紅外熱成像法在建筑外墻檢測中的應(yīng)用研究

楊 浩 夏超凡 江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司

1 前言

近年來，外墻飾面層在我國建筑的裝飾系統(tǒng)中得到了大量使用，達(dá)到了很好的外觀效果[1]。但是受使用環(huán)境或施工工藝等因素影響，建筑外墻飾面層與混凝土或磚墻基層之間經(jīng)常會產(chǎn)生脫開現(xiàn)象，并隨著建筑物使用年限的增長，外立面飾面材料發(fā)生脫落砸傷行人或車輛的事故屢見不鮮，這對人們的日常生活產(chǎn)生了極大的安全隱患。例如：2018年9月，珠海某小區(qū)外墻瓷磚脫落砸傷行人；2021年3月在上海黃浦區(qū)，一幢居民樓外墻發(fā)生部分脫落導(dǎo)致居民被砸身亡。因此，對建筑外墻飾面層的粘結(jié)質(zhì)量進行有效的檢測是亟待解決的事情，以避免該類事故的發(fā)生。

較傳統(tǒng)的錘擊和超聲檢測，紅外熱成像技術(shù)是一種較新無損檢測手段，它集光電成像技術(shù)、計算機技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一體，通過接收物體發(fā)出的紅外線（紅外輻射），將物體表面溫度場的分布以熱像圖的形式顯示，直觀地表達(dá)出物體表面的溫度分布情況，具有準(zhǔn)確、實時、快速等優(yōu)點。

隨著對紅外熱像技術(shù)研究的深入，紅外熱像技術(shù)已逐漸從軍事領(lǐng)域向民用方面轉(zhuǎn)化，并在石油化工、電力、冶金以及鐵路等行業(yè)得到成功應(yīng)用[2,3]。本文利用紅外熱像儀對建筑外墻飾面層內(nèi)部缺陷進行檢測，研究其表面溫度的變化規(guī)律，并結(jié)合一具體工程案例進行研究分析，以確定紅外熱像儀在具體建筑工程中的適用性。

2 紅外熱像原理

自然界中高于絕對零度的物體都是紅外熱源，都會因本身分子的運動產(chǎn)生紅外線，斯蒂芬玻爾茨曼定律指出：假設(shè)物體是黑體的情況下，在某一絕對溫度（T）時，物體單位時間單位面積的紅外輻射總能量（W）為：

σ為斯蒂芬·玻爾茨曼常熟，T為黑體的絕對溫度。紅外熱像儀攝取的紅外圖像的每一點都對應(yīng)一定的溫度，可根據(jù)顏色的深淺來判斷溫度的高低，相同顏色表示溫度相同[4]。

由于密閉空氣層的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于墻體材料的導(dǎo)熱系數(shù)，當(dāng)外墻在陽光照射或空氣溫度升高的作用下，如果外墻飾面層粘結(jié)質(zhì)量好，則外墻表面會形成一個均勻的溫度場，若存在空鼓時，則熱成像圖中相應(yīng)位置會產(chǎn)生一處高于其他區(qū)域的“熱斑”；反之?？展奶帟a(chǎn)生“冷斑”。常見外墻飾面層損傷缺陷如圖1所示。

圖1 建筑外墻飾面層損傷示意圖

紅外熱像儀利用熱輻射原理獲得建筑外墻的損傷缺陷處的溫度圖譜和完好飾面層的溫度圖譜，通過對比，判斷出建筑外墻飾面層損傷缺陷位置[5,6]。

3 工程案例

3.1 工程簡介及檢測流程

江蘇某一居民樓為地下一層、地上二十二層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)建筑，地上填充墻體外墻采用A3.5級ALC加氣混凝土砌塊、Mb5混合砂漿（除頂層）砌筑。該工程外墻面采用無機輕集料保溫砂漿，做法參照J(rèn)GJ 253—2011《無機輕集料砂漿保溫系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》。若采用傳統(tǒng)的錘擊法或者超聲檢測，人員從樓頂放吊籃進行工作，存在極大的安全隱患，本文利用紅外熱像儀對該棟居民樓進行全面檢查。因紅外熱成像檢測外墻飾面層缺陷技術(shù)現(xiàn)場檢測受自然環(huán)境以及拍攝的時間、角度、距離等多種因素影響較多，根據(jù)《紅外熱像法檢測建筑外墻飾面粘結(jié)質(zhì)量技術(shù)規(guī)程》規(guī)范的建議，檢查人員在天氣晴朗的時間，分時間段對該居民樓四個立面分別進行拍攝。

同時為了保證該棟居民樓外墻飾面層存在目前儀器識別不出的細(xì)小損傷缺陷，現(xiàn)場又對該樓補充了自然光下目測外觀缺陷復(fù)核及補充。具體檢測流程如圖2所示。

圖2 檢測流程圖

3.2 建筑外墻飾面層損傷檢測

本文針對該工程實際情況，設(shè)置拍攝參數(shù)并結(jié)合輔助驗證建立該工程標(biāo)準(zhǔn)損傷熱成像照，結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 “熱斑”標(biāo)準(zhǔn)參照熱像圖

圖4 “冷斑”標(biāo)準(zhǔn)參照熱像圖

建立該工程標(biāo)準(zhǔn)參照熱像圖后，后續(xù)的檢測的工作保持在相同的環(huán)境、參數(shù)下對拍攝的熱成像對于標(biāo)準(zhǔn)參照圖進行對比分析，判斷建筑外墻飾面層損傷缺陷位置。

3.3 不同損傷程度下紅外熱成像

在相同條件下，對建筑外墻飾面層空鼓缺陷檢測時發(fā)現(xiàn)空鼓程度越大，熱成像圖中相應(yīng)位置產(chǎn)生的“熱斑”也越明顯，例如圖5兩處不同程度空鼓情況下（紅色框內(nèi)為損傷缺陷發(fā)生位置），紅外熱成像中溫度分布的規(guī)律。

圖5 不同空鼓程度紅外檢測照

值得注意的是，由于實際工程中不可避免得存在一些目前儀器無法分辨細(xì)小損傷位置。在建筑后續(xù)使用過程中，可能導(dǎo)致這些未分辨出的缺陷逐漸增大造成危險，人工巡查補充是必不可少的一個環(huán)節(jié)。

4 結(jié)論與展望

本文利用紅外熱像儀對江蘇某一居民樓建筑外墻飾面層進行現(xiàn)場檢測，提出了具體檢測流程，結(jié)合人工巡查的補充驗證說明了紅外熱成像在建筑外墻飾面層損傷檢測中的可行性。

（1）紅外熱像法能有效檢測出建筑外墻飾面層的損傷缺陷，并且損傷程度越大，缺陷越易被檢測出。

（2）由于紅外熱成像檢測外墻飾面層缺陷技術(shù)現(xiàn)場檢測受自然環(huán)境以及拍攝的時間、角度、距離等多種參數(shù)影響較多，現(xiàn)場在拍攝時要仔細(xì)辨別。

（3）在進行紅外檢測后，需檢測人員利用外觀檢測法對建筑物進行巡查復(fù)核補充。

（4）通過對建筑外墻飾面層損傷缺陷檢測的研究可知，紅外熱像法在內(nèi)部缺陷檢測中有較大的前景，例如混凝土粘鋼加固檢測、防水卷材施工質(zhì)量檢測等。