摘要：红外热像技术由于具有使用安全、检测快速、结果直观可视等优势，不仅在建筑工程的多种领域被应用，而且已经在防水工程质量检测方面有很好的造诣。但在适用范围、测试方法、结果和精度分析等诸多方面，仍有待完善。本文就屋面渗漏红外检测中影响灵敏度的因素进行了深入分析。
关键词：屋面渗漏；红外检测；影响因素
前言
红外热像法（Infrared Thermal Imaging）是材料无损检测（Nondestructive Test）的新兴方法之一，具有非接触、检测面积大、速度快、精度高等优点，近几年在建筑工程损伤检测和质量检测中得到了广泛应用。
1红外热像法基本原理
自然界中任何温度高于绝对零度（-273℃）的物体都会向外界发射红外辐射波。根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，物体红外辐射的能量密度与其自身的热力学温度T的四次方成正比，并与其表面发射率 ε 成正比。如果用 W 表示单位面积的辐射功率，那么可以用公式（1）表示：
W=σεT4（1）
式中，σ—斯蒂芬·玻尔兹曼常数，值为5.67×10-8 W/（m2·K4）；ε—物体表面发射率，无量纲，根据物体种类取值0-1；T—热力学温度，单位K。
根据定律可知，辐射功率或能量对温度变化比较敏感，微小的温度改变就能引起辐射功率的较大改变。红外热像仪就相当于热敏原件，它可以敏锐探测到视场中物体的表面辐射能分布，并按照公式转化成温度，在显示屏上用不同的颜色表示，一般暖色代表高温，冷色代表低温。光学研究表明，电磁波入射到不同介质的交界面上，会发生吸收、反射和透射且其满足式（2）：
α+ρ+τ=1（2）
式中：α—吸收率；ρ—反射率；τ—透射率。
根据基尔霍夫定律有：α=ε，即吸收率等于发射率，对于不透明表面有τ=0，则ε=1-ρ，可见不透明的高反射率的表面具有低的红外发射率。也就是说，仪器接收到的能量不但包括物体的自身辐射能，还包括物体反射的部分环境辐射能，对于ε较小的物体，这种反射能会掩盖由于ε不同造成的微小差异，使红外热像仪测得的温度趋于一致甚至无法区分不同介质。但由于检测面材料一般相同，且对于高灵敏的热像仪（温度分辨率<0.08℃）来说，分辨由于缺陷造成的温差已经足够了，所以，只要尽量在适宜的环境下检测相同介质的相对温差，发射率并不会影响检测的结果。红外热像仪的使用环境温度应在-5℃～40℃，环境湿度应小于90%，应选择在晴天、低风速（≤ 4m/s）的条件下使用，这样才能使环境对仪器造成的误差在可接受范围内。
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2建筑屋面和外墙渗漏检测
屋面的防水层失效和墙面微裂缝造成雨水渗漏时，室内热扩散、太阳辐射被吸收和传导均可使渗漏部位与周边的温度出现分布差异，因而可以采用红外技术加以分析判断。同理，为准确检测出渗漏途径，需使渗漏的缝隙内充满水，同时非缝隙部位表面相对干燥。在实际检测中，雨天过后 24h 内，建筑物表面相对干燥，渗漏部位存在水分，为最佳检测时间；而晴天时，可采用对可疑渗漏部位进行洒水来模拟下雨的方法，使建筑渗漏源和渗漏途径充满水。
某大楼屋面为现浇混凝土板，外贴防水卷材。近期发现该楼顶层图书室雨天有渗漏现象，为此，采用红外热像技术对其进行了检测。检测时间是在雨后24h的晴天，表面较为干燥。首先，利用红外热像仪对楼顶外表面进行大范围扫描，发现可疑区域。标示出的深色区域即低温区，为疑似渗水区域。然后对可疑部位的室内对应部位进行详细检测。标示出的深色区即低温点，为疑似渗漏点。经勘查，此大楼的顶层外表面部分区域防水层失效，使雨水渗入楼顶防水层下方，并透过顶层混凝土屋面板的一条裂缝，造成室内渗漏。该案例表明，为能够准确地检测出建筑屋面和墙面的渗漏源，需注意检测的时机，并要求渗漏处内部充满水，同时非渗漏处保持表面干燥。在雨后（或试水试验后）检测时，首先对待检墙体或屋面的外表面进行红外热成像较大面积扫描，确定可疑部位；然后再对与可疑部位相对应的室内进行红外热成像检测，以确定渗漏点。
3红外检测中影响灵敏度的因素分析
3.1保温材料含水率的影响
固定渗漏范围半径 r=20 mm，加热过程上表面热流密度 q=100（W·m-2），下表面空气对流换热系数 h=5（W·（m2·℃）-1），冷却降温过程上表面空气对流换热系数 h=10（W·（m2·℃）-1），下表面空气对流换热系数h=5（W·（m2·℃）-1）。空气温度Tair为10℃，温差 ΔT=T wet -Tdry，Twet为保温材料渗处相对应屋面表面的温度（取渗漏中心所对应的点），Tdry为干燥保温材料相对应屋面处的温度（取远离渗漏处所对应的点）。保温材料含水率越大，其加热升温和冷却降温过程干保温材料和潮湿保温材料之间的温差越大，则越容易用红外热像仪检测。可以得出，保温材料藏匿的水分越多，检测的效果越好。
3.2渗漏范围大小的影响
固定湿保温材料的含水率，渗漏半径分别为 r=0.1，0.15，0.2 mm。加热过程上表面热流密度 q=100（W·m-2），下表面空气对流换热系数 h=5（W·（m2·℃）-1），冷却降温过程上表面空气对流换热系数 h=10（W·（m2·℃）-1），下表面空气对流换热系数 h=5（W·（m2·℃）-1）。空气温度 Tair为 10℃，温差 ΔT=Twet -T dry 随时间变化曲线如图，渗漏范围越大，则其表面产生的温差越大，越容易检测。
3.3热流大小的影响
固定湿保温材料含水率为 40%，渗漏范围半径20 mm，加热过程上表面热流密度分别为 q1 =100（W·m-2），q2 =150（W·m-2）下表面空气对流换热系数 h=5（W·（m2·℃）-1），冷却降温过程上表面空气对流换热系数 h=10（W·（m2·℃）-1），下表面空气对流换热系数h=5（W·（m2·℃）-1）。空气温度 Tair 为10℃，温差 ΔT=T wet -Tdry随时间变化曲线如图，由随着热流的增大，屋面表面产生的温差增大：日照强度越大，则检测的灵敏度越高。
结束语
目前，在建筑外墙饰面层检测领域，红外热像法已得到广泛使用，专业红外热像仪的可靠率甚至达到91% 。在空间受限、光照低、人工检测难的地下建筑工程中，红外热像法更能发挥优势。相信随着建筑防水检测技术要求的不断提高，红外热像法检测技术将在防水工程特别是地下防水工程中得到推广应用。
参考文献：
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[5]陆建勇，钟建国.红外热像检测技术在建筑工程中的应用[J].陕西建筑，2014，（1）：4-5.
论文作者:何艳,刘鑫
论文发表刊物:《基层建设》2016年22期
论文发表时间:2016/12/7
标签：表面论文; 屋面论文; 温度论文; 保温材料论文; 温差论文; 空气论文; 系数论文; 《基层建设》2016年22期论文;