紅外熱像技術(shù)在房屋建筑檢測中的應(yīng)用分析

周慶宇 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院，安徽 合肥 230031）

紅外熱像檢測技術(shù)，可以快速準(zhǔn)確安全地探測到一些重要建筑物的關(guān)鍵部位，并安全地識別原建筑物。在20世紀(jì)90年代，中國就開始探索紅外建筑。第一，重點研究外墻裝飾磚的粘結(jié)質(zhì)量和滲漏檢測。紅外線熱像儀具有大范圍、非接觸、遠(yuǎn)距離探測、不影響被測物體等優(yōu)點，使用安全可靠的儀器可以得到直觀的檢測結(jié)果，因此紅外熱像檢測技術(shù)在建筑界迅速發(fā)展。

1 紅外熱像技術(shù)概述

大自然中，當(dāng)溫度大于或等于零時，通過分子的運動發(fā)出紅外輻射。紅外線熱成像技術(shù)是將物體輻射的非可見紅外輻射能量轉(zhuǎn)換成可見溫度場，用不同的顏色來表示不同的溫度。在軍事和私營部門都有廣泛的應(yīng)用。紅外線熱像儀具有高效、靈敏、直觀、非接觸等特點。對裝修材料損壞范圍小，就能準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)防水層缺陷，將修復(fù)方案提交缺陷現(xiàn)場。紅外線熱像法主要是對建筑物表面的輻射溫度進行檢測，根據(jù)內(nèi)部缺陷所形成的紅外熱成像特征，分析缺陷的存在、位置和大小。在防水缺陷時，由于水與周圍環(huán)境存在溫差，可以用紅外熱像儀找出缺陷。

2 案例分析

以X酒店高層建筑為例，建筑物采用全框架結(jié)構(gòu)。外保溫采用聚苯乙烯微粒，外飾瓷磚。據(jù)建設(shè)單位提供的施工資料，該項目的保溫層施工完全符合國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。建筑物墻體質(zhì)量檢測過程中，根據(jù)業(yè)主要求，采用紅外熱成像法對外墻裝飾材料的粘結(jié)質(zhì)量及外墻外保溫層施工進行了綜合檢測。在拆除前，完成外墻外表面的檢查。酒店檢查時日間平均氣溫超過10℃，低濕度，微風(fēng)。根據(jù)建筑的方向，東面和西面的外墻將在早上和下午進行檢查。檢驗范圍包括整個建筑物的外墻裝飾。在探測場景時，根據(jù)不同的探測區(qū)域，在目標(biāo)外壁每一邊提供多個探測和穿孔點，并盡可能將射擊距離限制在50m以內(nèi)。紅外線測溫儀的觀測方向和外墻裝飾面的正常方向一般都小于35°。若某些探測區(qū)域照相距離大于50m，則長焦透鏡與紅外熱像儀相連。每一檢測點采用高分辨率攝像機，根據(jù)紅外范圍拍攝可見光照片，紅外線散熱器和攝像機拍攝的照片統(tǒng)一編號拍攝。為了保證試驗工作的正常展開，必須在正式試驗前，根據(jù)外壁發(fā)射率對紅外溫度計進行調(diào)整。用于現(xiàn)場檢測的設(shè)備是NEC紅外溫度計。可以達(dá)到0.03℃的溫度分辨率，其精度滿足外表面檢測精度的要求。經(jīng)過檢驗，該建筑外墻大部分區(qū)域施工及維修質(zhì)量良好，只有局部異常和質(zhì)量問題[1]。

該建筑物外墻外保溫采用聚苯乙烯顆粒裝飾面層。大多數(shù)建筑物的外墻部位溫度相近，結(jié)構(gòu)不同，所以窗戶處于一定的高溫，輪廓十分清晰。分析表明，每個窗口容易識別，每個窗口的玻璃狀態(tài)可以準(zhǔn)確分辨，外部圖像的紅色效果清晰。在建筑物右端有一個明顯的不規(guī)則的低溫區(qū)域，溫度比外墻低2-3℃。利用紅外成像理論，可以判斷外墻的質(zhì)量是否有缺陷。這座建筑的外墻很干凈，外貼外墻磚效果好。通過兩個圖像的對比，可以對工藝特征進行匹配，保證外表面加熱層存在質(zhì)量缺陷或缺陷。外觀面磚在粘貼過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題時，紅外圖像應(yīng)顯示局部高溫異常。然而，不能根據(jù)建筑商提交的建筑記錄調(diào)查原因。為保證施工質(zhì)量，在業(yè)主、監(jiān)理和承包商的見證下，對不正常區(qū)域的外墻外保溫及裝飾面進行現(xiàn)場抽樣驗證[2]。另外，一些裝飾磚從普通外墻被移走，用于比較。該水泥砂漿僅含聚苯乙烯微粒，其絕熱性能與標(biāo)準(zhǔn)要求有很大差異。大樓內(nèi)的聚苯乙烯顆粒正常，符合國家執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。建筑地面采用現(xiàn)場混凝土施工。各壁用含氣混凝土砂漿、K11聚合物水泥砂漿防水層，淋浴房表面水層高度為200cm。室內(nèi)裝飾使用后，立面及室內(nèi)出現(xiàn)較大的漏水，外墻壁紙脫落[3]。

3 紅外熱成像技術(shù)在建筑外墻及滲漏檢測中的應(yīng)用

3.1 建筑外墻的應(yīng)用

經(jīng)過現(xiàn)場檢測可看出，在非正常的低溫區(qū)域外，通過紅外線探測外墻隔熱材料沒有嚴(yán)重的質(zhì)量問題。建筑物不能達(dá)到隔熱效果，外墻有嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷。經(jīng)紅外線探測，發(fā)現(xiàn)正常區(qū)域外保溫材料適宜，保溫效果好。結(jié)果表明，應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)檢測外墻裝飾面是準(zhǔn)確可靠的[4]。對外壁進行紅外探測的靈敏度主要取決于外表面的光照強度。因為探測器接收來自外墻的紅外光，所以會受到太陽輻射變化的極大影響。為掌握太陽輻射對紅外探測的影響程度，分析了紅外探測的靈敏度，選擇了建筑物外墻磚的氣壓值進行了一系列時間周期觀測。紅外觀測的溫差與外墻相對的時區(qū)差異較大，而且質(zhì)量問題也存在。15:30的觀測溫差最大，檢測靈敏度最高，檢測效果顯著。早、晚溫差小可能不能有效區(qū)分。所以，在采用紅外熱成像技術(shù)對外墻進行檢測時，應(yīng)根據(jù)建筑物表面方向選擇合適的探測時間。外壁紅外探測的靈敏度不僅取決于外墻的亮度，還取決于環(huán)境濕度、拍攝角度、拍攝距離、外墻材料及儀器精度。如上表所示。

紅外線檢測結(jié)果（℃）

因為外墻紅外探測主要接收外墻的紅外輻射，所以測量的效果不僅取決于分析的測量周期、環(huán)境濕度、拍攝角度、距離有關(guān)，還與天氣、外墻狀況有關(guān)。舉例來說，無法檢測到下雨天。晴天時，正常部件和有質(zhì)量問題的部件的溫差不超過0.5℃。在這個時候，紅外探測會以錯誤的方式進行。外飾面積不均勻，雨水可以滲入墻壁的中空部分，這時，外壁的紅外特征差別很大，無法分辨這些缺陷。在雨水蒸發(fā)過程中進行測量也會造成誤解。在雨后，墻壁將會完全干燥并被檢測。檢測應(yīng)從晴天起連續(xù)三天，在紅外探測中，應(yīng)注意條件的檢測，必要時可采用其他方法進行驗證。如上文所述，采用紅外熱像儀檢測外墻時，若外部探測條件良好，則可選擇合適的時間區(qū)域，并能得到可靠的檢測結(jié)果[5]。

3.2 滲漏檢測中的應(yīng)用

酒店上下兩層都沒有漏水現(xiàn)象，廁所也沒有漏水現(xiàn)象。但是，同一層樓和酒店走廊里的房間潮濕、剝落，并有氣泡。浴室外面是旅館的走廊。通過分析，我們判斷旅館房間的上層沒有被水淹沒。洗手間的地板是防水層，說明質(zhì)量較好，淋浴房前防水層施工質(zhì)量不確定，把酒店房間的室溫調(diào)至28℃左右，使房間的溫度和房間的溫度一致。在清水洗凈表面兩分鐘后，用干布擦干。下圖顯示了用紅外溫度計在地面泄漏附近拍攝的圖像。

地漏附近紅外線成像

紅外線照相時，溫度越高，所照顏色逐漸由冷色轉(zhuǎn)變?yōu)榕此{(lán)、綠、黃、橙、紅。在室溫28℃時，恒溫器內(nèi)馬桶裝飾材料呈紅色，但溫度在15℃左右，遠(yuǎn)低于室溫，呈藍(lán)色顯示。該建筑淋浴房在地面漏水后，地磚表面的水分被擦去，具有防水功能，不吸水，溫度略有下降，呈橙色。只有很少的冷水落在地磚上。但是，泄漏周圍的紅外熱圖顯示為綠色，這時，地磚表面已經(jīng)干透，說明靠近地面的地磚下粘結(jié)層中有大量的水分[6]。水的溫度不會在短時間內(nèi)上升，也不會達(dá)到室溫。結(jié)果是，泄漏周長略超過15℃，表明地面泄漏沒有密封在防水或排水口中，水坑留在地面泄漏周圍的粘合層上，并在周圍擴散。所以，懷疑衛(wèi)生間和浴缸的出口在施工過程中沒有封口。浴室和廁所打開后，我發(fā)現(xiàn)出口沒有封口。所以，當(dāng)需要大量排水時，排水不及時，水從浴缸排水口溢出，浴缸和浴缸之間的空間被掩埋。這一次所產(chǎn)生的水壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地面泄漏附近洪水造成的壓力。洗手間的地板是防水的，所以水深有30cm。水分從廁所門的粘合層溢出到室內(nèi)。洗澡的時候，發(fā)現(xiàn)墻磚粘在浴缸底部。可以檢查垂直防水結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。拆開浴缸，觀察前方。因防水層采用K1L聚合物水泥砂漿，其外觀與普通水泥砂漿相似，所以沒有發(fā)現(xiàn)防水層缺陷，也不能確定其是否按設(shè)計圖紙進行防水處理。

經(jīng)過紅外線檢測可知該建筑頂墻磚和鐵錐體呈紅色，其溫度接近室溫，下墻磚的紅外熱像顯示為紅、橙、黃、綠。在鐵錐的高度對比中，墻下垂的直面有20～30cm的橙色區(qū)域，溫度逐漸下降。可判定距離地面20m～30m。水灰漿不吸水，中央?yún)^(qū)域的溫度與環(huán)境溫度有很大的不同，以綠色和藍(lán)色為主。因為冷水?dāng)U散入灰漿，溫度迅速下降。藍(lán)色表明灰漿內(nèi)部的空洞或缺陷會使灰漿產(chǎn)生大量水分。淋浴房外走廊積水的主要原因是淋浴房地面沒有防水材料。紅外線熱像儀能準(zhǔn)確判斷酒店浴室內(nèi)是否有泄漏，發(fā)現(xiàn)泄漏源，進行泄漏修復(fù)。紅外線熱像儀檢測準(zhǔn)確找出水浸點，減少損壞和裝飾，由維修人員直接制定泄漏現(xiàn)場維修計劃，節(jié)省時間和費用。紅外熱成像技術(shù)可直觀地顯示出色差，由于防水層外觀與周圍環(huán)境一致，而且沒有泄漏源的防水過程。紅外線熱像儀檢測泄漏的問題不僅限于廁所。也可應(yīng)用在如隧道、地下建筑、大型建筑物的外墻、爆炸冷水管道等工程中，使用方便，面積大，不可見。

4 結(jié)語

紅外線成像檢測方法的應(yīng)用，使得建筑物外墻檢驗驗收逐步做到客觀公正，解決了現(xiàn)場檢測有限、檢測數(shù)量有限、觀察直觀、人工敲擊等代表性不足。紅外熱成像檢測技術(shù)的優(yōu)點是檢測靈敏度高，檢測結(jié)果可靠；從成本上看，檢測覆蓋范圍廣，無損檢測效率高；又具有非接觸性，有效避免了檢測過程中的安全事故。它是工程檢測技術(shù)領(lǐng)域中的一大飛躍。它不僅適用于高電壓線路的外墻質(zhì)量檢測，也適用于瀝青路面鋪裝質(zhì)量的現(xiàn)場實時監(jiān)控，以及高壓線電纜的損傷檢測。