红外热像法在保障房外保温检测中的应用

■ 范卫东 FAN Weidong

0 引言

作为国内特大型城市的上海，自“十二五”以来，已逐步构建并基本形成了廉租房、公租房、共有产权保障房、征收安置房等“四位一体”的租购并举住房保障体系。自2003年起至今已在全市规划的46个大型居住社区中，已有38个大型居住社区建设了将近5 000万m2的市属保障房，为共有产权保障房和中心城区旧改、市重大工程提供了大量的优质房源，为改善老百姓的居住条件和优化上海市房地产市场以及经济建设和城市发展做出了重要贡献。作为市民生工程的保障性住房，也积极响应国家和政府所提倡的“节约能源和保护环境”的总体要求，自2006年起在全市38个在建和已建的市属大型保障房居住社区中，均陆续实施了外墙外保温体系。由于有机保温材料具有质轻、保温隔热效果好等特点，2006～2010年间，建筑外墙保温普遍采用有机保温材料作为外墙外保温材料，如：膨胀聚苯板（EPS）、挤塑聚苯板（XPS）、聚氨酯等。自2010年上海发生了“11·15胶州路高层住宅楼大火”之后，公安部消防局发布了《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》（公消〔2011〕65号），明确规定了“民用建筑外保温材料必须采用燃烧性能为A级的材料”。从此之后上海市保障房外墙保温主要采用无机保温材料。由于当时市场上无机保温材料种类有限，可供选择的余地比较小，再加上保障房“保本微利”的项目特点，因此，建设单位采用的外墙保温体系主要以无机保温砂浆为主。据相关部门统计，在2010～2015年间建设的大规模市属保障性住房中，有85.9%的项目选用无机保温砂浆系统，4.7%的项目选择胶粉聚苯颗粒，3.1%的项目选用膨胀聚苯板，3.1%的项目选用改性聚苯板，各有1.6%的项目选用泡沫混凝土和STP超薄绝热板。

随着时间的流逝，根据相关部门统计，自2010年起至今采用无机保温砂浆的外墙外保温系统的市属保障性住房项目约有200个，其中大部分项目已竣工交付，截至2019年1月底，先后约有几十个项目发生了外墙外保温质量问题，其中，约有10个左右的项目外墙外保温发生了严重的空鼓、脱落、外墙开裂、外墙建筑涂料涂膜起泡、墙面渗水等质量问题和外墙面砖、外墙保温层脱落伤人损物的严重安全事故，这不仅影响了城市美观，也对已入住居民的生命财产和日常生活带来严重安全隐患，继而给保障房这个民生工程带来极其负面的影响。因此，对上述出现质量和安全问题的市属保障房项目的外墙面进行及时、全面、科学、彻底地修复，是目前我们保障房从业人员当务之急的任务。但考虑到这些出现质量问题的保障房小区居民均已入住，如何在不影响老百姓生活的前提下，通过专业部门用其科学、高效、全面的检测方法找出外墙保温层脱落的范围、损坏程度和引起原因，并及时进行彻底而全面地修复，又是重中之重和非常必要的工作。

纵观目前国内对外墙面检测认识不足，检测手段还主要停留在人工凭经验，高空作业危险性高，人工检测费时费力、且效率低下，检测精度也有待提高的现状，笔者通过引入技术比较成熟且对外界影响较小的红外热像法技术，对采用无机保温砂浆外保温系统的市属保障性住房外墙进行全面检测，从而快速、全面、准确地发现外保温系统中的空鼓位置和面积，分析外保温系统的损坏情况，为后续制定修缮方案提供依据。

1 外墙外保温系统构造及常见问题

“11·15”大火后，上海新建建筑外墙保温材料普遍采用无机保温砂浆，饰面采用面砖或涂料等。

一般情况下，无机保温砂浆外保温系统构造为（由内至外）[1]：①墙体基层（混凝土墙或各种砌体墙）；②找平层（水泥砂浆）；③界面层（界面砂浆）；④保温层（水泥基无机保温砂浆）；⑤抗裂防护层（抗裂砂浆+网格布）；⑥饰面层（涂料饰面为：柔性耐水腻子+外墙涂料；面砖饰面为：面砖胶黏剂+面砖+面砖填缝剂）（图1）。

图1 无机保温砂浆外保温系统示意图

图2 开裂空鼓发生在基层界面

图3 空鼓开裂发生在无机保温砂浆与抗裂层的界面

图4 抗裂防护层空鼓、开裂

外墙外保温中的无机保温砂浆层厚度一般不小于30mm。对于多层砌体房屋的外墙外保温，无机保温砂浆层的厚度一般控制在35～40mm。当采用涂料饰面时，抗裂防护层的厚度一般为5mm；当采用面砖饰面时，抗裂防护层的厚度一般为7mm。

受到材料、施工工艺、施工质量等等因素的影响，无机保温砂浆外保温系统容易出现墙面开裂、渗水、空鼓、坠落等现象（图2～7）。

2 红外热像法检测外墙外保温系统空鼓原理和特点

2.1 红外热像法检测原理

因为物体都是红外辐射源，所以物体全部都具有红外辐射特征。当波长一定时，物体不同的表面温度就会产生不同的辐射功率，所以，可以根据固定波长下的辐射功率来计算物体的表面温度。在接收到被测物体的红外辐射后，红外热像仪可以转换辐射功率信号为电信号。系统处理后，物体的表面温度场可以表现为图像形式[2]。

图5 窗周抗裂防护层开裂

图6 涂料层起壳脱落后，雨水容易渗入无机保温砂浆层

图7 立面线条部位多处开裂

对于没有缺陷的物体，温度场是均匀分布的，而当物体内部存在缺陷时，缺陷处的温度分布将会发生变化[3]。其原理可归纳为算式（1）所示。

由式（1）可知，当物体缺陷处的热传导性质不同与其他正常部位时，在一定的时间延迟后，缺陷处会反射或阻挡热波，在此处发生热堆积或者热遗漏，表面会形成过热或者冷斑。此时，相对于其他正常区域，该处就表现为表面温度异常区域。通过红外热像法对外墙保温系统的墙面进行大面积监测，可以远距离、快速准确地确定空鼓的位置和范围。

目前，红外热像仪技术已经相当成熟，其温度的分辨率较高（精度可达0.02℃）、测温范围也较广（-50～2 000℃）、探测焦距较远（20cm ～无穷远）。探测器只响应红外热辐射，不受时间和空间的限制。随着技术的不断进步，实际操作中可采用各种不同的信号显示，并能同步进行数据存储、几何处理、计算处理等，高效快捷地完成检测工作。

2.2 红外热像法检测特点

（1）非接触性，检测范围广，是传统的接触性检测方法无法比拟的。

（2）安全性高，规避了高空作业风险，减少意外事故的发生。

（3）准确性高，红外热像技术具有很高的温差分辨率，检测结果可以更加细化、更加具象化。

（4）操作方便快捷，红外热像检测仪器重量轻、体积小、易于携带，几秒钟之内就可以完成检测，实施过程灵活方便。

外墙饰面空鼓检测采用的红外热像法，对外墙面空鼓进行全数检测，分析外墙外保温红外热谱图，并在图中标识出空鼓部位。根据外墙面损坏检测及空鼓检测结果，统计各立面的外墙面损坏率（损坏率=外墙饰面层损坏面积/外墙净面积）。同时，结合外墙面黏结强度、构造等检测结果，从系统、材料、施工及使用等方面，分析、明确外墙外保温系统的损坏原因。

3 红外线检测法在某市属保障房住宅小区外墙检测中的应用

某市属保障房住宅小区于2011年4月开工建设，并于2013年8月竣工交付使用。该小区总建筑面积约有16万m2，共建有23栋住宅和1栋公建楼，其建筑外墙采用无机保温砂浆的内外组合保温系统。

根据设计，其项目的内外组合保温系统构造由外至内依次为：①涂料；②弹性底涂+柔性耐水腻子；③5厚抗裂砂浆复合耐碱玻纤网格布一层；④30厚无机保温砂浆；⑤专用界面砂浆；⑥15厚1∶3水泥砂浆；⑦界面剂一道； ⑧结构墙体；⑨专用界面浆料；⑩ 20厚无机保温砂浆； 专用护面浆料； 内墙装饰面层。

根据该小区建设单位、物业公司提供的相关材料和有关入住居民投诉反映，自该项目竣工交付的第2年即2014年3月起，其外墙外保温就陆续出现了外墙面面层空鼓、开裂、外墙建筑涂料涂膜起泡、墙面渗水等质量问题和外墙保温层脱落伤人损物的严重安全事故（图8）。

图8 外墙面局部空鼓、起壳

为明确该项目外墙饰面层空鼓现状并找出产生上述质量和安全隐患问题的原因，继而全面及时地进行有效的维修。相关检测单位在该小区现场采用红外热像仪等仪器，对被检测屋外墙饰面的空鼓状况进行了现场检测。受篇幅限制，仅列出了部分外墙饰面红外热像检测结果（图9～12）。

经外墙面空鼓检测，被检测房屋各立面外保温系统均存在不同程度的空鼓现象。根据外墙面损坏检测结果及红外热像空鼓检测结果，经统计分析被检测房屋东外墙面损坏率介于25%～32%，南外墙面损坏率介于16%～17%，西外墙面损坏率介于20%～23%，北外墙面损坏率介于10%～12%。其中，东外墙面和西外墙面损坏较为严重。目前检测单位已将上述利用红外热像法技术检测的具体情况形成相关报告及时送交了建设单位，现建设单位根据报告中反应的的实际情况和实事求是的原因分析，正按照市有关部门和相关文件要求，积极予以及时的维修中。

图9 东立面外墙饰面层存在空鼓现象

图10 南立面外墙饰面层存在空鼓现象

图11 西立面外墙饰面层存在空鼓现象

图12 北立面外墙饰面层存在空鼓现象

4 结论

以上通过检测实例，将红外热像法应用于已出现质量问题的大居市属保障房项目无机保温砂浆外保温系统的检测中，能够准确、快速、全面地发现外保温系统中的温度异常部位，分析确定空鼓缺陷位置，并最终为外墙修缮工作提供快速、准确的依据。

基于红外热像法检测技术在外墙检测方面具有非接触性且检测范围更加宽广、安全性高、检测准确性高、操作方便快捷等优势，考虑到目前大居市属保障房采用无机保温砂浆的外墙外保温系统现已出现的大面积质量问题，和市政府所下达的“对已出现质量问题和安全隐患的保障性住房的外墙外保温系统应尽快予以修复，以确保老百姓生命财产的安全”的要求等情况下，红外热像法检测技术已在大型的保障房外墙外保温系统的检测中发挥其巨大作用。