外保溫墻體紅外熱成像檢測技術分析

龐 偉

（天津市建筑材料科學研究院有限公司，天津 300381）

外墻外保溫系統由于自重小、保溫效果好等特點，在我國建筑保溫工程中被廣泛應用；但隨著使用時間增加，早期外保溫系統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。在諸多外保溫系統安全性現場檢測方法中，紅外熱成像技術以診斷速度快、檢查范圍廣、溫差反應敏感、無需對被測墻體進行破壞等特點，受到業內廣泛關注。目前國內紅外熱成像相關檢測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老化情況嚴重、現場紅外特征較為復雜、檢測難度大，本文從紅外熱成像基本原理入手，分析影響測試精度的各種影響因素，梳理檢測流程、方案并對被檢墻面不同破損類型進行分析，從而得出較為客觀的外保溫墻體安全評價[1]。

1 基本原理

紅外熱成像設備將被測物體輻射出的紅外線能量經掃描器聚集，信號轉換放大處理，最終在顯示器上顯現出反映被測物體溫度分布的熱成像圖。外界環境和建筑內環境存在較為明顯的溫度差，使得室外太陽輻射或大氣環境以導熱、對流和輻射的方式與室內進行著熱量傳遞；由于圍護結構不同構件傳熱性能差別較大（比如外窗和保溫墻體）或圍護結構內部存在缺陷部（比如缺陷部位保溫材料破損），故造成圍護結構表面存在較大溫度差，而紅外熱成像設備正好可以將圍護結構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 檢測環境

從紅外熱成像檢測基本原理可知，檢測環境溫度的波動和太陽輻射均能對紅外成像數據、圖像精度產生較大影響，最終影響檢測準確性。目前，國內基于紅外熱成像技術應用于建筑外保溫工程檢測的標準主要有JGJ/T 132—2009《居住建筑節能檢測標準》、JGJ/T 277—2012《紅外熱像法檢測建筑外墻飾面粘結質量技術》以及GB/T 29183—2012《紅外熱像法檢測建設工程現場通用技術要求》等；由于標準編制年代和工程應用情況不同，其對檢測環境的要求也不盡相同，但有一些環境影響因素必須考慮：

1）檢測前后環境溫度和室內溫度變化不宜過大，一般應＜10℃；

2）檢測前后應盡可能選擇低風速條件且風速變化不宜過大，風速不宜＞4 m/s，風速變化＜2級；

3）檢測前后受檢部位不應受到太陽直接照射；

4）應避免檢測現場受降水、霧霾、揚塵等的影響。

2.2 儀器操作及被測墻面

儀器設備拍攝距離、角度、校準狀況，外墻飾面材料發射率及建筑物結構變化（冷、熱橋）等因素對檢測結果產生較大影響。

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

CECS204—2006《紅外熱像法檢測建筑外墻飾面層粘結缺陷技術規程》規定：拍攝距離宜控制在10～50 m內，50～200 m距離內可使用長焦鏡頭，5～10 m距離內宜使用廣角鏡頭；仰角應控制在45°以內，水平傾角宜控制在30°以內。

2）外墻飾面材料發射率。材料表面的發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射率表可以發現一些規律：材料表面越粗糙，發射率越?。辉焦饣?，發射率越大。如：干燥常溫狀態下水泥砂漿發射率為0.54，20℃黃色平滑面飾面磚發射率為0.85，常溫下光滑大理石發射率為0.94。

3）建筑物外立面構造。建筑物外立面凹凸狀外形構造陰影區域及幕墻、門窗等反射陽光不均勻導致的影響，建筑物結構變化（冷、熱橋）導致溫度場異常的影響。

3 現場檢測流程

典型的外保溫系統一般由飾面層、抹面層、保溫層和黏結層組成，由于長期與外界環境接觸，抹面層中有機成分逐漸老化，同時受溫度應力、水蒸氣滲透等多種因素疊加影響，逐漸失去黏結作用。從大量的報道來看，外保溫系統的安全事故多發生在面層。

外保溫系統面層的安全主要受飾面層阻止環境水蒸氣滲入，耐堿網格布起到抗拉伸作用，抹面層黏結作用，膨脹錨栓抗拔力的保護。這些保護機制中的一點或幾點如果出現問題，便會造成外保溫系統墻面的安全隱患。安全性不良的外保溫系統墻面通常伴隨著大范圍飾面層剝落、空鼓和裂紋的產生[3]。

通過梳理外保溫墻體失效原理可知，現場安全檢測應重點圍繞破損部位嚴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部位

接到檢測任務后，首先要了解工程概況，包括建筑竣工時間、外保溫做法、日常維護保養狀況等信息；進入工程現場，通過目測觀察墻面狀況，預估墻面破損程度和破損類型，以便為后續工作打下基礎。

3.2 重點部位檢測

1）飾面層黏結不良。外墻飾面層黏結不良的墻面主要表征為外墻飾面層剝離、缺損、空鼓、風化、弓凸、開裂等?，F場檢測時，經過目測后對重點區域及其周邊1 m影響范圍內進行局部錘擊，以進一步判斷外墻的缺陷狀況。采用圖像相減的方法，統計外墻飾面層脫黏空鼓率。對飾面層進行紅外熱成像掃描時應注意混色飾面磚或涂料以及表面有較大凹凸裝飾物對檢測結果的影響。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外表面常見的病害形式。完好的墻面表面溫度場呈均勻狀態；而有裂縫的墻面，由于內部破損或裂縫區域滲水，在熱成像圖上與其他區域呈現明顯的溫度差異，通過分析裂縫的分布區域、走向和長度，從而判斷裂縫對外保溫系統墻體的危害程度[3]。見圖2。

圖2 外墻表面裂縫

3）錨栓數量和位置的判斷。在大量的工程檢測實踐中發現，通過紅外熱成像可以有效判斷外墻保溫墻面上的錨栓數量和位置。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確的判斷錨栓數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 安全狀況評價

截至目前，國內尚未出臺針對外保溫系統安全性評價的指導性規范；就檢測目的而言，安全性評價主要是作為判斷墻面是否需要修繕的技術依據。

結合工程經驗，如果工程現場出現以下情況則可認定外保溫墻體安全狀況比較嚴重，應盡快進行修繕。

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

2）墻體出現較大范圍裂縫且呈筆直水平走向。墻面出現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生方向相反的溫度應力，當該力超過抹面層中耐堿網格布的抗拉力時，導致抹面層沿板縫位置整體撕裂。這種情況對墻面的破壞是非常嚴重的，如遇大風天氣，墻面會非常容易出現嚴重的脫落安全事故[4～5]。

4 結論和建議

通過梳理已有相關標準并結合工程實踐經驗，總結出較為實用的檢測流程和評價方法。值得注意的是，應用紅外熱成像技術進行現場外保溫系統安全性檢測的同時，一般還要配合一些現場外墻面取芯、錨栓拉拔或面層拉伸黏結強度等檢測手段，對紅外熱像圖中發現的問題加以定量驗證，從而得出較為綜合準確的評價結論。

同時，如遇到樓層較高的工程現場，還可以利用無人機吊載紅外熱像儀，對較高位置的破損部位進行近距離較為細致的掃描，從而降低因拍攝角度問題導致的檢測偏差。

今后還需要加強對外保溫系統造成缺陷的機理進行深入研究，擴展利用紅外熱像技術在外保溫系統墻體上的應用場景，探究盡量僅通過墻體表面缺陷而準確反映其安全狀況的理論模型。