红外热像检测技术在粘钢加固法中的研究

谢春霞

(四川建筑职业技术学院成都校区，四川成都610081)

1 粘钢加固法的概述

粘钢加固法，通常使用胶粘剂把薄钢板粘贴在混凝土构件表面，使薄钢板与混凝土协同工作，由于粘钢加固法用钢板很薄，粘钢加固构件的二次受力特征不明显，这是其它直接加固法无法具有的优势［1］。

粘钢加固法与传统加固技术相比，具有以下优点:

(1)胶粘剂硬化时间短。一般构件加固3 d后即可受力使用，加固时不必停产或少停产，只需卸除构件承担的全部或部分荷载，施工工期短，特别适用于应急的加固工程。

(2)工艺简单，施工方便。只需对被加固构件的表面进行处理，用粘结剂将钢板与之牢固地粘结成一个整体，就能使钢板与原构件很好地共同工作，且不需要特殊设备，所需劳动力少，易于操作。

(3)胶粘剂的粘结强度高于混凝土、石材等，可以使加固体与原构件形成一个良好的整体，受力较均匀，较少在混凝土中产生应力集中现象。

(4)粘贴钢板所占空间小，几乎不增加构件的断面尺寸和重量，不影响建筑物的使用净空间，不影响构件的外观。

(5)加固效果显著，不仅相当于补充了原构件的配筋，可较大幅度地提高其承载能力，而且通过粘贴钢板可有效地保护原构件的混凝土一再产生裂缝或使已有的裂缝得到控制而不再继续扩展，加强了结构的整体性，提高了原构件的整体刚度。

粘钢加固主要适用于混凝土梁的加固，加固部位一般在梁的底部。要求加固部位混凝土仍具有较好的完整性和一定的强度。在施工过程中，严格控制质量是可以达到要求的。粘钢加固法目前是国际上一种适用面较广的先进加固方法。它不仅可用于建筑物中的钢筋混凝土结构的加固，也可用于公路、桥梁中的钢筋混凝土结构的加固。

2 粘钢加固法的质量检测

经过粘钢加固增强后的结构，混凝土表面被钢板覆盖，内部界面的粘贴情况无法从外界直接用肉眼观察到。而钢板的粘贴情况将极大地影响加固的效果，因此对钢板的粘贴质量进行检测是十分必要的。现今的无损检测方法检验钢板的粘贴质量，主要有观察法、敲击法、超声波法、射线法和声发射法等，不过这些检测方法存在许多问题与不足［2］。

红外探测器焦距在理论上为20 cm以至无穷远，因此适用于做非接触、广视域的大面积无损检测。该方法具有可记录在记忆体、用软件重现数据、高效、不需要脚手架、省时省工和检测结果可靠等优点。［3］目前将红外热像检测技术用于粘钢加固混凝土结构构件的钢板粘贴质量的检测还很少。

3 检测机理及热激励过程分析

检测机理从无外加热源的传热过程和有外加热源的传热过程两个方面进行分析。

3.1 无外加热源的传热过程

用粘钢加固混凝土构件，钢板与基底混凝土产生剥离空鼓时，就会形成空气层，由于空气具有隔热性能，所以空气层会增大粘钢结构内部的热阻。在与外界环境产生温度梯度时，引起异常的温度变化。混凝土基底的热容量比钢材大，在室内无外加热源的情况下，基底混凝土自身储存的热量由混凝土基底传给钢板。由于空鼓的隔热作用，基底混凝土的热量未及时传递给钢板，所以温度比正常部位的温度低。

3.2 有外加热源的传热过程

钢板与基底混凝土在同一环境温度下，温差较小。为加大温度梯度，采用表面快速冷却的方法，即在钢板表面浇洒液氮。液氮在挥发过程中吸收了粘钢结构中的大量热量，使钢板温度迅速降低，此时外界环境温度比粘钢结构高，热量从空气中传给钢板。由于空气层的作用，空鼓部位的热量未及时传递给基底的混凝土，所以温度比正常部位的温度高。

3.3 无外加热源和有外加热源的方法比较

一般情况下，无外加热源的物体与外界环境的温差较小，物体与外界温度趋近于热平衡，对于内部温差较小的小缺陷，透过钢板反映在表面的温差就更小，从而增加了检测的难度;而表面快速冷却法是一种通过迅速降低物体表面温度，破坏物体内部热平衡，使缺陷处产生较大的温度梯度，突现出缺陷部位的方法。因此表面快速冷却的方法比无外加热源的方法更有效，能检测出小面积的空鼓。但表面快速冷却法需要外加冷却剂。液氮是液体，具有流动性，可以较均匀地分布在卧式钢板表面，但对仰式的钢板就不适用。

4 在ANSYS中模拟分析

为了探索红外热像检测技术检测粘钢加固中钢板粘贴质量的有效性、可靠性，利用有限元软件ANSYS进行模拟。在一钢筋混凝土梁上粘贴与其表面相同、厚度为3 mm的钢板。为了在粘结界面形成空鼓，选了5处，在其涂的粘结剂要比周围的薄，这样就形成了空气层。在钢板表面加热，由于空鼓处具有很好的隔热性能，能有效地阻碍热量向内部混凝土的传递，故空鼓处的表面温度高于周围的表面温度。图1为其加热后的钢板表面温度云图。

图1 有缺陷的粘贴钢板混凝土构件的温度云图

从其温度云图中可以看出，其五个部位的温度高于四周，即空鼓处的表面温度高于其没有空鼓处的表面温度，从而可以判断出空鼓的位置。

5 结论

红外热像检测技术应用于粘钢加固混凝土结构构件的粘钢质量检测在ANSYS中的模拟分析，结论如下:

(1)利用红外热像检测技术对粘钢加固结构钢板粘贴质量进行检测，研究表明该方法是一种切实有效的检测方法，它对钢板的粘贴质量可作准确的分析。

(2)相对于传统的检测方法，红外热像检测技术具有非接触、非破坏性、客观性好等优点，其中非接触、远距离、大面积扫测的优点是敲击法和超声波法等无法替代的。对位于较高处的钢板进行检测，红外热像检测技术可以从地面上进行检测，而不需要搭设脚手架，检测结果可靠，且可重现。

(3)红外热像检测技术的单次检测范围大。当剥离层与周边物体的温度差在0.1℃以上时，空鼓就能被检测出来，因此灵敏度高。

(4)利用表面快速冷却法检测时，在浇洒液氮过程中会出现浇洒不均匀的情况，从而降低检测结果的精度;另外，浇洒液氮不适用于梁底面的粘贴钢板检测。利用无外加热源检测时，由于物体与外界趋近于热平衡，温度梯度比较小，对小面积的缺陷检测比较困难。这也是在未来工作研究中需要的解决的问题。

［1］李财富，贾家信，崔青堆.粘钢技术在混凝土梁加固中的应用［J］.山西建筑，2001(10):72 －73

［2］黄沛，谢慧才，袁昕.混凝土构件粘钢补强质量的红外热像检测方法［J］.激光与红外，2004，34(5):350－353

［3］黄文浩，艾军，田裕鹏，等.粘钢加固结构钢板粘贴质量的检测新方法［J］.建筑技术，2006，37(6):465－467