2024年3月10日发(作者：续以冬)
２０１０年第６期
总第１４４期
福 建 建 筑
Ｎｏ６・２Ｏ１Ｏ
Ｆｕｊｉａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
Ｖｏｌ・１４４
粘钢加固结构钢板粘贴质量的红外检测试验研究
李梁峰
（福建省建筑科学研究院３５００２５）
摘要：通过两个粘钢试件试验，研究采用红外热成像法对粘钢加固工程粘贴质量进行检测的技术，试验结果表明，红外热成像法
能直观检测出钢板粘贴缺陷的位置、形状和大小，且结果可靠；与目前较为常用的敲击法相比，红外热成像法具有较高的精度，不
需接触检测物。对位置高、距离远的钢板粘贴质量的检测更方便、有效。此外，本文还对红外检测技术的主要影响因素进行了对
比试验研究。
关键词：红外热成像法 粘钢加固 粘贴质量 无损检测
中图分类号：ＴＵ３１７ ．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：ｌＯＯ４—６１３５（２０１０）Ｏ６～ＯＯ４８一。３
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｓｔｕｄｙ Ａｂｏｕｔ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｏｎ Ｂｏｎｄｅｄ Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｂ０ｎｄｅ（Ｉ Ｓｔｅｅｌ Ｐｌａｔｅｓ
Ｌｉ Ｌｉａｎｇｆｅｎｇ
（Ｆｕｊｉａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ３５００２５）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｎ ｔｗｏ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｂｏｎｄｅｄ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅｓ，ｔｈｅ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ ｔｏ ｔｅｓｔ
ｔｈｅ ｂｏｎｄｅｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｅｘｔｅｒｎａｌｌｙ ｂｏｎｄｅｄ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅｓ ｗａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｈｅｒ—
ｍｏｇｒａｐｈｙ ｃａｎ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｅｘａｍｉｎｅ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎ ｂｏｎｄｅｄ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅｓ ｒｅｌｉａｂｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｆｉｇｕｒｅｓ ａｎｄ ｓｉｚｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎ
ｂｏｎｄｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃａｎ ｂｅ ｅｘａｃｔｌｙ ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｉｎ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｔｏ ｔａｐ＂ｔｅｓｔ，ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｖｅ Ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ。ａｎｄ
ｄｏｎ＇ｔ ｎｅｅｄ ｔｏ ｃｏｎｔａｃｔ ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｏ ｂｅ ｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｓｅ ｉｓ ｍｏｒｅ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｆｏｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｔｅｅｌ
ｐｌａｔｅｓ ａｔ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｆａｒ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ．Ｂｅｓｉｄｅｓ。Ｔｈｅ ｍａｉｎ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗａｓ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｓｔｕｄｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｈｅｍｏｇｒａｐｈｙ Ｂｏｎｄｉｎｇ ａｎ ａｒｍｏｒ ｐｌａｔｅ ｔｏ ａ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｂｏｎｄｅｄ ｑｕａｌｉｔｙ Ｎｏｎ－－ｄｅｓｔｅｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔ
１前言
于军事、海洋监测、遥感、医疗、船舶导航等领域。红外探测器
采用粘钢法加固时钢板的粘贴质量将极大地影响加固的
焦距在理论上为２０ｃｍ￣ｃｃ，因而适用于做非接触、广视域的大
效果，因此对钢板的粘贴质量进行检测是十分必要的。目前实
面积无损检测。近年来，红外检测技术逐渐开始应用于土木工
际工程中较多采用的检验钢板的粘贴质量的无损检测方法，主
程领域，而对红外热成像法应用于粘钢加固结构钢板粘贴质量
要有敲击法、超声波法等，但这些方法在实际应用中有较大局
的检测尚处于研究起步阶段ｌｌ】 ］。本文针对粘钢加固的钢板
限性，且影响因素较多。敲击法对操作人员的经验要求较高，
粘贴质量问题，通过２个粘钢加固混凝土试件，对采用红外热
且主观性较大。由于采用人工测量，在桥梁等大型结构粘钢加
像法进行钢板粘贴质量无损检测的技术进行了应用试验研究，
固时由于粘钢面积较大，若采用敲击法进行检测工作量极大，
并对该技术的主要影响因素进行了分析和对比试验，与常用的
通常只能采用抽检的方式，不可避免地会产生漏查的情况。超
敲击检测法进行对比分析。试验结果表明，红外热成像法能直
声波法是一种点位检测法，每次只能检测很小的区域，且要求
观检测出钢板粘贴缺陷的位置、形状和大小，结果可靠，具有广
被测物表面平整、无污渍，还要涂耦合剂，费工费时，检测费用
阔的应用前景。
较高，更适用于对已知缺陷的细节检测。这两种方法都属于接
２红外检测技术的基本原理
触式检测法，需要接触被检测对象，当检测目标物较高、所处的
红外线是介于可见光与微波之间的电磁波，它的波长范围
位置较危险或无法接触时检测困难。
在０．７７～１０００ｇｍ，频率为３×１０“～４×１０“Ｈｚ，自然界中一切
红外热像技术是利用红外探测器将不可见的红外辐射转
温度高于绝对零度（一２７３￣Ｃ）的物体都是红外辐射源，每时每
换成可见图像的一种技术。红外热像检测技术是利用红外图
刻都辐射出红外线，同时，这种红外线辐射都载有物体的特征
像对设备表面温度场进行测定，进而评估其状态的一种技术，
信息，这就为利用红外技术来探测各种被测目标的温度高低与
是一种直观地显示材料、结构物完整连续性及其结合上存在不
热分布场提供了客观的基础。
连续缺陷的检测技术，它是一种非接触的检测技术，广泛应用
根据斯蒂芬一波尔兹曼定律，物体红外辐射的总功率与温
度的关系为：
Ｐ一∞７－４ （１）
Ｉ 作收基者稿金项简日期介目：李研福２Ｏ梁建，１工Ｏ峰省—程Ｏ交，１师４９通—８，０一２科３年 级技２注发月册展出结项生构目师，（２男０。 ，９结２５构） 工程专业，硕
式（１）中，Ｐ为物体红外辐射的总功率；ｅ为物体表面红外
辐射率； 为斯蒂芬一波耳兹曼常数；Ｔ为物体表面的热力学
温度（Ｋ）。
由斯蒂芬玻尔兹曼定律可知，当一个物体表面的发射率不
２０１０年６期总第１４４期 李梁峰・粘钢加固结构钢板粘贴质量的红外检测试验研究
Ｅ一￡Ｗ（７’）＋（１一￡）Ｗ（１ ）
・４９・
（２）
变时，该物体的辐射功率与其温度的四次方成正比。因此，对
物体辐射功率的探测，实际就成了对物体表面温度的探测。当
个物体的几何形状、热特性参数、测量条件、内部缺陷、位置
形态及热特性等条件确定后，就可以在理论上确定红外检测的
一
式（２）中 （丁）， （ ）分别表示温度等于丁及 的黑
体辐射。
由式（２）可得出以下两点推论：被测物体的￡越小，周围
物体对测量结果的影响越大，而当ｅ接近于１时，除非周围有 依据：将一固定热量加在物体表面时，热流将均匀地注入其表
面，并扩散进入内部，扩散速度由被测物体内部性质决定。如
果物体内部有缺陷存在，将由于不同介质导热系数的不同，改
变物体内部的热传导，则均匀热流就被缺陷阻挡（热阻），经过
时间延迟，在缺陷部位发生热量堆积，并在物体表面产生过热
点，表现为温度异常。利用红外仪器扫描物体表面，测量物体
表面温度分布情况。当探测到过热点时，就可以断定出现过热
很高温度的物体存在，热像仪均能够测得正确的结果。被测物
体比周围物体的温度高，且温差越大，周围物体对测量结果的
影响越小，热像仪越容易测得正确的结果。当ｗ（Ｔ）远大于ｗ
（ＴＢ）时，则可忽略周围物体的影响。所以将目标物涂刷黑漆
（完全黑体辐射率￡一１）以及对目标物进行加热理论上可以有
效降低周围环境对测试结果的影响。
点的表面下方存在异常。
对于粘钢加固构件，当钢板和混凝土表面脱粘时，会在钢
板和混凝土表面形成空气层。与粘结剂相比，空气层有良好的
隔热性能，其气体导热系数较小，远小于粘结剂的导热系数。
当通过外部热源给钢板加温，热能由钢板向混凝土中传递时要
经过粘结界面。在粘结界面，由于脱粘部分的空气层导热系数
小，因此在此处因热量堆积形成“热点”。而目前红外热像仪的
大多数红外热像仪对表面温度极其敏感，其分辨率可达
０．１℃，可在红外热像图上显示出钢板表面的温度分布状况，通
过寻找热像图中的“热点”区域即可推出界面的粘贴质量缺陷
位置，所以用红外热像图对粘钢加固的粘贴质量进行检测在理
论上完全可行。
在热像分布图上，通过红外热像仪可显示出不同温度的等
温线，其中各个相邻等温线的温度差值相等。缺陷边缘处温度
变化较大，温度梯度的模最大，热像图中叮以表现为缺陷边缘
处的等温线最密集，这为我们用热像仪测定缺陷的位置、形状
和大小提供了依据 。
３粘钢加固钢板粘贴质量红外检测试验
本次试验的目的是研究应用红外热成像技术检测粘钢加
固钢板粘贴质量的可靠性，影响检测精度的主要因素以及相关
可行的改进措施。
３．１影响测试精度的主要因素分析
（１）物体表面红外辐射率的影响
由式（１）可见，红外辐射功率除了与物体表面温度有关外，
还与物体的辐射率ｅ有关。辐射率ｅ是一个描述被测物体相
对于黑体辐射能力大小的物理量，一切物体的辐射率都在大于
０和小于１的范围内，其值的大小与物体的材料、形状、表面粗
糙度、凹凸度、氧化程度、颜色、厚度等有关。总体上说红外测
温装置从物体上接收到的辐射能量大小与该物体的辐射率ｅ
成正比。在粘钢粘贴质量的检测巾，主要采用的是比较法，即
找出由于脱粘部分空气层与粘结剂热传导系数的不同而在在
钢板表面形成的温度场变异。在钢板表面辐射率均相同的理
想状态下，在同一时刻处于同一环境下钢板表面的辐射功率仅
与钢板表面的热力学温度有关。当钢板表面存在局部锈蚀、表
面粗糙度不～致时，则可能造成钢板表面各处辐射度不刷，从
而带来测量误差或干扰。所以从理论上而言，应当对钢板表面
进行必要的处理，使检测区域内钢板表面的辐射率基本一一致。
（２）周围环境的影响
在检测工作中，热像仪探测器所接收到的来自物体的红外
线辐射包括两个部分，一部分来自物体自身辐射的红外线，另
一
部分是来自周围物体表面反射过来的红外线。周围物体反
射的红外线的影响，近似地以一个温度为Ｔｎ的黑体来表示，则
热像仪接收到的红外线辐射Ｅ可表示为¨』 ：
３．２红外检测试件制作
本次试验采用压力注胶法在混凝土板上粘贴了两块
９００ｍｍ）＜９００ｍｍＸ ６ｍｍ的钢板。为了使试验结果更具有实用
性，粘钢参照实际粘钢工艺流程：混凝土及钢板表面处理一固
定封缝一配胶一注胶一固化。为了在粘结界面形成空鼓，在固
定钢板过程中在试件１钢板中部预留了一个方形封闭隔离区。
而试件２的粘结界面空鼓为注胶过程自然形成，预先未知位置
及大小。为了分析钢板表面状况对测量结果的影响，试验首先
对未进行表面处理的试件进行了热像图拍摄，然后对钢板表面
进行了除锈并涂刷黑色油漆的表面处理，以使钢板表面辐射率
一
致且接近于黑体（使辐射率趋于１）。
３．３热激励措施
由于粘钢试件结构本身不发热，要对其进行红外热像检
测，就须在其表面施以主动加热，以在钢板表面产生一定的温
差。目前已有部分学者对红外检测的热激励方法进行了专门
研究ｌｓ’ 。通常可采用大功率红外灯为外部加热源，也有部分
学者采用表面冷却的方法 ，这与加热的原理是相同的，都是
通过热能的传递使钢板表面形成温度差。无论采用加热还是
冷却的方法，确保所传递热量的均匀性是至关重要的，本试验
采用阳光照射对试件钢板表面进行均匀加热。
３．４测试结果及分析
试件采用阳光照射进行加热，通过红外成像仪对试件进行
拍摄得到红外热像图。首先对表面未处理的试件Ａ、试件Ｂ进
（ａ）试件Ａ红外热像
（ｂ）试件Ｂ红外热像图及可视照片
图１表面未处理状态下红外检测热像图
说明：（ａ）、（ｂ）可视照片中白色线为测试人员１采用敲击法检测出
的脱粘区域边界线
２０１０年６期总第１４４期 李梁峰・粘钢加固结构钢板粘贴质量的红外检测试验研究
行了红外检测，检测热像图如图１所示。由图１可见，在加热
后，试件Ａ和试件Ｂ的热像图均明显反映出钢板表面存在局
部温度较高的区域，该区域与脱粘缺陷区域位置基本符合，但
图像不清晰，没有明显的等温线密集带，缺陷区域边界不明显。
由图１（ｂ）可见，钢板表面的铁锈痕迹在热像图中均清晰可辨。
说明由于未处理的试件钢板表面局部区域存在铁锈，造成钢板
表面各区域的辐射率不一致，对检测结果造成了较大的干扰。
对钢板表面进行除锈并涂刷黑色油漆的表面处理后，再次
对试件拍摄红外热像图见图２。为了对不同的检测方法进行
比较，拍摄完热像图后采用常用的敲击法对两个试件的粘钢质
量进行检测，并在钢板表面绘出脱粘缺陷区域边界与相应的红
外热像图对比列于图２。试验结束后，揭开钢板得到试件的实
际缺陷情况见图３。
由图２可见，试件Ａ、Ｂ的热像图均明显反映出钢板表面
存在局部温度较高的区域，图像清晰，具有明显的等温线密集
带，可明显判断脱粘区域的位置和大小（图中亮黄色等温线处
可视为缺陷边缘）。对比图２及图１可见，对钢板表面进行除
锈涂刷黑漆处理后，钢板表面各区域的辐射率基本相同，且辐
射率较大，可以显著减弱钢板表面辐射率不一致及环境因素带
来的干扰。此时红外成像仪
（ａ）试件Ａ红外热像图
（ｂ）试件Ａ敲击法检测出的
脱粘缺陷区域
（ｃ）试件Ｂ红外热像图 （ｄ）试件Ｂ敲击法检测出的
脱粘缺陷区
图２表面除锈涂刷黑漆处理状态下红外检测热像图及敲击法检
测对比分析图
说明：（ａ）、（ｃ）热像图中亮黄色等温线处为脱粘缺陷区域边缘
线；（ｂ）、（ｄ）可视照片中白色线为测试人员２采用敲击法检测出的
脱粘区域边界线；边界线围合的内部区域为脱粘缺陷区域
可以更好地反映钢板表面的温度场变化，从而提高红外检
测的精度。
对比图２与图３可见，红外热像图所探测出的缺陷区域及
采用敲击法检测出的缺陷区域位置、形状、大小与实际缺陷区
域基本吻合，而图２（ａ）、（Ｃ）所示红外热成像法所探测出的缺
陷区域形状、大小与实际缺陷区域更接近，精确度更高。对比
红外检测与敲击法检测的操作过程，红外检测法只需通过对试
件光照加热约５ｍｉｎ，即可获得稳定的试件钢板表而温度场分
（ａ）试件Ａ实际缺陷 （ｂ）试件Ｂ实际缺陷
（中下部深色区域） （中部灰白色区域）
图３ 揭开钢板拍摄得实际脱粘缺陷区域照片
布热像图，且不同人员多次探测的结果均相同，随机性较小，客
观性较强。而敲击法需测试者缓慢逐寸敲打试件钢板表面，并
需反复辨别敲击声的不同，逐段绘制缺陷边界线，单个试件（面
积０．８１ ｎ１２）耗时约２０ｍｉｎ，且对比图１可视照片及图２（ｂ）、（ｄ）
可见不同人员的检测结果有较大差异，检测结果随机性较大，
主观性较强。
４结论
本文采用正常施工工艺制作了２个界面存在脱粘缺陷的
钢筋混凝土粘钢加固构件，应用红外热成像检测技术对２个试
件进行了无损检测试验，并对主要的影响因素进行了对比试验
研究，得出以下几点结论：
试验结果表明利用红外热成像法对粘钢加固结构粘贴质
量进行检测的方法是一种切实有效的检测方法，能直观检测出
钢板粘贴缺陷的位置、形状和大小，且检测结果精确可靠，对钢
板粘贴质量可作较准确的分析。
钢板表面辐射率是红外检测的一个重要影响因素，而通过
对钢板表面采取简单的除锈处理及均匀涂刷深色油漆等措施，
能够使被检测钢板表面辐射率一致，可以有效降低表面辐射率
的影响，提高红外检测的精度。
与敲击检测法相比，红外热成像法具有非接触、客观性好、
操作简便，大面积检测速度快、精度高等优点，其中非接触、远
距离、大面积扫测的优点是敲击法所无法替代的。对位于较高
处及较危险处的钢板（如桥梁粘钢）进行检测红外热成像法可
以从地面上进行检测，而不需要搭设脚手架，检测结果可靠，而
且可重现。
参考文献
Ｅｌｌ黄沛，谢慧才，袁听．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．
Ｅ２３黄文浩等．粘钢加固结构钢板粘贴质量的检测新方法
ＥＪ］．建筑技术，２００６．３７（６）：４６５￣４６７．
［３］张仁瑜．建筑工程质量检测新技术［Ｍ］．北京：中国计
划出版社，２００１．
Ｅ４３袁晰，谢慧才，陈高峰．建筑物外墙饰面砖粘贴质量的
红外热像检测试验研究ＥＪ］．四川建筑科技研究，２００３．２９（２）：
４３￣４５．
［５］杨小林，吕伯平，先明乐．飞机复合材料红外热像检测
中的热激励方法口］．无损检测，２００８．３０（６）：３６９￣３７１．
［６］李晓刚，付冬梅．红外热像检测与诊断技术［Ｍ］．北京：
中国电力出版社，２００６．
2024年3月10日发(作者：续以冬)
２０１０年第６期
总第１４４期
福 建 建 筑
Ｎｏ６・２Ｏ１Ｏ
Ｆｕｊｉａｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
Ｖｏｌ・１４４
粘钢加固结构钢板粘贴质量的红外检测试验研究
李梁峰
（福建省建筑科学研究院３５００２５）
摘要：通过两个粘钢试件试验，研究采用红外热成像法对粘钢加固工程粘贴质量进行检测的技术，试验结果表明，红外热成像法
能直观检测出钢板粘贴缺陷的位置、形状和大小，且结果可靠；与目前较为常用的敲击法相比，红外热成像法具有较高的精度，不
需接触检测物。对位置高、距离远的钢板粘贴质量的检测更方便、有效。此外，本文还对红外检测技术的主要影响因素进行了对
比试验研究。
关键词：红外热成像法 粘钢加固 粘贴质量 无损检测
中图分类号：ＴＵ３１７ ．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：ｌＯＯ４—６１３５（２０１０）Ｏ６～ＯＯ４８一。３
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｓｔｕｄｙ Ａｂｏｕｔ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｏｎ Ｂｏｎｄｅｄ Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｂ０ｎｄｅ（Ｉ Ｓｔｅｅｌ Ｐｌａｔｅｓ
Ｌｉ Ｌｉａｎｇｆｅｎｇ
（Ｆｕｊｉａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ３５００２５）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｎ ｔｗｏ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｂｏｎｄｅｄ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅｓ，ｔｈｅ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ ｔｏ ｔｅｓｔ
ｔｈｅ ｂｏｎｄｅｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｅｘｔｅｒｎａｌｌｙ ｂｏｎｄｅｄ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅｓ ｗａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｈｅｒ—
ｍｏｇｒａｐｈｙ ｃａｎ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｅｘａｍｉｎｅ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎ ｂｏｎｄｅｄ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅｓ ｒｅｌｉａｂｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｆｉｇｕｒｅｓ ａｎｄ ｓｉｚｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎ
ｂｏｎｄｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃａｎ ｂｅ ｅｘａｃｔｌｙ ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｉｎ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｔｏ ｔａｐ＂ｔｅｓｔ，ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｖｅ Ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ。ａｎｄ
ｄｏｎ＇ｔ ｎｅｅｄ ｔｏ ｃｏｎｔａｃｔ ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｏ ｂｅ ｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｓｅ ｉｓ ｍｏｒｅ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｆｏｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｔｅｅｌ
ｐｌａｔｅｓ ａｔ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｆａｒ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ．Ｂｅｓｉｄｅｓ。Ｔｈｅ ｍａｉｎ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗａｓ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｓｔｕｄｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｔｈｅｍｏｇｒａｐｈｙ Ｂｏｎｄｉｎｇ ａｎ ａｒｍｏｒ ｐｌａｔｅ ｔｏ ａ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｂｏｎｄｅｄ ｑｕａｌｉｔｙ Ｎｏｎ－－ｄｅｓｔｅｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔ
１前言
于军事、海洋监测、遥感、医疗、船舶导航等领域。红外探测器
采用粘钢法加固时钢板的粘贴质量将极大地影响加固的
焦距在理论上为２０ｃｍ￣ｃｃ，因而适用于做非接触、广视域的大
效果，因此对钢板的粘贴质量进行检测是十分必要的。目前实
面积无损检测。近年来，红外检测技术逐渐开始应用于土木工
际工程中较多采用的检验钢板的粘贴质量的无损检测方法，主
程领域，而对红外热成像法应用于粘钢加固结构钢板粘贴质量
要有敲击法、超声波法等，但这些方法在实际应用中有较大局
的检测尚处于研究起步阶段ｌｌ】 ］。本文针对粘钢加固的钢板
限性，且影响因素较多。敲击法对操作人员的经验要求较高，
粘贴质量问题，通过２个粘钢加固混凝土试件，对采用红外热
且主观性较大。由于采用人工测量，在桥梁等大型结构粘钢加
像法进行钢板粘贴质量无损检测的技术进行了应用试验研究，
固时由于粘钢面积较大，若采用敲击法进行检测工作量极大，
并对该技术的主要影响因素进行了分析和对比试验，与常用的
通常只能采用抽检的方式，不可避免地会产生漏查的情况。超
敲击检测法进行对比分析。试验结果表明，红外热成像法能直
声波法是一种点位检测法，每次只能检测很小的区域，且要求
观检测出钢板粘贴缺陷的位置、形状和大小，结果可靠，具有广
被测物表面平整、无污渍，还要涂耦合剂，费工费时，检测费用
阔的应用前景。
较高，更适用于对已知缺陷的细节检测。这两种方法都属于接
２红外检测技术的基本原理
触式检测法，需要接触被检测对象，当检测目标物较高、所处的
红外线是介于可见光与微波之间的电磁波，它的波长范围
位置较危险或无法接触时检测困难。
在０．７７～１０００ｇｍ，频率为３×１０“～４×１０“Ｈｚ，自然界中一切
红外热像技术是利用红外探测器将不可见的红外辐射转
温度高于绝对零度（一２７３￣Ｃ）的物体都是红外辐射源，每时每
换成可见图像的一种技术。红外热像检测技术是利用红外图
刻都辐射出红外线，同时，这种红外线辐射都载有物体的特征
像对设备表面温度场进行测定，进而评估其状态的一种技术，
信息，这就为利用红外技术来探测各种被测目标的温度高低与
是一种直观地显示材料、结构物完整连续性及其结合上存在不
热分布场提供了客观的基础。
连续缺陷的检测技术，它是一种非接触的检测技术，广泛应用
根据斯蒂芬一波尔兹曼定律，物体红外辐射的总功率与温
度的关系为：
Ｐ一∞７－４ （１）
Ｉ 作收基者稿金项简日期介目：李研福２Ｏ梁建，１工Ｏ峰省—程Ｏ交，１师４９通—８，０一２科３年 级技２注发月册展出结项生构目师，（２男０。 ，９结２５构） 工程专业，硕
式（１）中，Ｐ为物体红外辐射的总功率；ｅ为物体表面红外
辐射率； 为斯蒂芬一波耳兹曼常数；Ｔ为物体表面的热力学
温度（Ｋ）。
由斯蒂芬玻尔兹曼定律可知，当一个物体表面的发射率不
２０１０年６期总第１４４期 李梁峰・粘钢加固结构钢板粘贴质量的红外检测试验研究
Ｅ一￡Ｗ（７’）＋（１一￡）Ｗ（１ ）
・４９・
（２）
变时，该物体的辐射功率与其温度的四次方成正比。因此，对
物体辐射功率的探测，实际就成了对物体表面温度的探测。当
个物体的几何形状、热特性参数、测量条件、内部缺陷、位置
形态及热特性等条件确定后，就可以在理论上确定红外检测的
一
式（２）中 （丁）， （ ）分别表示温度等于丁及 的黑
体辐射。
由式（２）可得出以下两点推论：被测物体的￡越小，周围
物体对测量结果的影响越大，而当ｅ接近于１时，除非周围有 依据：将一固定热量加在物体表面时，热流将均匀地注入其表
面，并扩散进入内部，扩散速度由被测物体内部性质决定。如
果物体内部有缺陷存在，将由于不同介质导热系数的不同，改
变物体内部的热传导，则均匀热流就被缺陷阻挡（热阻），经过
时间延迟，在缺陷部位发生热量堆积，并在物体表面产生过热
点，表现为温度异常。利用红外仪器扫描物体表面，测量物体
表面温度分布情况。当探测到过热点时，就可以断定出现过热
很高温度的物体存在，热像仪均能够测得正确的结果。被测物
体比周围物体的温度高，且温差越大，周围物体对测量结果的
影响越小，热像仪越容易测得正确的结果。当ｗ（Ｔ）远大于ｗ
（ＴＢ）时，则可忽略周围物体的影响。所以将目标物涂刷黑漆
（完全黑体辐射率￡一１）以及对目标物进行加热理论上可以有
效降低周围环境对测试结果的影响。
点的表面下方存在异常。
对于粘钢加固构件，当钢板和混凝土表面脱粘时，会在钢
板和混凝土表面形成空气层。与粘结剂相比，空气层有良好的
隔热性能，其气体导热系数较小，远小于粘结剂的导热系数。
当通过外部热源给钢板加温，热能由钢板向混凝土中传递时要
经过粘结界面。在粘结界面，由于脱粘部分的空气层导热系数
小，因此在此处因热量堆积形成“热点”。而目前红外热像仪的
大多数红外热像仪对表面温度极其敏感，其分辨率可达
０．１℃，可在红外热像图上显示出钢板表面的温度分布状况，通
过寻找热像图中的“热点”区域即可推出界面的粘贴质量缺陷
位置，所以用红外热像图对粘钢加固的粘贴质量进行检测在理
论上完全可行。
在热像分布图上，通过红外热像仪可显示出不同温度的等
温线，其中各个相邻等温线的温度差值相等。缺陷边缘处温度
变化较大，温度梯度的模最大，热像图中叮以表现为缺陷边缘
处的等温线最密集，这为我们用热像仪测定缺陷的位置、形状
和大小提供了依据 。
３粘钢加固钢板粘贴质量红外检测试验
本次试验的目的是研究应用红外热成像技术检测粘钢加
固钢板粘贴质量的可靠性，影响检测精度的主要因素以及相关
可行的改进措施。
３．１影响测试精度的主要因素分析
（１）物体表面红外辐射率的影响
由式（１）可见，红外辐射功率除了与物体表面温度有关外，
还与物体的辐射率ｅ有关。辐射率ｅ是一个描述被测物体相
对于黑体辐射能力大小的物理量，一切物体的辐射率都在大于
０和小于１的范围内，其值的大小与物体的材料、形状、表面粗
糙度、凹凸度、氧化程度、颜色、厚度等有关。总体上说红外测
温装置从物体上接收到的辐射能量大小与该物体的辐射率ｅ
成正比。在粘钢粘贴质量的检测巾，主要采用的是比较法，即
找出由于脱粘部分空气层与粘结剂热传导系数的不同而在在
钢板表面形成的温度场变异。在钢板表面辐射率均相同的理
想状态下，在同一时刻处于同一环境下钢板表面的辐射功率仅
与钢板表面的热力学温度有关。当钢板表面存在局部锈蚀、表
面粗糙度不～致时，则可能造成钢板表面各处辐射度不刷，从
而带来测量误差或干扰。所以从理论上而言，应当对钢板表面
进行必要的处理，使检测区域内钢板表面的辐射率基本一一致。
（２）周围环境的影响
在检测工作中，热像仪探测器所接收到的来自物体的红外
线辐射包括两个部分，一部分来自物体自身辐射的红外线，另
一
部分是来自周围物体表面反射过来的红外线。周围物体反
射的红外线的影响，近似地以一个温度为Ｔｎ的黑体来表示，则
热像仪接收到的红外线辐射Ｅ可表示为¨』 ：
３．２红外检测试件制作
本次试验采用压力注胶法在混凝土板上粘贴了两块
９００ｍｍ）＜９００ｍｍＸ ６ｍｍ的钢板。为了使试验结果更具有实用
性，粘钢参照实际粘钢工艺流程：混凝土及钢板表面处理一固
定封缝一配胶一注胶一固化。为了在粘结界面形成空鼓，在固
定钢板过程中在试件１钢板中部预留了一个方形封闭隔离区。
而试件２的粘结界面空鼓为注胶过程自然形成，预先未知位置
及大小。为了分析钢板表面状况对测量结果的影响，试验首先
对未进行表面处理的试件进行了热像图拍摄，然后对钢板表面
进行了除锈并涂刷黑色油漆的表面处理，以使钢板表面辐射率
一
致且接近于黑体（使辐射率趋于１）。
３．３热激励措施
由于粘钢试件结构本身不发热，要对其进行红外热像检
测，就须在其表面施以主动加热，以在钢板表面产生一定的温
差。目前已有部分学者对红外检测的热激励方法进行了专门
研究ｌｓ’ 。通常可采用大功率红外灯为外部加热源，也有部分
学者采用表面冷却的方法 ，这与加热的原理是相同的，都是
通过热能的传递使钢板表面形成温度差。无论采用加热还是
冷却的方法，确保所传递热量的均匀性是至关重要的，本试验
采用阳光照射对试件钢板表面进行均匀加热。
３．４测试结果及分析
试件采用阳光照射进行加热，通过红外成像仪对试件进行
拍摄得到红外热像图。首先对表面未处理的试件Ａ、试件Ｂ进
（ａ）试件Ａ红外热像
（ｂ）试件Ｂ红外热像图及可视照片
图１表面未处理状态下红外检测热像图
说明：（ａ）、（ｂ）可视照片中白色线为测试人员１采用敲击法检测出
的脱粘区域边界线
２０１０年６期总第１４４期 李梁峰・粘钢加固结构钢板粘贴质量的红外检测试验研究
行了红外检测，检测热像图如图１所示。由图１可见，在加热
后，试件Ａ和试件Ｂ的热像图均明显反映出钢板表面存在局
部温度较高的区域，该区域与脱粘缺陷区域位置基本符合，但
图像不清晰，没有明显的等温线密集带，缺陷区域边界不明显。
由图１（ｂ）可见，钢板表面的铁锈痕迹在热像图中均清晰可辨。
说明由于未处理的试件钢板表面局部区域存在铁锈，造成钢板
表面各区域的辐射率不一致，对检测结果造成了较大的干扰。
对钢板表面进行除锈并涂刷黑色油漆的表面处理后，再次
对试件拍摄红外热像图见图２。为了对不同的检测方法进行
比较，拍摄完热像图后采用常用的敲击法对两个试件的粘钢质
量进行检测，并在钢板表面绘出脱粘缺陷区域边界与相应的红
外热像图对比列于图２。试验结束后，揭开钢板得到试件的实
际缺陷情况见图３。
由图２可见，试件Ａ、Ｂ的热像图均明显反映出钢板表面
存在局部温度较高的区域，图像清晰，具有明显的等温线密集
带，可明显判断脱粘区域的位置和大小（图中亮黄色等温线处
可视为缺陷边缘）。对比图２及图１可见，对钢板表面进行除
锈涂刷黑漆处理后，钢板表面各区域的辐射率基本相同，且辐
射率较大，可以显著减弱钢板表面辐射率不一致及环境因素带
来的干扰。此时红外成像仪
（ａ）试件Ａ红外热像图
（ｂ）试件Ａ敲击法检测出的
脱粘缺陷区域
（ｃ）试件Ｂ红外热像图 （ｄ）试件Ｂ敲击法检测出的
脱粘缺陷区
图２表面除锈涂刷黑漆处理状态下红外检测热像图及敲击法检
测对比分析图
说明：（ａ）、（ｃ）热像图中亮黄色等温线处为脱粘缺陷区域边缘
线；（ｂ）、（ｄ）可视照片中白色线为测试人员２采用敲击法检测出的
脱粘区域边界线；边界线围合的内部区域为脱粘缺陷区域
可以更好地反映钢板表面的温度场变化，从而提高红外检
测的精度。
对比图２与图３可见，红外热像图所探测出的缺陷区域及
采用敲击法检测出的缺陷区域位置、形状、大小与实际缺陷区
域基本吻合，而图２（ａ）、（Ｃ）所示红外热成像法所探测出的缺
陷区域形状、大小与实际缺陷区域更接近，精确度更高。对比
红外检测与敲击法检测的操作过程，红外检测法只需通过对试
件光照加热约５ｍｉｎ，即可获得稳定的试件钢板表而温度场分
（ａ）试件Ａ实际缺陷 （ｂ）试件Ｂ实际缺陷
（中下部深色区域） （中部灰白色区域）
图３ 揭开钢板拍摄得实际脱粘缺陷区域照片
布热像图，且不同人员多次探测的结果均相同，随机性较小，客
观性较强。而敲击法需测试者缓慢逐寸敲打试件钢板表面，并
需反复辨别敲击声的不同，逐段绘制缺陷边界线，单个试件（面
积０．８１ ｎ１２）耗时约２０ｍｉｎ，且对比图１可视照片及图２（ｂ）、（ｄ）
可见不同人员的检测结果有较大差异，检测结果随机性较大，
主观性较强。
４结论
本文采用正常施工工艺制作了２个界面存在脱粘缺陷的
钢筋混凝土粘钢加固构件，应用红外热成像检测技术对２个试
件进行了无损检测试验，并对主要的影响因素进行了对比试验
研究，得出以下几点结论：
试验结果表明利用红外热成像法对粘钢加固结构粘贴质
量进行检测的方法是一种切实有效的检测方法，能直观检测出
钢板粘贴缺陷的位置、形状和大小，且检测结果精确可靠，对钢
板粘贴质量可作较准确的分析。
钢板表面辐射率是红外检测的一个重要影响因素，而通过
对钢板表面采取简单的除锈处理及均匀涂刷深色油漆等措施，
能够使被检测钢板表面辐射率一致，可以有效降低表面辐射率
的影响，提高红外检测的精度。
与敲击检测法相比，红外热成像法具有非接触、客观性好、
操作简便，大面积检测速度快、精度高等优点，其中非接触、远
距离、大面积扫测的优点是敲击法所无法替代的。对位于较高
处及较危险处的钢板（如桥梁粘钢）进行检测红外热成像法可
以从地面上进行检测，而不需要搭设脚手架，检测结果可靠，而
且可重现。
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