红外热成像法在建筑外墙检测中的应用研究

杨 浩 夏超凡 江苏省建筑工程质量检测中心有限公司

1 前言

近年来，外墙饰面层在我国建筑的装饰系统中得到了大量使用，达到了很好的外观效果[1]。但是受使用环境或施工工艺等因素影响，建筑外墙饰面层与混凝土或砖墙基层之间经常会产生脱开现象，并随着建筑物使用年限的增长，外立面饰面材料发生脱落砸伤行人或车辆的事故屡见不鲜，这对人们的日常生活产生了极大的安全隐患。例如：2018年9月，珠海某小区外墙瓷砖脱落砸伤行人；2021年3月在上海黄浦区，一幢居民楼外墙发生部分脱落导致居民被砸身亡。因此，对建筑外墙饰面层的粘结质量进行有效的检测是亟待解决的事情，以避免该类事故的发生。

较传统的锤击和超声检测，红外热成像技术是一种较新无损检测手段，它集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一体，通过接收物体发出的红外线（红外辐射），将物体表面温度场的分布以热像图的形式显示，直观地表达出物体表面的温度分布情况，具有准确、实时、快速等优点。

随着对红外热像技术研究的深入，红外热像技术已逐渐从军事领域向民用方面转化，并在石油化工、电力、冶金以及铁路等行业得到成功应用[2,3]。本文利用红外热像仪对建筑外墙饰面层内部缺陷进行检测，研究其表面温度的变化规律，并结合一具体工程案例进行研究分析，以确定红外热像仪在具体建筑工程中的适用性。

2 红外热像原理

自然界中高于绝对零度的物体都是红外热源，都会因本身分子的运动产生红外线，斯蒂芬玻尔茨曼定律指出：假设物体是黑体的情况下，在某一绝对温度（T）时，物体单位时间单位面积的红外辐射总能量（W）为：

σ为斯蒂芬·玻尔茨曼常熟，T为黑体的绝对温度。红外热像仪摄取的红外图像的每一点都对应一定的温度，可根据颜色的深浅来判断温度的高低，相同颜色表示温度相同[4]。

由于密闭空气层的导热系数远低于墙体材料的导热系数，当外墙在阳光照射或空气温度升高的作用下，如果外墙饰面层粘结质量好，则外墙表面会形成一个均匀的温度场，若存在空鼓时，则热成像图中相应位置会产生一处高于其他区域的“热斑”；反之。空鼓处会产生“冷斑”。常见外墙饰面层损伤缺陷如图1所示。

图1 建筑外墙饰面层损伤示意图

红外热像仪利用热辐射原理获得建筑外墙的损伤缺陷处的温度图谱和完好饰面层的温度图谱，通过对比，判断出建筑外墙饰面层损伤缺陷位置[5,6]。

3 工程案例

3.1 工程简介及检测流程

江苏某一居民楼为地下一层、地上二十二层钢筋混凝土剪力墙结构建筑，地上填充墙体外墙采用A3.5级ALC加气混凝土砌块、Mb5混合砂浆（除顶层）砌筑。该工程外墙面采用无机轻集料保温砂浆，做法参照JGJ 253—2011《无机轻集料砂浆保温系统技术规程》。若采用传统的锤击法或者超声检测，人员从楼顶放吊篮进行工作，存在极大的安全隐患，本文利用红外热像仪对该栋居民楼进行全面检查。因红外热成像检测外墙饰面层缺陷技术现场检测受自然环境以及拍摄的时间、角度、距离等多种因素影响较多，根据《红外热像法检测建筑外墙饰面粘结质量技术规程》规范的建议，检查人员在天气晴朗的时间，分时间段对该居民楼四个立面分别进行拍摄。

同时为了保证该栋居民楼外墙饰面层存在目前仪器识别不出的细小损伤缺陷，现场又对该楼补充了自然光下目测外观缺陷复核及补充。具体检测流程如图2所示。

图2 检测流程图

3.2 建筑外墙饰面层损伤检测

本文针对该工程实际情况，设置拍摄参数并结合辅助验证建立该工程标准损伤热成像照，结果如图3、图4所示。

图3 “热斑”标准参照热像图

图4 “冷斑”标准参照热像图

建立该工程标准参照热像图后，后续的检测的工作保持在相同的环境、参数下对拍摄的热成像对于标准参照图进行对比分析，判断建筑外墙饰面层损伤缺陷位置。

3.3 不同损伤程度下红外热成像

在相同条件下，对建筑外墙饰面层空鼓缺陷检测时发现空鼓程度越大，热成像图中相应位置产生的“热斑”也越明显，例如图5两处不同程度空鼓情况下（红色框内为损伤缺陷发生位置），红外热成像中温度分布的规律。

图5 不同空鼓程度红外检测照

值得注意的是，由于实际工程中不可避免得存在一些目前仪器无法分辨细小损伤位置。在建筑后续使用过程中，可能导致这些未分辨出的缺陷逐渐增大造成危险，人工巡查补充是必不可少的一个环节。

4 结论与展望

本文利用红外热像仪对江苏某一居民楼建筑外墙饰面层进行现场检测，提出了具体检测流程，结合人工巡查的补充验证说明了红外热成像在建筑外墙饰面层损伤检测中的可行性。

（1）红外热像法能有效检测出建筑外墙饰面层的损伤缺陷，并且损伤程度越大，缺陷越易被检测出。

（2）由于红外热成像检测外墙饰面层缺陷技术现场检测受自然环境以及拍摄的时间、角度、距离等多种参数影响较多，现场在拍摄时要仔细辨别。

（3）在进行红外检测后，需检测人员利用外观检测法对建筑物进行巡查复核补充。

（4）通过对建筑外墙饰面层损伤缺陷检测的研究可知，红外热像法在内部缺陷检测中有较大的前景，例如混凝土粘钢加固检测、防水卷材施工质量检测等。