基于红外热像技术的钢管混凝土密实度缺陷检测探究

摘要

目前，我国超高层建筑正在大量兴建。具有强度高、塑性变形大、抗震性能好、施工便捷等优点的钢管混凝土作为超高层建筑的主要承重体系而得到广泛应用。然而，在实际施工中，尚无法对钢管内混凝土的浇筑质量进行直观检查，因此，除了精心设计和施工外，对钢管混凝土内部质量进行及时准确的检测也是迫切需要的。但是，近年来，检测工作虽有进展，但截止到目前，钢管混凝土内部密实度缺陷的检测问题仍没有得到有效解决，依然没有一种简便、快捷的检测方法对钢管混凝土内部质量的实际情况进行检测。因此，研究开发一种新型的检测技术用于钢管混凝土内部质量的检测是当前的迫切需要。
　　红外热像检测技术由于其便捷、高效、经济实用等特点已被广泛用于建筑检测领域，但针对钢管混凝土管壁密实度空鼓缺陷的质量问题，检测研究尚属空白。因此，本文引入红外热像技术，首先通过对物体热辐射性、红外热源成图机理及钢管混凝土管壁密实度空鼓缺陷处的传热特性进行基础理论研究，从理论上阐述并推导了红外检测的可行性，为其提供了相应的科学理论依据。随后，针对带管壁空鼓缺陷的钢管混凝土柱模型试件作实验室试验来探究红外检测是否可行，并在可行的基础上，进一步分析管壁厚度、缺陷本身厚度和表面积的变化对红外检测的影响；与此同时，对缺陷深度理论计算公式进行了验证及修正。最后，再依托合肥滨湖时代广场项目对红外检测技术在实际工程中检测的可行性进行探讨验证。
　　通过上述理论及试验研究分析，其结果表明基于红外热像技术的钢管混凝土管壁密实度空鼓缺陷的检测是可行的。此外，还得到了以下几点量化的结论。
　　①管壁厚度在10mm以内时，无论加热或不加热，这种方法可行且能比较准确的反映缺陷的位置及形状尺寸。并且管壁厚度越小，临界处温差值越大，则热像图所反映的缺陷形状轮廓越清晰，检测识别的效果越好；当管壁厚度大于10mm时，只有在加热的情况下，这种方法才可行且只能大致的反映缺陷的位置，热像图上所反映的形状轮廓也不规则，但这也可用于缺陷的初步识别判断，有一定的工程应用价值。
　　②管壁厚度在10mm以内时，随着缺陷本身厚度或表面积的增加，缺陷处对应的钢管壁的温度和温差也会相应增加，并且在加热时，增加的程度会更大。当管壁厚度大于10mm时，随着缺陷本身厚度或表面积的增加，只有在加热时才会致使钢管壁的温度和温差相应增加，这说明，缺陷本身厚度变化或者表面积的变化对钢管壁温度和温差的影响程度低于壁厚增加所带来的影响，对红外检测是否可行不起决定性作用。且根据试验对比分析结果可知，目前能够被检测出的缺陷的本身表面积的最小识别精度为4cm2，本身厚度的最小识别精度为1cm。
　　③在加热1min时，缺陷深度理论计算值和实际值吻合较好。根据计算出的理论深度并结合热像图上缺陷的大小尺寸反映来对缺陷在钢管中的位置进行三维定位，并给后期的浇筑质量控制，提供相关的参考信息，及时进行缺陷精确处理及控制，这具有一定的工程应用价值。与此同时，由于太阳辐射加热时更均匀，因此，其缺陷深度的计算精度确实也比人工加热条件下的计算精度更高。

目录

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目录

1 绪 论

1.1 课题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容及技术路线

2 红外热成像检测基础理论

2.1 红外热成像检测技术简介

2.2 红外热成像检测的理论依据

2.3 红外热像仪检测的工作原理

2.4 红外热成像检测方式

2.5 本章小结

3 钢管混凝土缺陷的热传导理论与计算

3.1 热传导基本理论

3.2 钢管混凝土表面温度和缺陷深度计算公式的理论推导

3.3 本章小结

4 试验设计实施及结果分析

4.1 试验模型设计

4.2 试验测试方法设计

4.3 试验准备及实施

4.4试验实测热像图分析

4.5 管壁厚度和缺陷尺寸对红外检测效果的影响规律分析

4.6 缺陷深度理论计算公式的验证及修正

4.7 本章小结

5 项目红外实测评价

5.1 概述

5.2 课题依托工程背景

5.3 实测研究方案

5.4 实测结果分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要工作

6.2 结论

6.3 展望

致谢

参考文献