建筑地下工程漏水的红外热成像检测

段浩然，赵 鹏，秦 磊，李 伟，解振鹏，南文博

(1.济南大学 土木建筑学院，济南 250022；2.中铁十局集团建筑工程有限公司，济南 250101)

为了减少占地面积，提高土地利用率，房屋建筑大量向高层和地下发展。建筑地下工程面积不断增加的同时，其对防水技术和防水材料的要求也在提高[1]。渗漏是建筑地下工程中常见的病害，其关系到建筑物结构的承载能力[2]。快速定位地下工程中的渗漏点，采取及时的修缮措施至关重要。

红外热成像技术在军事、电力、消防以及医疗领域得到了广泛应用，而在建筑防水工程领域的应用还非常少[3]。随着红外热成像仪器制造水平的提高，仪器设备呈高精度和小体积的发展趋势，为红外热成像技术在建筑地下工程漏水检测中的应用提供了设备基础[4]。

1 建筑地下工程漏水

1.1 漏水的主要形式

图1 底板渗水现场

图2 侧墙漏水现场

图3 水管根部漏水现场

图4 结构缝漏水现场

建筑地下工程一般修建在地下水层中，环境较为复杂，其不仅受地下水层的作用，还受地面上建筑物的影响。建筑地下工程漏水的位置主要为顶板、侧墙、底板、变形缝、施工缝、穿层水管根部及埋设件处(见图14)。主要漏水形式为点状渗漏、面状渗漏和缝渗漏；按照流水量可以分为慢渗、快渗、漏水和涌水[5]。

1.2 检测方法

检测建筑地下工程漏水的方法可分为无损检测和破坏性检测两种。无损检测法通过分析声、光、电、磁和射线在构件内部发生的变化来推断内部是否存在损伤和缺陷，具有非破坏性、操作方便、可重复检测等优点[6]。破坏性检测法大多利用钻孔来探测病害，较为直观，但会对被检构件造成一定的损伤，严重时甚至影响防水工程的正常建设。

常见的地下工程无损检测方法有超声检测法、冲击回波法和雷达监测法等[7]。超声检测法是通过超声波的反射时距来计算被检构件的厚度的[8]。冲击回波法通过分析锤击构件产生的弹性波信号的波形、频率、波速等参数，来判断构件内部的缺陷和损伤情况。雷达监测法通过向构件中发射极高周波数的电磁波,并分析反射回来的波形来判断构件内部的损伤情况[9]。破坏性方法主要是指进行钻孔和开窗检测，这种检测方法速度慢,结果受检测人员的主观影响较大,对检测人员的施工经验要求较高，易造成较大的误差,且其只能进行抽样检测,不能对整体结构的情况进行推断。

2 红外热成像检测技术原理

红外热成像检测技术是指通过红外热成像设备，对被检物体的不可视红外能量进行转化和处理，最终以可视温度分布情况的红外热像图呈现出来的一种技术[10]。这种检测技术具有快捷、检测范围广、适用性强、清晰直观、非接触性、精确度高等特点[11]。红外热成像技术按其检测方式主要分为两大类：① 主动式检测，指对被检构件施加外部热源进行的检测；② 被动式检测，指不对被检构件施加外部热源进行的检测[12]。

根据热辐射原理，当被检区域出现漏水时，该区域的导热性能会发生变化，使得该区域的温度分布不均匀并引起构件表面温度的变化[13]。利用红外热成像设备可以对该区域的温度进行采集和处理，并转化为热像图。检测人员通过观察热像图可了解该区域表面温度的分布情况。

3 工程实例

漏水位置为某建筑地下一层，建筑底板厚度为90 mm，底板下方为防水卷材和10 mm厚的垫层，地下水位较高(地面以下2 m)，底板位于地面以下10 m处。因为该建筑经多次分段浇筑而成，所以存在多处防水薄弱点。当地下水位过高时，地下水穿过外层的柔性防水，并在结构和柔性防水之间劈裂出一个通道，从结构自防水失效处渗漏出来，造成地面大量积水。为解决漏水问题，检测人员决定先用水泵抽取地下积水，再利用红外热成像技术和目测法寻找漏点。检测人员对某地下室内的多处渗漏点进行数据采集，研究了不同位置漏水点的红外特征，并总结其红外辐射的规律。

3.1 检测设备

试验设备为手持式红外热像仪(型号为Fotric 326，见图5)，分辨率为384像素×288像素，测试温度为-20～650℃，温度灵敏度为0.05 ℃(环境温度为30 ℃时)，空间分辨率为1.14 mrad，图像帧频为60 Hz。地下水温为8～10 ℃，大气温度为24 ℃。不同的材料具有不同的辐射率,为了更精确地采集温度数据，需要按照被检构件的主要材料来设置发射率。被检构件以混凝土材料为主要材料，辐射率为0.92[14]。

图5 手持式红外热成像仪外观

3.2 渗漏点的红外热成像特征

3.2.1 实例1

建筑施工缝漏水现场如图6所示，图中显示的是抽水过后的现场，可看到墙上明显的水位线以及坑内的残余积水。该施工缝的红外热像图如图7所示，可见，周围结构颜色较浅，对应的温度较高，图中曲线的颜色较深，对应的温度较低。这是因为地下水的温度小于周围结构的温度。曲线的颜色由深到浅，表示温度逐渐升高，颜色越深的地方温度越低，通常也是漏水点。

图6 建筑施工缝漏水现场

图7 建筑施工缝的红外热像图

图8 充气膨胀密实法封堵沉降缝示意

经过对红外热像图和现场结构施工顺序的分析，检测人员认为漏水来源于结构之间的沉降缝。造成漏水的原因主要有3点：① 该处结构为不同施工单位分批次施工，两次施工间隔时间较长，容易造成结构不均匀沉降；② 该处卷材接缝未处理好，柔性防水失效，当地下水位过高时会向上涌水；③ 该处对预埋橡胶止水带保护不力，止水橡胶带存在破损。因该处沉降缝缝隙较大，漏水较为严重，所以笔者采用充气膨胀密实法对其进行修复(见图8)。首先对漏水点进行局部注浆封堵和填充速凝刚性材料处理，目的是降低水压，清理出一个临时无水浸泡的工作面；再采用丙烯酸盐注浆材料进行注浆，其遇水膨胀性较好[15]；然后对沉降缝壁两侧进行切割、打磨和清洁，并采用环氧树脂胶泥对空洞、凹陷和蜂窝进行修整，保证沉降缝壁平行无损；最后利用环氧树脂胶黏剂将切割打磨好的橡胶止水条进行充气封堵，再外加金属盖板。

3.2.2 实例2

墙角漏水现场如图9所示，可以看到该处为侧墙和底板的交界处，存在大量积水。墙角漏水的红外热像图如图10所示，可以看出底板和侧墙交界处的颜色较深，对应的温度较低，周围结构的颜色较浅，对应的温度较高，由此可以推断漏水点位于侧墙与底板的交界处。

图9 墙角漏水现场

图10 墙角漏水的红外热像图

漏水原因主要有两点：① 外部防水卷材未处理好，柔性防水失效;② 该处存在吊模结构，施工过程中无法一次成型，二次成型过程中一次浇筑的混凝土已过初凝期，形成了施工冷缝，导致结构自防水失效。笔者决定用注浆工艺处理该处漏水，采用丙烯酸盐注浆材料进行注浆，注浆堵漏工艺的流程如图11所示。笔者首先将底坑内的积水排出，清理工作面，铲除疏松的混凝土，采用速凝刚性材料进行封堵；然后埋置止水针(见图12，埋设止水针时将底板打穿，止水针尽可能埋得深，以扩大浆液的渗透面积)，因漏水面积较大，所以底板上需要埋置多排止水针，埋置间距小于20 cm。第一次注浆完成后，先对漏点位置进行24 h观察，再进行二次注浆。待注浆完成后，利用速凝刚性材料封堵针孔。

图11 注浆堵漏工艺的流程

图12 止水针埋置位置示意

3.2.3 实例3

底板漏水现场如图13所示，漏点位于底板中心预留的一个下沉处。底板漏水的红外热像图如图14所示，可以看出，颜色较深的地方位于边角和墙壁接缝处。

图13 底板漏水现场

图14 底板漏水的红外热像图

该处底板存在吊模结构(分两次浇筑而成)，漏水原因与实例2相同，但相较于实例2，该漏点面积较小，只需要在边角和墙壁接缝处预埋单排注浆钉即可。

为进一步总结热辐射规律，笔者对所有实例的热成像数据进行采集，以研究影响红外热成像的因素。不同渗漏处沿水流方向和沿水流横断面方向的温度分布如图15，16所示。由图15，16可看出，沿水流方向的温度大小有：实例1<实例3<实例2，沿水流横断面方向的最大温度差大小有：实例1>

图15 不同渗漏处沿水流方向的温度分布

图16 不同渗漏处沿水流横断面方向的温度分布

实例3>实例2。根据现场工况和水流量分析可得到结论：① 实例1为沉降缝漏水，流速较快；② 实例2与实例3均为混凝土构件渗水，实例3渗水速度较实例2的快。

4 结论

(1) 被测区域表面的红外热辐射温度的最低值出现在漏水点或漏水点附近,漏水点位置与周围环境有着明显的温差，由此规律可快速定位渗漏位置。

(2) 红外热成像技术不仅能够对漏水点进行快速定位，还能清晰地呈现出漏水点的面积范围，极大地提高了漏水点检测的效率和科学性。

(3) 渗漏点渗水沿水流方向的温度梯度变化由快到慢，最后趋于平缓；沿水流横断面方向的温度梯度变化较快。

(4) 渗漏点水源流速越快，与混凝土构件接触的时间越少，漏水点温度越低，沿水流方向混凝土构件的温度越低，沿水流横断面方向混凝土构件的温度梯度变化越快。