外保溫墻體紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)分析

龐 偉

（天津市建筑材料科學(xué)研究院有限公司，天津 300381）

外墻外保溫系統(tǒng)由于自重小、保溫效果好等特點(diǎn)，在我國(guó)建筑保溫工程中被廣泛應(yīng)用；但隨著使用時(shí)間增加，早期外保溫系統(tǒng)面層已接近使用壽命，暴露出表層開裂、空鼓乃至脫落等安全隱患。在諸多外保溫系統(tǒng)安全性現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法中，紅外熱成像技術(shù)以診斷速度快、檢查范圍廣、溫差反應(yīng)敏感、無需對(duì)被測(cè)墻體進(jìn)行破壞等特點(diǎn)，受到業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)紅外熱成像相關(guān)檢測(cè)方法多是圍繞建筑特定部位或缺陷類型展開，缺乏整體解決方案。

鑒于既有建筑外保溫系統(tǒng)老化情況嚴(yán)重、現(xiàn)場(chǎng)紅外特征較為復(fù)雜、檢測(cè)難度大，本文從紅外熱成像基本原理入手，分析影響測(cè)試精度的各種影響因素，梳理檢測(cè)流程、方案并對(duì)被檢墻面不同破損類型進(jìn)行分析，從而得出較為客觀的外保溫墻體安全評(píng)價(jià)[1]。

1 基本原理

紅外熱成像設(shè)備將被測(cè)物體輻射出的紅外線能量經(jīng)掃描器聚集，信號(hào)轉(zhuǎn)換放大處理，最終在顯示器上顯現(xiàn)出反映被測(cè)物體溫度分布的熱成像圖。外界環(huán)境和建筑內(nèi)環(huán)境存在較為明顯的溫度差，使得室外太陽(yáng)輻射或大氣環(huán)境以導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射的方式與室內(nèi)進(jìn)行著熱量傳遞；由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)不同構(gòu)件傳熱性能差別較大（比如外窗和保溫墻體）或圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在缺陷部（比如缺陷部位保溫材料破損），故造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面存在較大溫度差，而紅外熱成像設(shè)備正好可以將圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的這些狀況以溫差云圖的形式反映出來[2]。

2 影響因素

2.1 檢測(cè)環(huán)境

從紅外熱成像檢測(cè)基本原理可知，檢測(cè)環(huán)境溫度的波動(dòng)和太陽(yáng)輻射均能對(duì)紅外成像數(shù)據(jù)、圖像精度產(chǎn)生較大影響，最終影響檢測(cè)準(zhǔn)確性。目前，國(guó)內(nèi)基于紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用于建筑外保溫工程檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)主要有JGJ/T 132—2009《居住建筑節(jié)能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ/T 277—2012《紅外熱像法檢測(cè)建筑外墻飾面粘結(jié)質(zhì)量技術(shù)》以及GB/T 29183—2012《紅外熱像法檢測(cè)建設(shè)工程現(xiàn)場(chǎng)通用技術(shù)要求》等；由于標(biāo)準(zhǔn)編制年代和工程應(yīng)用情況不同，其對(duì)檢測(cè)環(huán)境的要求也不盡相同，但有一些環(huán)境影響因素必須考慮：

1）檢測(cè)前后環(huán)境溫度和室內(nèi)溫度變化不宜過大，一般應(yīng)＜10℃；

2）檢測(cè)前后應(yīng)盡可能選擇低風(fēng)速條件且風(fēng)速變化不宜過大，風(fēng)速不宜＞4 m/s，風(fēng)速變化＜2級(jí)；

3）檢測(cè)前后受檢部位不應(yīng)受到太陽(yáng)直接照射；

4）應(yīng)避免檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)受降水、霧霾、揚(yáng)塵等的影響。

2.2 儀器操作及被測(cè)墻面

儀器設(shè)備拍攝距離、角度、校準(zhǔn)狀況，外墻飾面材料發(fā)射率及建筑物結(jié)構(gòu)變化（冷、熱橋）等因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大影響。

1）拍攝距離、角度及光學(xué)變焦鏡頭的影響。JGJ/T 277—2012中4.2.2（2）中規(guī)定：所選拍攝距離與角度及光學(xué)變焦鏡頭宜確保每張紅外熱像圖的最小可探測(cè)面積在目標(biāo)上≯50 mm×50 mm。

CECS204—2006《紅外熱像法檢測(cè)建筑外墻飾面層粘結(jié)缺陷技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：拍攝距離宜控制在10～50 m內(nèi)，50～200 m距離內(nèi)可使用長(zhǎng)焦鏡頭，5～10 m距離內(nèi)宜使用廣角鏡頭；仰角應(yīng)控制在45°以內(nèi)，水平傾角宜控制在30°以內(nèi)。

2）外墻飾面材料發(fā)射率。材料表面的發(fā)射率主要受材料種類、表面粗糙度、表面溫度和材料厚度等因素，從CECS 204—2006和JGJ/T 277—2012中的常用飾面材料表面發(fā)射率表可以發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律：材料表面越粗糙，發(fā)射率越??；越光滑，發(fā)射率越大。如：干燥常溫狀態(tài)下水泥砂漿發(fā)射率為0.54，20℃黃色平滑面飾面磚發(fā)射率為0.85，常溫下光滑大理石發(fā)射率為0.94。

3）建筑物外立面構(gòu)造。建筑物外立面凹凸?fàn)钔庑螛?gòu)造陰影區(qū)域及幕墻、門窗等反射陽(yáng)光不均勻?qū)е碌挠绊?，建筑物結(jié)構(gòu)變化（冷、熱橋）導(dǎo)致溫度場(chǎng)異常的影響。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)流程

典型的外保溫系統(tǒng)一般由飾面層、抹面層、保溫層和黏結(jié)層組成，由于長(zhǎng)期與外界環(huán)境接觸，抹面層中有機(jī)成分逐漸老化，同時(shí)受溫度應(yīng)力、水蒸氣滲透等多種因素疊加影響，逐漸失去黏結(jié)作用。從大量的報(bào)道來看，外保溫系統(tǒng)的安全事故多發(fā)生在面層。

外保溫系統(tǒng)面層的安全主要受飾面層阻止環(huán)境水蒸氣滲入，耐堿網(wǎng)格布起到抗拉伸作用，抹面層黏結(jié)作用，膨脹錨栓抗拔力的保護(hù)。這些保護(hù)機(jī)制中的一點(diǎn)或幾點(diǎn)如果出現(xiàn)問題，便會(huì)造成外保溫系統(tǒng)墻面的安全隱患。安全性不良的外保溫系統(tǒng)墻面通常伴隨著大范圍飾面層剝落、空鼓和裂紋的產(chǎn)生[3]。

通過梳理外保溫墻體失效原理可知，現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)應(yīng)重點(diǎn)圍繞破損部位嚴(yán)重程度判斷和破損類型的解讀展開，核心是判斷破損程度是否影響墻體的安全使用。

3.1 確定墻面破損類型和檢測(cè)部位

接到檢測(cè)任務(wù)后，首先要了解工程概況，包括建筑竣工時(shí)間、外保溫做法、日常維護(hù)保養(yǎng)狀況等信息；進(jìn)入工程現(xiàn)場(chǎng)，通過目測(cè)觀察墻面狀況，預(yù)估墻面破損程度和破損類型，以便為后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。

3.2 重點(diǎn)部位檢測(cè)

1）飾面層黏結(jié)不良。外墻飾面層黏結(jié)不良的墻面主要表征為外墻飾面層剝離、缺損、空鼓、風(fēng)化、弓凸、開裂等。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，經(jīng)過目測(cè)后對(duì)重點(diǎn)區(qū)域及其周邊1 m影響范圍內(nèi)進(jìn)行局部錘擊，以進(jìn)一步判斷外墻的缺陷狀況。采用圖像相減的方法，統(tǒng)計(jì)外墻飾面層脫黏空鼓率。對(duì)飾面層進(jìn)行紅外熱成像掃描時(shí)應(yīng)注意混色飾面磚或涂料以及表面有較大凹凸裝飾物對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。見圖1。

圖1 外墻飾面層脫落

2）外墻表面裂縫。裂縫是外墻保溫系統(tǒng)外表面常見的病害形式。完好的墻面表面溫度場(chǎng)呈均勻狀態(tài)；而有裂縫的墻面，由于內(nèi)部破損或裂縫區(qū)域滲水，在熱成像圖上與其他區(qū)域呈現(xiàn)明顯的溫度差異，通過分析裂縫的分布區(qū)域、走向和長(zhǎng)度，從而判斷裂縫對(duì)外保溫系統(tǒng)墻體的危害程度[3]。見圖2。

圖2 外墻表面裂縫

3）錨栓數(shù)量和位置的判斷。在大量的工程檢測(cè)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，通過紅外熱成像可以有效判斷外墻保溫墻面上的錨栓數(shù)量和位置。外保溫用錨栓由塑料圓盤和金屬錨釘組成，與周圍保溫材料相比，錨栓部位的傳熱性能要差很多，在該部位形成局部熱橋，從而在紅外熱像圖上形成明顯影像[4]。通過紅外熱像圖可以較為準(zhǔn)確的判斷錨栓數(shù)量是否滿足要求和位置是否正確。見圖3。

圖3 外墻表面錨栓

3.3 安全狀況評(píng)價(jià)

截至目前，國(guó)內(nèi)尚未出臺(tái)針對(duì)外保溫系統(tǒng)安全性評(píng)價(jià)的指導(dǎo)性規(guī)范；就檢測(cè)目的而言，安全性評(píng)價(jià)主要是作為判斷墻面是否需要修繕的技術(shù)依據(jù)。

結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，如果工程現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)以下情況則可認(rèn)定外保溫墻體安全狀況比較嚴(yán)重，應(yīng)盡快進(jìn)行修繕。

1）墻體出現(xiàn)較大面積飾面層剝落和空鼓。墻面出現(xiàn)較大面積空鼓說明抹面層已逐漸喪失與保溫層的黏結(jié)性能，失去飾面層保護(hù)的抹面層將直接暴露在自然環(huán)境中，空氣中水蒸氣或雨水便會(huì)順著抹面層進(jìn)入與保溫層間的空鼓部位，使得空鼓部位因內(nèi)部水蒸氣壓力增大而加速膨脹，最終導(dǎo)致面層破壞而脫落。

2）墻體出現(xiàn)較大范圍裂縫且呈筆直水平走向。墻面出現(xiàn)較為筆直的水平裂縫主要是由于相鄰兩塊保溫板之間因產(chǎn)生方向相反的溫度應(yīng)力，當(dāng)該力超過抹面層中耐堿網(wǎng)格布的抗拉力時(shí)，導(dǎo)致抹面層沿板縫位置整體撕裂。這種情況對(duì)墻面的破壞是非常嚴(yán)重的，如遇大風(fēng)天氣，墻面會(huì)非常容易出現(xiàn)嚴(yán)重的脫落安全事故[4～5]。

4 結(jié)論和建議

通過梳理已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出較為實(shí)用的檢測(cè)流程和評(píng)價(jià)方法。值得注意的是，應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)外保溫系統(tǒng)安全性檢測(cè)的同時(shí)，一般還要配合一些現(xiàn)場(chǎng)外墻面取芯、錨栓拉拔或面層拉伸黏結(jié)強(qiáng)度等檢測(cè)手段，對(duì)紅外熱像圖中發(fā)現(xiàn)的問題加以定量驗(yàn)證，從而得出較為綜合準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)論。

同時(shí)，如遇到樓層較高的工程現(xiàn)場(chǎng)，還可以利用無人機(jī)吊載紅外熱像儀，對(duì)較高位置的破損部位進(jìn)行近距離較為細(xì)致的掃描，從而降低因拍攝角度問題導(dǎo)致的檢測(cè)偏差。

今后還需要加強(qiáng)對(duì)外保溫系統(tǒng)造成缺陷的機(jī)理進(jìn)行深入研究，擴(kuò)展利用紅外熱像技術(shù)在外保溫系統(tǒng)墻體上的應(yīng)用場(chǎng)景，探究盡量?jī)H通過墻體表面缺陷而準(zhǔn)確反映其安全狀況的理論模型。