红外成像技术监测钢管柱中混凝土密实度的研究

摘 要：深坑工程大量使用倾斜钢管混凝土柱，钢管柱内设隔板造成混凝土浇筑质量难以保障，对钢管柱内混凝土密实度进行准确监控成为保证钢管柱混凝土施工质量的关键技术、为解决钢管柱中混凝土密实度难以监测的问题，研究了采用红外成像技术，通过间接测定混凝土浇筑过程引起的钢管柱表面温度变化来判定钢管柱密实度并通过现场实测验证了该技术的可行性。

关键词：红外成像；监测；钢管柱；混凝土；密实度

引言：该技术是一种通过拍摄获取热辐射分布的图像，并将其转换为肉眼可见的，从本质上讲是一种波长方面转换的技术，它把光譜中我们人类看不见的红外线转换为可以看见的，利用物体本身各部分温度辐射的差异获得图像细节，将红外图像转化为可见图像。近年来红外成像技术发展迅速，在军事、工业、农业、医学等各领域显示出越来越重要的应用。

一、红外成像系统的原理及组成

由于我们看不见红外光，因此要使用特殊的装置实现其可视化，即红外成像系统。典型的红外成像系统由光学方面的体系，红外的探测仪器和电子方面的处理系统构成。光学系统主要的作用是将目的物体热辐射的影像呈在红外探测仪的感应光的那面，因此将红外光转成数字信号，最后通过电子处理体系把其数字数据转成成人眼能看到的图像。在红外成像系统中，光学系统和红外探测器扮演着极其重要的角色，决定着红外成像系统的成像效果和使用的广泛性。该技术是利用目标和背景进行太阳光的反射或其他景物不同光线的差异来成像，即可见光成像需要光。而红外的成像是利用目标和背景自身红外线的辐射（热辐射）能量的不同来成像，它表述的是目标和背景的温度的差异，不需要任何其它的条件。随着红外方面技术的迅猛发展及其实际应用范围的不断扩大，人们对于红外成像的质量和应用范围的要求日益增加，推动了该技术的持续稳定的发展。

二、红外成像的优点及应用的领域

1.可见光领域的成像需要光，易受外部光源光的强度的影响，而红外成像不需要任何光的，环境方面的适应能力比可见光强，尤其是在较弱光环境或恶劣的天气条件下。

2.该成像技术是被动接收目标辐射的信号，比需要通过探测获取信号才能感应到目标雷达和激光探测安全，隐藏性比较好，且不轻易被干扰。

3.可见光是靠目标和背景的颜色差异来识别目标，当目标，背景，人为伪装的目标颜色相近或相似时，极容易出现识别不到目标或目标判断错误的现象，该技术表述的是目标和背景之间温度存在的差异，因而识别目标的能力较优。

4.与雷达和激光的探测系统相比，该技术系统的容积小、质量轻、功率低，特别适用于发射后能够自动寻的制导的武器。

安防方面：红外方面警报已从接近了红外主动形成影像响起警报、快速向红外这方面技术不断发展。能够全天的工作，这种报警技术在北京的奥运会、上海世博会、广州亚运会等大型活动，海关缉私和维护社会安定方面发挥了重要的作用。

消防方面：是世界上发达国家红外方面热像仪最大的市场，通过利用在透烟透雾方面的优势，使得其在火灾的情况检测，寻找火灾源头方面有着不可取代的作用。

电力方面：作为最成熟、最有效的电力在线检测的技术，红外的热像仪器可以大大提高电力设备工作的稳定性，大大降低了设备的检修所用的时间。

医疗方面：该领域这方面的技术是对结构成像方面的技术是一个很好的补充，许多以往结构成像不能表现或难以表现的异常现象，却能通过该成像技术显示。目前，该相关技术正在亚健康的评估、肿瘤预测等重大领域得到广泛的应用。

随着世界经济的不断进步、该相关技术的快速进步和产品投入资金的不断下降，民用领域应用将具有更为广阔的发展空间。

三、钢管混凝土柱中混凝土密实度的监测

利用混凝土浇筑时发出的水化热原理，可以监测混凝土是否紧密牢固。如果混凝土不紧密牢固的部位，水化热较少，因而显示温度是较低的区域。国内一些学者采用该技术对混凝土进行密实度及裂缝方面进行监测展开了一些研究。但对于钢管柱中混凝土的密实度检测技术方面的研究较少，相关监测方面也有待进一步完善。

钢管柱分为两层一节，通过进行混凝土的最优配比设计，柱内混凝土采用对应浇筑，每节内混凝土的浇筑至离柱的顶端400～350mm处停止，去除浮在上面的浆至距柱顶5OOmm处。每层钢柱内混凝土约1～1.5立方米，总方量为1665 立方米，钢管柱内混凝土的强度级别为C 60，因所用的水泥量较大，导致水化放热量大，浇筑过程中会快速将水化热传导至钢管柱，引起其从下到上的温度逐渐升高，若混凝土进行浇筑密实则引起钢管柱表面温度的改变应较为均匀，倘若钢管柱中存在空洞、漏浇等缺陷.则该处柱表面的相对温度将产生异常。这就为红外技术进行检验钢管柱中混凝土的密实度提供了技术基础。除对混凝土密实度进行监测外，还被应用于检查钢管柱是否漏浇模式，利用红外方面进行的测定己浇和待浇钢管柱温度，己浇的钢管柱中混凝土导致其表面温度明显高于未浇筑的钢管柱，因此，可依此决定钢管柱是否漏浇了混凝土，避免漏浇现象的发生。

结语：钢管柱混凝土工作中采用了红外成像监测的手段，通过监测混凝土浇筑的程序中钢管柱表面的温度变化，帮助判断其混凝土的密实度，实现了准确、及时、完整监控钢管柱中混凝土密实度，确保了钢管柱的工作质量。该技术在类似工程中提供参考。

参考文献

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[2]李相迪，黄英，张培晴，宋宝安，戴世勋，徐铁峰，聂秋华.红外成像系统及其应[J].激光与红外，2014，44（03）：229-234.

[3]岳著文，张德财，危鼎，阴光华.红外成像技术监测钢管柱中混凝土密实度的研究[J].混凝土与水泥制品，2017（08）：84-86.

（作者单位：中国建筑第八工程局有限公司）

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