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28 Mar 2022
應用新知
路面與橋樑檢測新方案:紅外線熱像檢測法 (上)

混凝土是橋樑或高架道路主要的建材,堅固且耐用。然隨著時間過去,終究會因為老舊或侵蝕而導致脫層(delamination)或碎裂(spalling),以致需要對混凝土橋樑進行保養或維修。

透過現代科技紅外線熱像儀的協助,能夠使耗時的檢測工作事半功倍,大大提升效率,方便相關人員制定維護計畫,延長設施的使用年限。

 

紅外線熱像檢測 更安全 更有效率

NEXCO-West Japan的子公司NEXCO-West USA,為了此類的橋樑、高架道路結構檢測,與FLIR合作,開發了一款熱影像分析軟體 Infrared Bridge Assesment System (IrBAS)。

配合 FLIR A6701sc 對目標物進行紅外線熱像檢測,能夠取代費時且準確度低的傳統聲學鍊條檢測(chain drag method)或是錘擊測試(hammering tests)。

不僅提高效率、提升檢測時的安全性,也能建構出較為客觀的評斷標準。
 

左圖:NEXCO-West的車載檢測配置;右圖:利用FLIR A6701sc熱像儀建構水泥路面熱像圖。

 

肉眼難以看見的缺陷

混凝土橋面有兩種常見的缺陷:脫層(delamination)或碎裂(spalling)。

嵌入混凝土的鋼筋會隨著時間逐漸被腐蝕、體積膨脹,使得混凝土橫向裂開分層,或是裂成塊狀掉落。

有些缺損是肉眼可見的程度,有些則發生於內部,無法輕易得知。

上圖:脫層示意;下圖:碎裂示意。

 

移動式熱影像檢測 清楚看見溫度變化

NEXCO-West USA的橋面脫層檢測方式,大幅改善了傳統方法耗時且不準確的缺點。

將熱像儀安裝於車頂,不需要關閉車道或是降低速限,即能進行移動式檢測。

而且路面缺陷部分,會因為受熱不一,而產生溫差。如此一來,使用紅外線熱像儀拍攝路面,視覺化溫度分布,就能夠輕易判讀出可能的路面缺損位置。

 

圖:紅外熱像儀檢測到的橋面可見光脫層圖像、脫層原始圖像和經過處理的脫層圖像;來源:Comparison of Infrared Cameras for Concrete Bridge Deck Scanning: - Vol.2 Field Test at Haymarket Bridge”, December 2014, NEXCO-West USA, Inc.

 

檢測時段,通常在白天或是太陽下山後幾小時進行拍攝,此時最適合觀察到明顯的溫度變化。

破損位置會使得升溫/降溫速度與正常路面不同,在熱像上會十分清楚。若拍攝時將熱像儀與IrBAS系統連線,能即時看見熱像,判斷路面情況。

 

圖:完好混凝土橋面和損壞混凝土橋面的溫差示例;來源:Comparison of Infrared Cameras for Concrete Bridge Deck Scanning: - Vol.2 Field Test at Haymarket Bridge”, December 2014, NEXCO-West USA, Inc.

 

影像溫度分析 長期監控路面狀況 及早規劃維修保養

拍攝完畢後,IrBAS系統會將拍攝的資料進行分析處理。然後依照美國州公路及運輸協會(AASHTO)的標準,對這些路面的情況進行分類:跡象(Indication,脫層等破損距混凝土表面≥4cm)、警示(Caution,脫層等破損距混凝土表面≥2cm)與危險(Critical,脫層達到混凝土表面)。

此檢測法能夠長期監控橋梁路面的狀況,及早幫助人員做出維修判斷與保養計畫。

 

圖:使用IrBAS軟體進行受損分類;來源:“用於混凝土橋面掃描的紅外熱像儀對比:- 第二卷,秣市橋現場試驗”,2014年12月,NEXCO-West USA公司。

 

圖:橋面的熱掃描圖(左圖)和經過IrBAS處理過的用於創建橋面缺陷圖的熱圖像(右圖)

 

(續下篇:路面與橋樑檢測新方案:紅外線熱像檢測法 (下)

 

此文編譯自:

1. Mobile Infrared Scanning — A High-Tech, Accurate Alternative to Traditional Bridge Inspection Methods (2018) 

2. Safe, Low-Cost Diagnosis of Concrete Structures with High-Definition Thermal Imaging (2021)

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