微波濕度儀在砌體墻潮濕病害檢測中的應(yīng)用

■ 周 穎 ZHOU Ying

0 引言

隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展，人們對工作和居住環(huán)境的要求越來越高，房屋外墻、樓板等處潮濕病害問題也逐步顯露出來。據(jù)《2013 年全國建筑滲透狀況調(diào)查項(xiàng)目報(bào)告》顯示，我國部分地區(qū)住宅建筑房屋的滲透率高達(dá)95.33%。房屋潮濕病害問題不僅影響了使用者的感受，更會影響使用者健康，嚴(yán)重的還會造成安全事故。因潮濕病害造成的結(jié)構(gòu)開裂等問題會直接影響到房屋建筑的耐久性，成為房屋建筑的“慢性病”。因此，在房屋墻體發(fā)生潮濕病害后，如何快速判別病害原因、尋找滲漏點(diǎn)，已經(jīng)成為房屋檢測工作中亟待解決的問題。雷達(dá)法、紅外線法和傳感器法是目前在檢測中應(yīng)用比較多的方法。但這些方法有的對環(huán)境要求比較高，有的對被測物體表面平整度要求比較高，并且需要對被測物體進(jìn)行開鑿，屬于破壞性檢測[1]。微波濕度法可在物體表面進(jìn)行測試，且對表面平整度要求不是很高，可以快速檢測墻體內(nèi)部不同深度的濕度情況，為檢測人員提供客觀的數(shù)據(jù)判斷，也為后續(xù)修繕提供切實(shí)依據(jù)[2]。

1 微波濕度測試原理

不同物質(zhì)分子有不同的介電常數(shù)，介電值的差異是微波濕度儀測量的依據(jù)。利用微波頻譜中的特定頻率，能夠檢測出對應(yīng)范圍一定體積內(nèi)的水分含量，反映被檢測物體的濕度。水是一種電介質(zhì)，屬于極性物質(zhì)，在微波電場的作用下隨著電場頻率振動(dòng)，產(chǎn)生介電效應(yīng)。水分子的介電值在80左右，而實(shí)際上絕大部分的建筑材料介電常數(shù)通常在3～6 之間。水分子這種顯著有別于其他分子的特性使得區(qū)域介電值通常是由其包含的水分來決定的。測量區(qū)域的介電值隨著濕度的變化而變化。因此，進(jìn)行微波濕度測量時(shí)，可通過測量與介電值緊密相關(guān)的物理參數(shù)如相位變化、功率衰減、諧振頻率等的變化，來判斷所測量構(gòu)件內(nèi)部的水分含量[3]。微波濕度儀配備有不同探測深度的探頭，可通過對不同深度和不同位置的檢測，獲得墻體內(nèi)部含水量和濕度分布情況。

2 微波濕度測試方法

采用德國產(chǎn)MOIST 350B 手持式微波濕度測試系統(tǒng)對濕度進(jìn)行測試，該系統(tǒng)可以發(fā)射2.45 GHz 特定頻率對被測物體進(jìn)行探測。儀器配備有4個(gè)可以探測不同深度的探頭，可探測深度分別為3 cm、7 cm、11 cm、30 cm，基本可滿足平時(shí)建筑物構(gòu)件探測的需求（圖1）。進(jìn)行測試時(shí)，將探頭扣在被測物體表面，通過主機(jī)發(fā)射微波，即可獲得所探位置對應(yīng)深度的濕度情況。材料類型可以按照實(shí)際被測構(gòu)件的情況，選擇砌體、混凝土、木材、其他材料，等等。

圖1 微波濕度測試儀

測試現(xiàn)場先按照檢測區(qū)域情況進(jìn)行網(wǎng)點(diǎn)劃分，布置測點(diǎn)位置，再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析工作（圖2）。檢測過程中，應(yīng)注意：①測試墻體表面應(yīng)盡量平滑，以避免被測構(gòu)件表面凹凸高差較大（超過5 mm）而造成檢測結(jié)果的不正確[4]；②檢測網(wǎng)格布置時(shí)，檢測測點(diǎn)間距不宜大于0.1 m；③測試時(shí)，探頭與被測構(gòu)件表面應(yīng)保持垂直，且需考慮被測構(gòu)件的邊緣效應(yīng)，一般要求探頭與被測構(gòu)件的邊緣距離大于10 cm?？梢园颜麄€(gè)目標(biāo)墻面作為一個(gè)構(gòu)件進(jìn)行檢測，不同探頭深度作為一個(gè)數(shù)據(jù)單元，待數(shù)據(jù)采集完成后，再將被測數(shù)據(jù)處理為二維平面或者三維數(shù)據(jù)形式，直觀地反應(yīng)平面和深度上的濕度分布情況。

圖2 微波濕度儀測試流程

3 微波濕度儀在砌體墻檢測中的應(yīng)用

3.1 案例1

某住宅室內(nèi)環(huán)境潮濕，影響使用者的使用體驗(yàn)和健康。在進(jìn)行修繕前，為明確墻體損壞情況，首先需要進(jìn)行潮濕病害原因分析。在房屋內(nèi)確定砌體墻的分布情況，選擇需要進(jìn)行檢測的墻體并確定最能反映病害情況的典型區(qū)域。該房屋墻體厚度均為200 mm，可采用微波濕度儀的3 cm、7 cm、11 cm 的探頭進(jìn)行探測。為減小外部環(huán)境對濕度檢測的影響，對該處房屋墻體的濕度檢測分兩次進(jìn)行：第一次測試時(shí)為晴朗天氣，外部溫度較高，晴好天氣持續(xù)數(shù)天；第二次測試時(shí)為陰雨天氣，持續(xù)降雨數(shù)天，外部空氣潮濕。兩次測試都同時(shí)選擇了內(nèi)、外墻體（外墻測試時(shí)，探頭從室內(nèi)向外探測，3 cm 即為靠近室內(nèi)一側(cè)），以方便比較。點(diǎn)位按照從上到下、從左到右排列（圖3），各測點(diǎn)間距為10 cm，均進(jìn)行兩次測試。統(tǒng)計(jì)各測點(diǎn)兩次測試在不同深度的濕度值，并繪制折線圖，因篇幅所限，此處僅列出部分根據(jù)測試數(shù)據(jù)繪制出的折線圖（圖4、5）。

圖3 使用定位板在選定的墻體區(qū)域上確定測點(diǎn)

可以看出，濕度最高的平面恰恰是測試深度為3 cm 的平面。圖4 中，無論外部天氣和環(huán)境情況如何，各點(diǎn)均呈現(xiàn)出從墻體內(nèi)側(cè)到往外側(cè)濕度逐漸減小的情況；圖5 中，7 cm 測點(diǎn)處的濕度最小，個(gè)別點(diǎn)11 cm 處濕度略高于7 cm 處，這是因?yàn)橥鈮艿酵獠凯h(huán)境的一定影響，在潮濕天氣測試時(shí)，11 cm 處的濕度比晴好天氣時(shí)有明顯升高。從圖4 和圖5 來看，外界環(huán)境情況對構(gòu)件近表面的濕度有一定影響：3 cm 處潮濕天氣的濕度情況比晴好天氣時(shí)略大，而7 cm 處基本不受外部環(huán)境影響。由此說明室內(nèi)潮濕病害情況與外墻滲漏關(guān)系不大，該房屋室內(nèi)潮濕災(zāi)害病因主要為室內(nèi)通風(fēng)不暢等原因造成的結(jié)露現(xiàn)象。

圖4 某住宅內(nèi)墻各測點(diǎn)相對濕度變化圖

圖5 某住宅外墻各測點(diǎn)相對濕度變化圖

3.2 案例2

某房屋靠近陽臺處墻壁潮濕，懷疑有滲漏。為明確病害情況，首先需要進(jìn)行外墻濕度檢測。根據(jù)建造圖紙確定砌體墻位置，并確定重點(diǎn)檢測區(qū)域。墻體厚度為200 mm，采用3 cm、7 cm、11 cm 探頭進(jìn)行探測。點(diǎn)位間隔為10 cm 左右，測試墻面如圖6 所示。

圖6 兩個(gè)濕度測試面

統(tǒng)計(jì)兩個(gè)檢測面各測點(diǎn)在不同深度情況下的濕度數(shù)值，并繪制不同深度折線圖（圖7、8），明確濕度在墻內(nèi)的分布情況，以此來判斷墻面的潮濕病害原因。從圖中可以看出，兩個(gè)墻面所有測點(diǎn)在3 cm 處的濕度最低；隨著測試深度的深入，濕度逐漸增加，在7 cm 處的濕度均比3 cm處的濕度大；到了11 cm 測試深度處，M2墻體所有測點(diǎn)的測試濕度持續(xù)增加，表明越靠近外墻濕度越大，墻體內(nèi)的水分基本可以判斷是由外部滲漏而來，而非室內(nèi)結(jié)露，且滲漏面積較大，所測試部位均有滲漏。圖7 中，M1墻體的12 個(gè)測點(diǎn)在11 cm 處的情況略有不同，有4 個(gè)測點(diǎn)的濕度相對于7 cm 時(shí)略有下降，但仍有8 個(gè)測點(diǎn)的濕度持續(xù)升高，說明該測試位置處有外部滲漏現(xiàn)象，但并不是全范圍；如要做到精準(zhǔn)修繕，后續(xù)工作中仍需進(jìn)一步通過增加測試點(diǎn)細(xì)分測試網(wǎng)格密度或者擴(kuò)大測試范圍，來判斷滲漏位置。

圖7 M1 各測點(diǎn)相對濕度變化圖

3.3 案例3

某文物建筑數(shù)年前進(jìn)行過整體修繕，為檢測目前砌體墻的潮濕病害情況，判別是否需要進(jìn)行再次修繕，需要對建筑墻體進(jìn)行濕度測試。

選取該文物建筑一層某窗臺下外墻墻面進(jìn)行濕度檢測（圖9）。窗臺下所有墻面均進(jìn)行測試布點(diǎn)，測點(diǎn)橫向間距為5 cm，豎向間距為10 cm。因該墻體厚度超過30 cm，分別采用檢測深度為3 cm、7 cm、11 cm 和30 cm 的探頭對墻體進(jìn)行濕度檢測，得到各測點(diǎn)4 個(gè)不同深度的濕度數(shù)據(jù)。由于測試數(shù)據(jù)數(shù)量較大，故整理采集數(shù)據(jù)的坐標(biāo)和濕度值，繪制二維云圖進(jìn)行濕度分布的判斷（圖10～13）。云圖中，根據(jù)濕度情況，從低到高顯示的顏色由綠色變成黃色，最高到紅色，即：紅色部位表明該處濕度相對較大；綠色部分則表明濕度較小，墻體濕度在正常范圍。

圖8 M2 各測點(diǎn)相對濕度變化圖

圖9 窗臺下濕度測試墻面

圖10 墻體3 cm 深度濕度分布圖

圖11 墻體7 cm 深度濕度分布圖

圖12 墻體11 cm 深度濕度分布圖

圖13 墻體30 cm 深度濕度分布圖

綜合分析4 個(gè)不同深度的濕度分布圖發(fā)現(xiàn)，該墻體在修繕后，大部分區(qū)域保存完好，相對干燥。該墻體存在一處相當(dāng)明顯的滲漏點(diǎn)，在3 cm和7 cm 處濕度值較大，且已向墻體下部延伸擴(kuò)展，滲漏情況最為嚴(yán)重。經(jīng)與測試點(diǎn)對照分析，該深度處上方為窗框安裝處，可能是由于安裝窗框錨固而對墻體造成損害，墻體破損處滲水后，逐步侵蝕到該處墻體下方，在水平方向也略有擴(kuò)散。此外，墻體左側(cè)和右下側(cè)也有輕微滲漏。后續(xù)可以進(jìn)一步進(jìn)行鑒別，特別是下側(cè)濕度增大的區(qū)域，可能是防潮層受破壞帶來的潮濕病害。區(qū)別于許多外墻滲漏或者室內(nèi)結(jié)露的墻體，該文物建筑墻體外側(cè)和底部都相對干燥，大部分區(qū)域濕度穩(wěn)定，說明數(shù)年前的修繕和使用維護(hù)較成功。

4 結(jié)語

房屋墻體的潮濕病害問題困擾著房屋使用者的使用體驗(yàn)，也困擾著檢測人員和房屋修繕人員。本文結(jié)合實(shí)例，介紹微波濕度儀的測量原理和檢測使用方法，總結(jié)微波濕度儀在砌體墻潮濕病害檢測中的作用。研究表明：微波法測試墻體內(nèi)部濕度情況準(zhǔn)確快速、操作方法便捷，且不會對墻體本身產(chǎn)生任何損壞；對砌體墻內(nèi)部濕度進(jìn)行檢測后，針對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析，也可以采集數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)成像，直觀反應(yīng)同一測量深度處墻體平面的濕度分布情況，或者反應(yīng)同一位置處不同深度的濕度變化情況。通過這些數(shù)據(jù)分析，區(qū)分砌體墻潮濕病害產(chǎn)生的原因，為后續(xù)的房屋修繕工作“開藥方”；同時(shí)，還可以準(zhǔn)確反應(yīng)出墻體的滲漏點(diǎn)，為科學(xué)修繕提供依據(jù)。