选择性激励红外热像结构性隐性裂纹的发现方法

我国大量的混凝土结构已进入中老年期，存在着各种缺陷，其中结构性裂缝因其延伸扩展对构件承载能力损害最大而最受重视。码头桥梁等在役结构荷载一般是运动变化的，对应于结构性裂缝也有一个从无到有、由小到大的过程，尽早发现，则意义重大。目前发现裂缝主要靠目测巡查，对于肉眼尚不可见的处于开展前期的闭合或微宽裂纹尚无快速有效的发现方法。.根据振动波在混凝土中传播、振动能由于内耗而转化为热能的基本原理，申请者首次提出并初步实验了混凝土选择性热激励的基本构思，即向混凝土构件输入特定振动波，振动能集中于混凝土裂纹和其它缺陷处转化为热能，形成局部温升，并被热像仪捕捉。再根据结构性裂纹区别于其它微细裂纹的承载相关性和连续性的热像特征，发现和识别结构性裂纹。本项目主要研究的两个科学问题是：（1）振动激励能量有效输入混凝土构件的机理与方法；（2）振动波能量在混凝土结构内的分布及热转化选择性能。

超声红外热像法是一种新型的无损检测技术。该技术利用超声波激励混凝土构件，超声波在构件内部传播并在微裂纹等典型缺陷部位大量衰减，导致机械能大量转化为热能并积聚使得温度升高，用红外热像仪捕捉并记录下混凝土构件表面温度场的变化，从而得到典型缺陷的特征信息。超声红外热像技术很好地结合了超声与红外两大技术优点，有着检测能力强、灵敏度高、检测速度快、发展潜力大的优点。超声激励红外热像法检测混凝土缺陷成功的关键是超声波能量能够高效地进入混凝土构件，并在混凝土缺陷部位选择性地转化和集聚，同时红外热像仪能够顺利捕捉到温度场变化。利用有限元数值模拟方法对超声激励混凝土缺陷发热的过程进行了仿真分析，并逐一分析了混凝土裂纹宽度、混凝土构件厚度、超声波振幅、超声波频率和超声激励加载位置等参数对检测效果的影响规律,证实了超声红外热像技术对混凝土微裂纹的检测能力。对2种取自实际工程带有缺陷的混凝土芯样以及实验室制作的3种混凝土试样进行了超声红外检测试验，结果表明利用超声波可以对缺陷进行选择性的热激励，取得了5种试样的热像图，探索了裂缝等缺陷的热像特点。对混凝土墩、混凝土梁和混凝土墙三种构件进行了超声红外检测试验，结果表明全级配混凝土构件中骨料与胶凝材料的结合面、以及钢筋与混凝土的结合面不会产生选择性的热激励，而混凝土裂纹、酥松等缺陷温升明显。该项目研究与试验对超声红外检测法在实际混凝土工程结构应用具有重要意义。