紅外熱像法在保障房外保溫檢測中的應(yīng)用

■ 范衛(wèi)東 FAN Weidong

0 引言

作為國內(nèi)特大型城市的上海，自“十二五”以來，已逐步構(gòu)建并基本形成了廉租房、公租房、共有產(chǎn)權(quán)保障房、征收安置房等“四位一體”的租購并舉住房保障體系。自2003年起至今已在全市規(guī)劃的46個大型居住社區(qū)中，已有38個大型居住社區(qū)建設(shè)了將近5 000萬m2的市屬保障房，為共有產(chǎn)權(quán)保障房和中心城區(qū)舊改、市重大工程提供了大量的優(yōu)質(zhì)房源，為改善老百姓的居住條件和優(yōu)化上海市房地產(chǎn)市場以及經(jīng)濟建設(shè)和城市發(fā)展做出了重要貢獻。作為市民生工程的保障性住房，也積極響應(yīng)國家和政府所提倡的“節(jié)約能源和保護環(huán)境”的總體要求，自2006年起在全市38個在建和已建的市屬大型保障房居住社區(qū)中，均陸續(xù)實施了外墻外保溫體系。由于有機保溫材料具有質(zhì)輕、保溫隔熱效果好等特點，2006～2010年間，建筑外墻保溫普遍采用有機保溫材料作為外墻外保溫材料，如：膨脹聚苯板（EPS）、擠塑聚苯板（XPS）、聚氨酯等。自2010年上海發(fā)生了“11·15膠州路高層住宅樓大火”之后，公安部消防局發(fā)布了《關(guān)于進一步明確民用建筑外保溫材料消防監(jiān)督管理有關(guān)要求的通知》（公消〔2011〕65號），明確規(guī)定了“民用建筑外保溫材料必須采用燃燒性能為A級的材料”。從此之后上海市保障房外墻保溫主要采用無機保溫材料。由于當時市場上無機保溫材料種類有限，可供選擇的余地比較小，再加上保障房“保本微利”的項目特點，因此，建設(shè)單位采用的外墻保溫體系主要以無機保溫砂漿為主。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計，在2010～2015年間建設(shè)的大規(guī)模市屬保障性住房中，有85.9%的項目選用無機保溫砂漿系統(tǒng)，4.7%的項目選擇膠粉聚苯顆粒，3.1%的項目選用膨脹聚苯板，3.1%的項目選用改性聚苯板，各有1.6%的項目選用泡沫混凝土和STP超薄絕熱板。

隨著時間的流逝，根據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計，自2010年起至今采用無機保溫砂漿的外墻外保溫系統(tǒng)的市屬保障性住房項目約有200個，其中大部分項目已竣工交付，截至2019年1月底，先后約有幾十個項目發(fā)生了外墻外保溫質(zhì)量問題，其中，約有10個左右的項目外墻外保溫發(fā)生了嚴重的空鼓、脫落、外墻開裂、外墻建筑涂料涂膜起泡、墻面滲水等質(zhì)量問題和外墻面磚、外墻保溫層脫落傷人損物的嚴重安全事故，這不僅影響了城市美觀，也對已入住居民的生命財產(chǎn)和日常生活帶來嚴重安全隱患，繼而給保障房這個民生工程帶來極其負面的影響。因此，對上述出現(xiàn)質(zhì)量和安全問題的市屬保障房項目的外墻面進行及時、全面、科學(xué)、徹底地修復(fù)，是目前我們保障房從業(yè)人員當務(wù)之急的任務(wù)。但考慮到這些出現(xiàn)質(zhì)量問題的保障房小區(qū)居民均已入住，如何在不影響老百姓生活的前提下，通過專業(yè)部門用其科學(xué)、高效、全面的檢測方法找出外墻保溫層脫落的范圍、損壞程度和引起原因，并及時進行徹底而全面地修復(fù)，又是重中之重和非常必要的工作。

縱觀目前國內(nèi)對外墻面檢測認識不足，檢測手段還主要停留在人工憑經(jīng)驗，高空作業(yè)危險性高，人工檢測費時費力、且效率低下，檢測精度也有待提高的現(xiàn)狀，筆者通過引入技術(shù)比較成熟且對外界影響較小的紅外熱像法技術(shù)，對采用無機保溫砂漿外保溫系統(tǒng)的市屬保障性住房外墻進行全面檢測，從而快速、全面、準確地發(fā)現(xiàn)外保溫系統(tǒng)中的空鼓位置和面積，分析外保溫系統(tǒng)的損壞情況，為后續(xù)制定修繕方案提供依據(jù)。

1 外墻外保溫系統(tǒng)構(gòu)造及常見問題

“11·15”大火后，上海新建建筑外墻保溫材料普遍采用無機保溫砂漿，飾面采用面磚或涂料等。

一般情況下，無機保溫砂漿外保溫系統(tǒng)構(gòu)造為（由內(nèi)至外）[1]：①墻體基層（混凝土墻或各種砌體墻）；②找平層（水泥砂漿）；③界面層（界面砂漿）；④保溫層（水泥基無機保溫砂漿）；⑤抗裂防護層（抗裂砂漿+網(wǎng)格布）；⑥飾面層（涂料飾面為：柔性耐水膩子+外墻涂料；面磚飾面為：面磚膠黏劑+面磚+面磚填縫劑）（圖1）。

圖1 無機保溫砂漿外保溫系統(tǒng)示意圖

圖2 開裂空鼓發(fā)生在基層界面

圖3 空鼓開裂發(fā)生在無機保溫砂漿與抗裂層的界面

圖4 抗裂防護層空鼓、開裂

外墻外保溫中的無機保溫砂漿層厚度一般不小于30mm。對于多層砌體房屋的外墻外保溫，無機保溫砂漿層的厚度一般控制在35～40mm。當采用涂料飾面時，抗裂防護層的厚度一般為5mm；當采用面磚飾面時，抗裂防護層的厚度一般為7mm。

受到材料、施工工藝、施工質(zhì)量等等因素的影響，無機保溫砂漿外保溫系統(tǒng)容易出現(xiàn)墻面開裂、滲水、空鼓、墜落等現(xiàn)象（圖2～7）。

2 紅外熱像法檢測外墻外保溫系統(tǒng)空鼓原理和特點

2.1 紅外熱像法檢測原理

因為物體都是紅外輻射源，所以物體全部都具有紅外輻射特征。當波長一定時，物體不同的表面溫度就會產(chǎn)生不同的輻射功率，所以，可以根據(jù)固定波長下的輻射功率來計算物體的表面溫度。在接收到被測物體的紅外輻射后，紅外熱像儀可以轉(zhuǎn)換輻射功率信號為電信號。系統(tǒng)處理后，物體的表面溫度場可以表現(xiàn)為圖像形式[2]。

圖5 窗周抗裂防護層開裂

圖6 涂料層起殼脫落后，雨水容易滲入無機保溫砂漿層

圖7 立面線條部位多處開裂

對于沒有缺陷的物體，溫度場是均勻分布的，而當物體內(nèi)部存在缺陷時，缺陷處的溫度分布將會發(fā)生變化[3]。其原理可歸納為算式（1）所示。

由式（1）可知，當物體缺陷處的熱傳導(dǎo)性質(zhì)不同與其他正常部位時，在一定的時間延遲后，缺陷處會反射或阻擋熱波，在此處發(fā)生熱堆積或者熱遺漏，表面會形成過熱或者冷斑。此時，相對于其他正常區(qū)域，該處就表現(xiàn)為表面溫度異常區(qū)域。通過紅外熱像法對外墻保溫系統(tǒng)的墻面進行大面積監(jiān)測，可以遠距離、快速準確地確定空鼓的位置和范圍。

目前，紅外熱像儀技術(shù)已經(jīng)相當成熟，其溫度的分辨率較高（精度可達0.02℃）、測溫范圍也較廣（-50～2 000℃）、探測焦距較遠（20cm ～無窮遠）。探測器只響應(yīng)紅外熱輻射，不受時間和空間的限制。隨著技術(shù)的不斷進步，實際操作中可采用各種不同的信號顯示，并能同步進行數(shù)據(jù)存儲、幾何處理、計算處理等，高效快捷地完成檢測工作。

2.2 紅外熱像法檢測特點

（1）非接觸性，檢測范圍廣，是傳統(tǒng)的接觸性檢測方法無法比擬的。

（2）安全性高，規(guī)避了高空作業(yè)風(fēng)險，減少意外事故的發(fā)生。

（3）準確性高，紅外熱像技術(shù)具有很高的溫差分辨率，檢測結(jié)果可以更加細化、更加具象化。

（4）操作方便快捷，紅外熱像檢測儀器重量輕、體積小、易于攜帶，幾秒鐘之內(nèi)就可以完成檢測，實施過程靈活方便。

外墻飾面空鼓檢測采用的紅外熱像法，對外墻面空鼓進行全數(shù)檢測，分析外墻外保溫紅外熱譜圖，并在圖中標識出空鼓部位。根據(jù)外墻面損壞檢測及空鼓檢測結(jié)果，統(tǒng)計各立面的外墻面損壞率（損壞率=外墻飾面層損壞面積/外墻凈面積）。同時，結(jié)合外墻面黏結(jié)強度、構(gòu)造等檢測結(jié)果，從系統(tǒng)、材料、施工及使用等方面，分析、明確外墻外保溫系統(tǒng)的損壞原因。

3 紅外線檢測法在某市屬保障房住宅小區(qū)外墻檢測中的應(yīng)用

某市屬保障房住宅小區(qū)于2011年4月開工建設(shè)，并于2013年8月竣工交付使用。該小區(qū)總建筑面積約有16萬m2，共建有23棟住宅和1棟公建樓，其建筑外墻采用無機保溫砂漿的內(nèi)外組合保溫系統(tǒng)。

根據(jù)設(shè)計，其項目的內(nèi)外組合保溫系統(tǒng)構(gòu)造由外至內(nèi)依次為：①涂料；②彈性底涂+柔性耐水膩子；③5厚抗裂砂漿復(fù)合耐堿玻纖網(wǎng)格布一層；④30厚無機保溫砂漿；⑤專用界面砂漿；⑥15厚1∶3水泥砂漿；⑦界面劑一道； ⑧結(jié)構(gòu)墻體；⑨專用界面漿料；⑩ 20厚無機保溫砂漿； 專用護面漿料； 內(nèi)墻裝飾面層。

根據(jù)該小區(qū)建設(shè)單位、物業(yè)公司提供的相關(guān)材料和有關(guān)入住居民投訴反映，自該項目竣工交付的第2年即2014年3月起，其外墻外保溫就陸續(xù)出現(xiàn)了外墻面面層空鼓、開裂、外墻建筑涂料涂膜起泡、墻面滲水等質(zhì)量問題和外墻保溫層脫落傷人損物的嚴重安全事故（圖8）。

圖8 外墻面局部空鼓、起殼

為明確該項目外墻飾面層空鼓現(xiàn)狀并找出產(chǎn)生上述質(zhì)量和安全隱患問題的原因，繼而全面及時地進行有效的維修。相關(guān)檢測單位在該小區(qū)現(xiàn)場采用紅外熱像儀等儀器，對被檢測屋外墻飾面的空鼓狀況進行了現(xiàn)場檢測。受篇幅限制，僅列出了部分外墻飾面紅外熱像檢測結(jié)果（圖9～12）。

經(jīng)外墻面空鼓檢測，被檢測房屋各立面外保溫系統(tǒng)均存在不同程度的空鼓現(xiàn)象。根據(jù)外墻面損壞檢測結(jié)果及紅外熱像空鼓檢測結(jié)果，經(jīng)統(tǒng)計分析被檢測房屋東外墻面損壞率介于25%～32%，南外墻面損壞率介于16%～17%，西外墻面損壞率介于20%～23%，北外墻面損壞率介于10%～12%。其中，東外墻面和西外墻面損壞較為嚴重。目前檢測單位已將上述利用紅外熱像法技術(shù)檢測的具體情況形成相關(guān)報告及時送交了建設(shè)單位，現(xiàn)建設(shè)單位根據(jù)報告中反應(yīng)的的實際情況和實事求是的原因分析，正按照市有關(guān)部門和相關(guān)文件要求，積極予以及時的維修中。

圖9 東立面外墻飾面層存在空鼓現(xiàn)象

圖10 南立面外墻飾面層存在空鼓現(xiàn)象

圖11 西立面外墻飾面層存在空鼓現(xiàn)象

圖12 北立面外墻飾面層存在空鼓現(xiàn)象

4 結(jié)論

以上通過檢測實例，將紅外熱像法應(yīng)用于已出現(xiàn)質(zhì)量問題的大居市屬保障房項目無機保溫砂漿外保溫系統(tǒng)的檢測中，能夠準確、快速、全面地發(fā)現(xiàn)外保溫系統(tǒng)中的溫度異常部位，分析確定空鼓缺陷位置，并最終為外墻修繕工作提供快速、準確的依據(jù)。

基于紅外熱像法檢測技術(shù)在外墻檢測方面具有非接觸性且檢測范圍更加寬廣、安全性高、檢測準確性高、操作方便快捷等優(yōu)勢，考慮到目前大居市屬保障房采用無機保溫砂漿的外墻外保溫系統(tǒng)現(xiàn)已出現(xiàn)的大面積質(zhì)量問題，和市政府所下達的“對已出現(xiàn)質(zhì)量問題和安全隱患的保障性住房的外墻外保溫系統(tǒng)應(yīng)盡快予以修復(fù)，以確保老百姓生命財產(chǎn)的安全”的要求等情況下，紅外熱像法檢測技術(shù)已在大型的保障房外墻外保溫系統(tǒng)的檢測中發(fā)揮其巨大作用。