李國慶 夏輝華 厲 興

(1 浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗站；浙江 杭州 310012 2 浙江省建筑科學(xué)設(shè)計研究院，浙江 杭州 310012)

外粘碳纖維復(fù)合材對既有建筑物的結(jié)構(gòu)加固是現(xiàn)階段運用較為常見的一種手段，加固效果怎么樣，主要取決于兩個方面。一方面是準(zhǔn)確、合理的加固方案，另一個方面是合格、有效的施工質(zhì)量。沒有好的加固方案，碳纖維織物粘貼上去后不能準(zhǔn)確的發(fā)揮加固效果；不合格的施工質(zhì)量，如粘結(jié)強度未達(dá)到規(guī)范要求、甚至大面積的空鼓，貼上去的碳纖維不是加固材料，而是成了“裝飾材料”。因此對于施工質(zhì)量的合格與否，相應(yīng)的驗收規(guī)范有著嚴(yán)格的要求。但現(xiàn)有的驗收規(guī)范，在檢測操作中存在著一定不足之處。本文針對碳纖維片材粘貼加固建筑物施工質(zhì)量的檢測，提出了不同于現(xiàn)有規(guī)范的檢測方法。

1 應(yīng)用思路

現(xiàn)行、有效的國家規(guī)范對碳纖維加固建筑物施工質(zhì)量的檢測驗收主要有以下形式：

加固質(zhì)量整體效果的定性評估:“碳纖維片材與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量，可用小錘輕輕敲擊或手壓碳纖維片材表面的方法檢查，總有效粘結(jié)面積不應(yīng)低于95%”[1]，“纖維復(fù)合材與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量可用錘擊法或其他有效探測法進(jìn)行檢查，根據(jù)檢查結(jié)果確認(rèn)的總有效粘結(jié)面積不應(yīng)小于總粘結(jié)面積的95%”[2]。

加固質(zhì)量局部區(qū)域的定量檢測：該方法主要是現(xiàn)場正拉試驗，操作方法是根據(jù)加固面積，確定檢測數(shù)量，在設(shè)定的檢測區(qū)域內(nèi)，布置檢測點。檢測數(shù)據(jù)包含試件的破壞形式和破壞強度值。最后綜合規(guī)范相應(yīng)的指標(biāo)作出評判。

在實際的檢測工作中，定性評估時，監(jiān)理人員常見的是采用錘擊法。該方法簡單宜行，符合規(guī)范文字要求，但在實際的操作中存在以下問題。如果加固的檢測面積較小，加固的結(jié)構(gòu)部位對于檢測者來說方便宜行，尚可正確操作。如果加固面積較大，而且操作部位較為困難，比如是混凝土樓板的板底，需要仰頭連續(xù)操作；再者是層高較高的板、梁，需要架設(shè)梯子，連續(xù)上下爬動移動作業(yè)。此種工況下，采用敲擊法費時費力。定量檢測時，檢測點往往是隨機布置的。檢測點的質(zhì)量好壞，僅代表了該點及周邊局部范圍內(nèi)施工質(zhì)量，尚不能完全表征全部加固面積的施工質(zhì)量。

紅外熱像檢測技術(shù)是采用紅外探測器、光學(xué)成像物鏡等接收被測目標(biāo)的紅外輻射信號，經(jīng)過紅外光學(xué)系統(tǒng)中電子掃描電路對被測物的紅外熱像進(jìn)行掃描轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)視頻信號通過監(jiān)測器顯示紅外熱圖像。在建筑物粘結(jié)缺陷檢測方面具有傳統(tǒng)檢測方法（錘擊法、外觀檢測法等）無可比擬的優(yōu)勢。它的工作原理如下：在建筑物外表面粘結(jié)施工過程中如果出現(xiàn)空鼓，在粘結(jié)層和基層間將產(chǎn)生一定的空氣層。當(dāng)建筑物表面從外部有溫變的空氣中吸放熱量時，有空鼓部位的溫度變化比正常部位大。通常，當(dāng)暴露升溫的空氣中時，建筑物表面的溫度升高，空鼓部位的溫度比正常部位的溫度低；相反，當(dāng)氣溫降低，建筑物表面溫度下降時，空鼓部位的溫度比正常部位的溫度高。由于空氣的熱導(dǎo)（封閉狀態(tài)下，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.04W/m·k）[3]遠(yuǎn)低于碳纖維、碳纖維膠粘劑、混凝土等建筑材料，因此當(dāng)熱流從表面進(jìn)入建筑物飾面層時，即會在“空鼓”缺陷部位受到空氣阻擋發(fā)生“熱堆積”，使該處的紅外熱像呈“熱斑”等特征。由紅外熱像“熱斑”出現(xiàn)的部位、持續(xù)時間等特征便可推知存在粘結(jié)質(zhì)量的區(qū)域范圍。

2 試驗部分

本次實驗使用紅外熱像儀對混凝土表面粘貼碳纖維施工質(zhì)量進(jìn)行檢測，分析熱成像數(shù)據(jù)，綜合外觀檢測法、錘擊法等，將結(jié)果進(jìn)行比較。最終評價熱像法在建筑物表面粘貼碳纖維材施工質(zhì)量檢測中的意義。

2.1 實驗材料

混凝土構(gòu)件：某廠房二層剪切柱；

纖維加固材：碳纖維布(300g/m2，Ⅰ級)，日本東麗產(chǎn)；

纖維膠粘材料：碳布底膠、碳布浸漬膠(XTL)，杭州固安科技公司產(chǎn)。

2.2 實驗用儀器

紅外熱像儀(TIR 32)，(FLUKE)美國福祿克產(chǎn)。

2.3 實驗步驟

選用兩根養(yǎng)護(hù)期相同的混凝土柱。一根編號為CRT-1，構(gòu)件表面較為光滑，缺陷部位較少，經(jīng)過打磨后，得到較為平整的表面。另一根編號為CRT-2，其構(gòu)件表面有明顯坑洼，雖經(jīng)過打磨，但未做補平處理。混凝土試件上的碳纖維粘結(jié)加固工作，按規(guī)范要求，打磨、除塵、清洗、烘干、一底兩面。CRT-1 構(gòu)件的粘貼工作采用全粘作業(yè)。而CRT-2 混凝土試件上的粘貼工作在坑洼處未找平即粘附作業(yè)。

3 結(jié)果分析

以下為該次試驗的數(shù)據(jù)：圖1 和圖2 分別為CRT-1 和CRT-2 兩根混凝土柱粘貼碳纖維布施工完后的可見光圖片。從照片可以看出，二者在外觀上無太大差別，目測無法區(qū)分出施工質(zhì)量的好壞。采用錘擊法測試，CRT-2 混凝土柱有明顯空鼓，但無法確定大致面積。圖3 和圖4 分別為CRT-1 和CRT-2 兩根混凝土柱在紅外熱像儀采集完數(shù)據(jù)后，將表層加固碳布材料剝離后的可見光照片。從該組圖片可以清楚的看出，CRT-1 混凝土柱表面較為平整，底膠施工后空鼓處較少，基本實現(xiàn)了全粘作業(yè)。而CRT-2 混凝土柱有兩處較為明顯的坑洼，且未經(jīng)找平處理。該兩處在粘貼作業(yè)中，未能實現(xiàn)與碳布層有效粘結(jié)，呈現(xiàn)較為明顯的空鼓狀態(tài)。

圖5 和圖6 分別為CRT-1 和CRT-2 兩根混凝土柱粘貼碳纖維布后的紅外熱像圖。拍攝參數(shù)如下：日照時間為5 小時左右，拍攝鏡頭為FLKTI-LENS/TELE1/3441176 長焦紅外鏡頭，發(fā)射率ε=0.95。從圖5 看出，該柱表面的熱像圖顏色基本一致為綠色，即表層溫度大致相同。從圖中選取的兩個大的矩形分析框可以看出：該混凝土柱粘貼碳布加固表層的構(gòu)件熱輻射溫度平均值一處為22.56℃，另一處2 為23.34℃，較為接近。從圖6 看出，該混凝土柱表面的熱像圖有兩處不規(guī)則的紅色“熱斑”。兩處紅色“熱斑”一處的平均溫度值為26.76℃，另一處的平均溫度值為26.86℃，明顯高于其它表層的表面溫度23.32℃（該圖最下方的橢圓分析框）。該圖準(zhǔn)確的顯示出，柱體表面碳布加固層中存在兩處面積較大的空鼓位置。這一點與圖4的可見光圖片也是相吻合的。當(dāng)該兩處空鼓處經(jīng)過5個小時的熱照射后，由于空鼓位置積累了熱導(dǎo)較低的空氣層，形成了“熱堆積”，從而在紅外熱像圖上顯示出較為明顯的“熱斑”。

4 結(jié)論

1）紅外熱像法作為一種新型無損檢測技術(shù)，具有非接觸、遠(yuǎn)距離、實時等優(yōu)點。在碳纖維粘貼加固構(gòu)件質(zhì)量檢測中，配合標(biāo)準(zhǔn)、廣角、長焦各種鏡頭，擴大了單次檢測范圍，節(jié)省了人力、物力；

2）高精度的紅外熱像技術(shù)為碳纖維粘貼質(zhì)量的評估，缺陷部位的查找、定位、修補提供了可靠的技術(shù)保障；

3）紅外熱像技術(shù)的測試基礎(chǔ)是溫度的變化在被測區(qū)域上形成熱累積。在碳纖維粘貼建筑構(gòu)件的外表面施工質(zhì)量檢測的應(yīng)用中，目前還有一定的局限性。對于陽光熱源無法干預(yù)到的結(jié)構(gòu)部位如陰角、板底等背陽面即無法采用該技術(shù)。針對這種情況，主動加熱技術(shù)[4]的進(jìn)一步研發(fā)應(yīng)用，將可以改善檢測的局限性。

[1]岳清瑞、葉列平等?！短祭w維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS146:2003[M]，北京：中國計劃出版社，2007：25-25

[2]孫前元、梁爽等?！督ㄖY(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50550-2010[M]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010：64-64

[3]付祥釗?！断臒岫涞貐^(qū)建筑節(jié)能技術(shù)》[M]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002，131-131

[4]楊小林等。紅外熱成像檢測中的主動加熱方法研究[J]，《激光與紅外》，2007（11）：1-3