳給鋼板。由于空鼓的隔熱作用，基底混凝土的熱量未及時(shí)傳遞給鋼板，所以溫度比正常部位的溫度低。

3.2 有外加熱源的傳熱過(guò)程

鋼板與基底混凝土在同一環(huán)境溫度下，溫差較小。為加大溫度梯度，采用表面快速冷卻的方法，即在鋼板表面澆灑液氮。液氮在揮發(fā)過(guò)程中吸收了粘鋼結(jié)構(gòu)中的大量熱量，使鋼板溫度迅速降低，此時(shí)外界環(huán)境溫度比粘鋼結(jié)構(gòu)高，熱量從空氣中傳給鋼板。由于空氣層的作用，空鼓部位的熱量未及時(shí)傳遞給基底的混凝土，所以溫度比正常部位的溫度高。

3.3 無(wú)外加熱源和有外加熱源的方法比較

一般情況下，無(wú)外加熱源的物體與外界環(huán)境的溫差較小，物體與外界溫度趨近于熱平衡，對(duì)于內(nèi)部溫差較小的小缺陷，透過(guò)鋼板反映在表面的溫差就更小，從而增加了檢測(cè)的難度;而表面快速冷卻法是一種通過(guò)迅速降低物體表面溫度，破壞物體內(nèi)部熱平衡，使缺陷處產(chǎn)生較大的溫度梯度，突現(xiàn)出缺陷部位的方法。因此表面快速冷卻的方法比無(wú)外加熱源的方法更有效，能檢測(cè)出小面積的空鼓。但表面快速冷卻法需要外加冷卻劑。液氮是液體，具有流動(dòng)性，可以較均勻地分布在臥式鋼板表面，但對(duì)仰式的鋼板就不適用。

4 在ANSYS中模擬分析

為了探索紅外熱像檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)粘鋼加固中鋼板粘貼質(zhì)量的有效性、可靠性，利用有限元軟件ANSYS進(jìn)行模擬。在一鋼筋混凝土梁上粘貼與其表面相同、厚度為3 mm的鋼板。為了在粘結(jié)界面形成空鼓，選了5處，在其涂的粘結(jié)劑要比周圍的薄，這樣就形成了空氣層。在鋼板表面加熱，由于空鼓處具有很好的隔熱性能，能有效地阻礙熱量向內(nèi)部混凝土的傳遞，故空鼓處的表面溫度高于周圍的表面溫度。圖1為其加熱后的鋼板表面溫度云圖。

圖1 有缺陷的粘貼鋼板混凝土構(gòu)件的溫度云圖

從其溫度云圖中可以看出，其五個(gè)部位的溫度高于四周，即空鼓處的表面溫度高于其沒有空鼓處的表面溫度，從而可以判斷出空鼓的位置。

5 結(jié)論

紅外熱像檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于粘鋼加固混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的粘鋼質(zhì)量檢測(cè)在ANSYS中的模擬分析，結(jié)論如下:

(1)利用紅外熱像檢測(cè)技術(shù)對(duì)粘鋼加固結(jié)構(gòu)鋼板粘貼質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，研究表明該方法是一種切實(shí)有效的檢測(cè)方法，它對(duì)鋼板的粘貼質(zhì)量可作準(zhǔn)確的分析。

(2)相對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，紅外熱像檢測(cè)技術(shù)具有非接觸、非破壞性、客觀性好等優(yōu)點(diǎn)，其中非接觸、遠(yuǎn)距離、大面積掃測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是敲擊法和超聲波法等無(wú)法替代的。對(duì)位于較高處的鋼板進(jìn)行檢測(cè)，紅外熱像檢測(cè)技術(shù)可以從地面上進(jìn)行檢測(cè)，而不需要搭設(shè)腳手架，檢測(cè)結(jié)果可靠，且可重現(xiàn)。

(3)紅外熱像檢測(cè)技術(shù)的單次檢測(cè)范圍大。當(dāng)剝離層與周邊物體的溫度差在0.1℃以上時(shí)，空鼓就能被檢測(cè)出來(lái)，因此靈敏度高。

(4)利用表面快速冷卻法檢測(cè)時(shí)，在澆灑液氮過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)澆灑不均勻的情況，從而降低檢測(cè)結(jié)果的精度;另外，澆灑液氮不適用于梁底面的粘貼鋼板檢測(cè)。利用無(wú)外加熱源檢測(cè)時(shí)，由于物體與外界趨近于熱平衡，溫度梯度比較小，對(duì)小面積的缺陷檢測(cè)比較困難。這也是在未來(lái)工作研究中需要的解決的問題。

［1］李財(cái)富，賈家信，崔青堆.粘鋼技術(shù)在混凝土梁加固中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2001(10):72 －73

［2］黃沛，謝慧才，袁昕.混凝土構(gòu)件粘鋼補(bǔ)強(qiáng)質(zhì)量的紅外熱像檢測(cè)方法［J］.激光與紅外，2004，34(5):350－353

［3］黃文浩，艾軍，田裕鵬，等.粘鋼加固結(jié)構(gòu)鋼板粘貼質(zhì)量的檢測(cè)新方法［J］.建筑技術(shù)，2006，37(6):465－467