粘鋼加固法紅外熱像檢測技術(shù)應(yīng)用

陸 悅

（蘇州市相城檢測股份有限公司，江蘇 蘇州 215133）

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在多元化工程當(dāng)中占據(jù)著核心位置，對(duì)保證工程穩(wěn)定性、安全性具有重要價(jià)值。尤其在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景下，各工程施工質(zhì)量備受矚目，不僅關(guān)系到工程本身的長遠(yuǎn)發(fā)展，還關(guān)系到群眾的安全及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的重要性就更加凸顯出來。粘鋼加固法是提升混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的有效措施之一，能有效增強(qiáng)原構(gòu)件的抗壓、抗彎、抗剪等能力，讓整體結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、更扎實(shí)、更長久，更符合當(dāng)前工程建設(shè)在構(gòu)件強(qiáng)度上的需求，因而得到了非常廣泛的運(yùn)用，紅外熱像檢測技術(shù)作為行之有效、方便快捷的檢測技術(shù)，在粘鋼加固法施工質(zhì)量檢測工作中發(fā)揮著重要作用，值得相關(guān)單位及人員予以更多關(guān)注，并研究切實(shí)可行的措施實(shí)現(xiàn)合理化運(yùn)用。

1 粘鋼加固法的內(nèi)涵

粘鋼加固法指的是在原有混凝土構(gòu)件基礎(chǔ)上運(yùn)用膠粘劑粘上鋼板，如此鋼板與原構(gòu)件就能成為一個(gè)整體，一同為工程提供支撐，能讓原本承載力不足的混凝土結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，使其在外界壓力發(fā)生變化時(shí)能保持應(yīng)有支撐能力。在工程當(dāng)中主要可應(yīng)用于發(fā)生彎曲、承載力不足、偏心受壓、外部拉力大等存在彎折、坍塌等的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之上，以鋼板本身的支撐能力彌補(bǔ)原構(gòu)件的不足。

傳統(tǒng)施工模式當(dāng)中也有很多加固技術(shù)，如托換技術(shù)、裂縫修補(bǔ)技術(shù)、植筋技術(shù)、表面處理技術(shù)等，但粘鋼加固法與之相比具有諸多優(yōu)勢。其一，工時(shí)消耗短，適用性強(qiáng)。粘鋼加固法主要是通過膠粘劑進(jìn)行鋼板與混凝土的粘合，所使用的膠粘劑凝固時(shí)間一般情況下都比較短，大約3 d 時(shí)間就可完全凝固，并可直接將加固后構(gòu)件應(yīng)用于施工，在粘鋼、凝固全過程中周圍工程不必停工，且對(duì)周圍工程的影響較小，只要將構(gòu)件上方承受的重量卸除即可。因此，整體消耗時(shí)間短，適用性較強(qiáng)，尤其對(duì)于工期較短、加固需求急的工程而言更加實(shí)用；其二，施工過程不繁瑣，對(duì)施工人員技術(shù)要求并不高。該加固方法只需要先清潔原構(gòu)件表面，再將膠粘劑均勻涂抹于原構(gòu)件表面，將其與鋼板粘在一起形成一個(gè)整體，期間不會(huì)涉及非常復(fù)雜的工序及設(shè)備，消耗的人力資源也比較少，成本消耗比較低；其三，雖然鋼板很薄，但加固效果非常明顯。在施工期間所運(yùn)用的鋼板一般情況下都很薄，加固以后基本不會(huì)改變原構(gòu)件的橫切面，鋼板本身的重量也很小，不會(huì)對(duì)原構(gòu)件造成很大負(fù)擔(dān)，但其與膠粘劑之間的協(xié)同配合能夠?yàn)樵瓨?gòu)件提供很大強(qiáng)度，并將原構(gòu)件結(jié)構(gòu)固定起來，即使原構(gòu)件本身存在裂縫后彎曲也能得到有效控制，整體結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、更安全。

由此可見，粘鋼加固技術(shù)在工程中的運(yùn)用具有重要價(jià)值，但也正因如此，其施工質(zhì)量控制也更為重要，施工期間技術(shù)人員需要進(jìn)行全過程質(zhì)檢，如此才能保證其加固效果符合工程需求。

2 紅外熱像檢測技術(shù)在粘鋼加固法當(dāng)中的應(yīng)用價(jià)值

在實(shí)施粘鋼加固技術(shù)以后，需要對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行檢測，需要了解其與鋼板之間的粘貼情況，若粘貼不牢固或構(gòu)件與鋼板之間存在空氣、縫隙等，就會(huì)大幅降低加固效果，甚至留下安全隱患。但由于原構(gòu)件的表面會(huì)鋼板覆蓋，檢測位置處于技術(shù)人員用肉眼無法直觀看到的狀態(tài)，因此需要借助其他檢測技術(shù)及儀器，間接了解其中實(shí)際情況。在以往施工期間，技術(shù)人員會(huì)嘗試運(yùn)用觀察法、敲擊法、超聲發(fā)射法等，雖然這些方法對(duì)加固構(gòu)件的影響較小，但形成的檢測效果并不理想。而紅外熱像檢測是通過紅外探測器進(jìn)行檢測，其在距離構(gòu)件20 cm 或更遠(yuǎn)的距離都能夠做到精準(zhǔn)檢測，檢測期間無需與構(gòu)件形成直接接觸，且檢測視域非常廣泛，成像非常清晰，能在真正無損的前提下得出更加可靠的檢測結(jié)果。同時(shí)，其能夠在軟件當(dāng)中輸入、儲(chǔ)存、重現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠讓技術(shù)人員直觀看到構(gòu)件內(nèi)部情況，且除紅外檢測儀以外，不需要借助更多復(fù)雜工具，在不受外界影響情況下檢測速度很快，無需大量人員支持，真正做到省時(shí)、省力、省工。由此可見，紅外熱像檢測技術(shù)在粘鋼加固法當(dāng)中的運(yùn)用具有多元化價(jià)值，但其對(duì)技術(shù)人員水平要求較高，不僅要能靈活、精準(zhǔn)操作儀器，還需要具備數(shù)據(jù)分析等能力，目前來看受到技術(shù)、理念等因素的限制，其并未在粘鋼加固法當(dāng)中得到大面積應(yīng)用。

3 紅外熱像檢測在粘鋼加固法中的應(yīng)用原理

紅外熱像技術(shù)的原理主要是根據(jù)熱輻射定律，其公式為P= Τσε，其中P表示輻射能，σε表示玻爾茲曼常數(shù)，σε表示物體表面發(fā)射率，且0<σε<1，公式中變量的變化會(huì)影響溫度與輻射率，進(jìn)而使紅外輻射數(shù)量發(fā)生變化，這種變化會(huì)在紅外熱像圖當(dāng)中呈現(xiàn)出來。而紅外熱像檢測技術(shù)主要是根據(jù)紅外熱像原理，運(yùn)用紅外檢測儀對(duì)檢測對(duì)象進(jìn)行掃描，將檢測對(duì)象各位置的溫度變化呈現(xiàn)在溫度云圖當(dāng)中，通過對(duì)云圖的分析，能夠?qū)z測對(duì)象的質(zhì)量進(jìn)行判斷。在結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷檢測、材料強(qiáng)度檢測、材料內(nèi)部構(gòu)造缺陷檢測等領(lǐng)域都得到了廣泛運(yùn)用，且呈現(xiàn)出優(yōu)秀的應(yīng)用價(jià)值。該技術(shù)在粘鋼加固法當(dāng)中的運(yùn)用也是依照這一原理進(jìn)行，主要通過有、無外部熱源干擾的方式完成檢測流程，以下將針對(duì)這兩種檢測方式的原理及區(qū)別進(jìn)行闡述。

3.1 無外加熱源的應(yīng)用原理

對(duì)于符合質(zhì)量要求的粘鋼加固結(jié)構(gòu)而言，鋼板與混凝土結(jié)構(gòu)之間不能存在空鼓，也就是需要呈現(xiàn)完全貼合的狀態(tài)，但若其中出現(xiàn)空鼓就代表質(zhì)量有損，無法形成理想加固、支撐效果。而空鼓本身具有隔熱效果，會(huì)將鋼筋與混凝土隔離開來，溫度在其間無法實(shí)現(xiàn)傳播，或傳播速度更慢。在外界沒有對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱的情況下，混凝土結(jié)構(gòu)本身的溫度要高于鋼筋溫度，此時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)的熱量會(huì)向鋼筋傳導(dǎo)，若質(zhì)量合格那么紅外線熱成像中呈現(xiàn)出的應(yīng)該是均勻的溫度分布，若其中存在空鼓，那么空鼓處的溫度應(yīng)該會(huì)低于其他位置，如此就能了解鋼板與混凝土結(jié)構(gòu)之間的實(shí)際粘貼情況。

3.2 有外界熱源的應(yīng)用原理

在沒有外界熱源且處于同一溫度環(huán)境當(dāng)中時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)與鋼板之間的溫差較小，為增加二者溫差可選擇外部解熱的方式。實(shí)施期間，需要先運(yùn)用液氮等物質(zhì)讓鋼板表面快速冷卻下來，當(dāng)鋼板表面的溫度與外界環(huán)境溫度形成較大溫差時(shí)，外界環(huán)境中的熱量會(huì)快速傳遞給鋼板，再由鋼板傳遞給混凝土結(jié)構(gòu)，若其二者之間存在空鼓，紅外熱成像就會(huì)呈現(xiàn)出不均勻的溫度分布情況，存在空鼓位置的溫度明顯高于其他位置，以此也能達(dá)到有效質(zhì)檢的目的。除了降溫以外，還可通過外部加熱的方式，直接在鋼板表面增加熱源，讓鋼板溫度迅速上升，以此拉開鋼板與混凝土之間的溫差，在生成的紅外溫度云圖中也能清晰呈現(xiàn)空鼓位置及溫度。

3.3 二者之間的相互比較

由以上兩種方法的描述可知，在沒有外界熱量干預(yù)時(shí)，鋼板與混凝土之間的溫差較小，外界溫度也基本上與整體加固結(jié)構(gòu)持平，而紅外熱像檢測技術(shù)主要就是通過溫差的檢測來了解鋼板粘貼情況，因此相較于有外界熱源的檢測方式來說，無熱源干預(yù)的方式難度更高、準(zhǔn)確性更低。而對(duì)于有外界熱源干預(yù)的檢測方式來說，其需要用到液氮等物質(zhì)讓加固結(jié)構(gòu)快速冷卻，而這種物質(zhì)具有很強(qiáng)流動(dòng)性，這種加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)用性可能不強(qiáng)。因此，檢測人員需要結(jié)合粘鋼加固結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況選擇適宜的檢測方法。

4 紅外熱像檢測技術(shù)在有限元軟件中的分析

4.1 分析過程

有限元軟件是一種常見的通用分析軟件，其可運(yùn)用一種數(shù)字化方式模擬真實(shí)的工程狀況，將復(fù)雜的問題通過簡單方式模擬出來，能夠應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜多變的情況，在當(dāng)前工程分析工作中比較常用。為分析紅外熱像檢測技術(shù)的可行性，筆者運(yùn)用有限元軟件對(duì)其進(jìn)行模擬分析。首先，選擇了一個(gè)鋼筋混凝土橫梁結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行粘鋼加固，加固選用的鋼板厚度為3 mm，其表面積與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相同。其次，為了測試分析紅外熱像檢測技術(shù)的有效性，刻意在粘鋼期間留有4 處大小不一的空鼓位置，主要是通過減少膠粘劑用量、覆蓋面的方式來實(shí)現(xiàn)，如在需要出現(xiàn)空鼓的位置刻意少用一些膠粘劑。最后，等待膠粘劑凝固以后，通過外部加熱的方式提升鋼板表面溫度，再用紅外檢測儀進(jìn)行掃描成像，在呈現(xiàn)出來的溫度云圖當(dāng)中，能夠明顯看出空鼓位置及各個(gè)空鼓的具體溫度。

4.2 分析結(jié)果

經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)紅外熱像檢測技術(shù)確實(shí)能檢測出粘鋼加固法的實(shí)施效果，能明確體現(xiàn)鋼板與混凝土結(jié)構(gòu)之間存在的空鼓位置及范圍，能夠?qū)庸绦ЧM(jìn)行準(zhǔn)確分析。與傳統(tǒng)檢測方式相比，紅外熱像檢測技術(shù)也能呈現(xiàn)出較多優(yōu)勢，如避免直接接觸、避免破壞鋼板、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、成像清晰等，能有效應(yīng)對(duì)敲擊法等檢測方法存在的不足。比如，即使在面對(duì)大面積掃描的情況下，也能靈活應(yīng)對(duì)，并呈現(xiàn)出較為理想的檢測結(jié)果；尤其針對(duì)位置較高的粘鋼結(jié)構(gòu)而言，檢測人員不需要借助腳手架登高檢測，運(yùn)用紅外熱像檢測技術(shù)可在地面完成掃描過程，檢測結(jié)果并不會(huì)受到影響，在軟件上可重現(xiàn)掃描過程及結(jié)果。另外，筆者研究發(fā)現(xiàn)紅外熱像技術(shù)的靈敏度也比其他檢測技術(shù)要高很多，只要空鼓溫度與周圍溫度相差0.1 ℃以上，就能被精準(zhǔn)檢測出來，數(shù)值非?？煽?。

但該檢測技術(shù)也有不足之處，如在進(jìn)行外部溫度干預(yù)措施時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)降溫措施不均勻、不全面的問題，如此即使加固結(jié)構(gòu)當(dāng)中不存在空鼓，也會(huì)在鋼板表面呈現(xiàn)出不均勻溫差，因而擾亂紅外檢測儀的掃描質(zhì)量，降低檢測準(zhǔn)確性。另外，對(duì)位于底面的粘鋼結(jié)構(gòu)來說，液氮降溫的方式并不實(shí)用，但若不進(jìn)行外部溫度干預(yù)，鋼板與混凝土之間基本處于熱平衡，這也會(huì)影響檢測準(zhǔn)確度。因此，該技術(shù)還存在一定進(jìn)步空間，需要結(jié)合市場需求進(jìn)一步優(yōu)化，滿足更多粘鋼加固結(jié)構(gòu)的檢測需求。

5 紅外熱像檢測技術(shù)在粘鋼加固法當(dāng)中的注意事項(xiàng)

首先，注意前期準(zhǔn)備工作。雖然紅外熱像檢測技術(shù)在實(shí)施期間并不會(huì)涉及非常復(fù)雜的內(nèi)容，但依然需要在檢測之前做好萬全準(zhǔn)備，如此才能保證檢測流程順利進(jìn)行。如：需要事先針對(duì)即將檢測的粘鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，了解鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，并明確質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)，依照實(shí)際需求選擇恰當(dāng)?shù)臋z測方式，尤其要分析其是否適合運(yùn)用紅外熱像技術(shù)進(jìn)行檢測。還需要設(shè)定切實(shí)可行的檢測方案，通過各相關(guān)部門負(fù)責(zé)人的審核，提升檢測方案科學(xué)性及合理性。此外，還要做好設(shè)備、人員的準(zhǔn)備。在設(shè)備上要提前進(jìn)行檢查，保證檢測設(shè)備可運(yùn)行且準(zhǔn)確性符合質(zhì)檢要求，若檢測設(shè)備出現(xiàn)故障，要及時(shí)維修或更換。人員上，要確保其全面掌握紅外熱像檢測技術(shù)，全面了解檢測流程及注意事項(xiàng)，為后續(xù)檢測工作奠定基礎(chǔ)。其次，在檢測期間要進(jìn)行全方位監(jiān)督與管理，盡可能保障檢測質(zhì)量。尤其要加強(qiáng)技術(shù)人員操作規(guī)范性管理，若采用外部溫度干預(yù)方法進(jìn)行檢測，就需要確保液氮等降溫物質(zhì)的均勻澆灑，檢測期間減少外部環(huán)境溫度的大幅度變化，避免溫差過大影響檢測結(jié)果。總之，需要在做好檢測準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)檢測技術(shù)實(shí)施的全過程管理。

6 結(jié)束語

綜上所述，粘鋼加固法在工程當(dāng)中的運(yùn)用具有重要價(jià)值，其對(duì)提升混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性大有裨益，紅外熱像檢測技術(shù)能夠在無接觸、無破壞的情況下對(duì)粘鋼加固技術(shù)進(jìn)行檢測，精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)其中空鼓的位置及面積，為檢測人員及技術(shù)人員提供了諸多便利條件，能夠大幅提升粘鋼加固結(jié)構(gòu)的檢測質(zhì)量，為整體工程穩(wěn)定提供保障。未來施工期間，相關(guān)企業(yè)及人員應(yīng)注重對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)的合理化運(yùn)用，在全面了解紅外熱像技術(shù)原理及實(shí)施方式的同時(shí)，針對(duì)粘鋼加固結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況選擇合理的檢測方式，結(jié)合當(dāng)前市場需求挖掘技術(shù)的不足之處，通過技術(shù)創(chuàng)新、融合等方式提升技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量。