基于红外热成像的古建筑墙内暗柱材料缺失检测

摘要

【目的】墙内暗柱是木结构古建筑的重要承重构件之一，因其处于潮湿和缺乏通风的环境，故多存在腐朽及由严重腐朽导致的材料缺失等缺陷，容易失去原有的承载能力和稳定性。墙内暗柱自身构造导致现有的检测手段受限，易造成不可逆的损坏。故本研究基于红外热成像原理开展墙内暗柱材料缺失缺陷检测理论与试验研究，以期为基于红外热成像的墙内暗柱缺陷状况无损检查方法的建立奠定部分前期基础。【方法】首先，从理论角度探讨古建筑墙内暗柱传热过程，推导稳态下木柱区域与纯墙体区域的温度公式，分析影响木柱材料缺失缺陷区域温度变化的因素；然后，建立试验模型，进行墙内暗柱缺陷红外检查试验，采集红外图像；最后，通过分析所获得的红外热图，探讨墙内暗柱材料缺失缺陷大小与墙体表面温度分布之间的关系。【结果】（1）理论研究表明：由于木材的横向导热系数远小于墙体导热系数，加热面加热温度相同的情况下，木柱墙体外表面所对应的温度偏低；墙内暗柱的检测效果主要受到缺陷尺寸，即缺陷高度、缺陷深度的影响。（2）试验结果表明：在稳态热传导下，木柱处的墙体外表面温度要低于纯墙体，即木柱处红外图像的颜色更浅；木柱缺陷的存在会使缺陷处墙体表面温度变高，红外图像颜色变深；木柱缺陷高度越大，缺陷导致的高温范围越大；木柱缺陷深度越大，缺陷区域温度值越高。（3）在非稳态热传导下，木柱中线温差分别与木柱缺陷高度（R2≥0.964）、深度（R2≥0.951）呈极强的正相关。（4）在木柱缺陷较小的情况下，墙体表面温度不因缺陷的存在而发生明显改变。【结论】木柱的缺陷高度与深度是影响缺陷红外热成像检测效果的主要因素，红外热成像法应用于古建筑墙内暗柱材料缺失缺陷的筛查与评估是可行的。

关键词

古建筑 / 墙内暗柱 / 缺陷 / 红外热成像 / 无损检测