无损检测在桥梁斜拉索PE护套损伤检测中的红外热成像技术

桥梁斜拉索作为大跨度桥梁的核心受力构件，其外部PE护套承担着保护内部钢绞线免受雨水、腐蚀介质侵蚀的关键作用。然而，长期暴露在紫外线、温度交变、车辆荷载及外力撞击等环境中，PE护套易出现开裂、老化、剥离、局部破损等损伤，若未及时检测修复，水分与氧气会渗入内部导致钢绞线锈蚀，严重威胁桥梁结构安全。传统检测方法如人工目视、超声检测存在效率低、易遗漏、需接触作业等局限，而红外热成像技术凭借非接触、快速可视化、大面积检测的优势，成为PE护套损伤检测的重要手段。

桥梁斜拉索PE护套的常见损伤类型及影响

桥梁斜拉索PE护套的损伤多由环境作用与力学荷载共同引发，常见类型包括表面开裂——因温度变化导致的热胀冷缩或应力集中，护套易出现横向或纵向裂纹，裂纹会成为水分与腐蚀介质的通道，加速内部钢绞线锈蚀；

护套老化——长期紫外线照射与雨水浸泡会使PE材料发生降解，表现为护套脆化、变色、表面粗糙，老化后的护套抗撕裂强度显著下降，易在荷载作用下进一步开裂；

护套剥离——由于生产时粘结工艺缺陷或长期受力变形，PE护套与内部钢绞线间的粘结层失效，形成空气间隙，剥离区域不仅失去对钢绞线的约束，还会因积水导致钢绞线局部腐蚀；

局部破损——多由外力撞击（如过往车辆、坠落杂物）导致，表现为护套局部缺失或穿孔，直接暴露内部钢绞线，若未及时处理，短期内会引发严重锈蚀。

红外热成像技术适配PE护套损伤检测的原理逻辑

红外热成像技术的核心是通过红外探测器捕捉物体表面的红外辐射信号，将其转化为温度分布图像（热像图），进而通过温度差异识别结构异常。这一原理与PE护套的材料特性高度适配——PE是热导率较低的绝缘材料（约0.4W/(m·K)），完整护套的热传导路径均匀，而损伤会改变局部热阻；

例如，护套剥离区域因存在空气间隙（热导率约0.026W/(m·K)），热阻远大于完整护套，加热或阳光照射后，剥离区域温度上升更慢，在热像图中表现为明显的低温区；

表面开裂若渗入水分，水的比热容（4.2kJ/(kg·K)）远大于PE（2.2kJ/(kg·K)），开裂处温度变化滞后于周围区域，形成线性低温带；

老化损伤则因PE材料内部结构改变，导热系数不均匀，热像图中会出现斑点状或片状的温度异常区。此外，红外热成像可通过“被动式”（利用自然阳光）或“主动式”（人工加热如卤素灯）激励，放大损伤与完整区域的温度差，提升检测灵敏度。

红外热成像检测前的关键准备工作

环境控制是检测准确性的基础——需选择风速≤2m/s的天气（强风会快速带走表面热量，模糊温度差异），避免正午阳光直射（被动式检测宜选早晨或傍晚，阳光强度稳定），相对湿度≤80%（高湿度会吸收红外辐射，影响信号传输）；

设备校准需提前完成——使用黑体炉校准红外热像仪的温度测量精度（误差控制在±0.5℃内），调整镜头焦距与视场角，确保能完整覆盖斜拉索圆周（通常选择25°-45°视场角的镜头）；

前期调研不可或缺——收集桥梁设计图纸、斜拉索型号（如PE护套厚度、钢绞线数量）、过往检测记录，标记应力集中区域（如索塔附近10米内、跨中部位）作为重点检测段；

安全措施需落实——检测人员需佩戴安全帽、安全带，使用绝缘梯或无人机辅助高空区域检测，避免直接接触带电设备或高空坠落风险。

现场检测中的操作要点与数据采集技巧

扫描方式需覆盖斜拉索全圆周——因斜拉索为圆柱形，检测时需围绕索体缓慢移动热像仪（或固定热像仪，转动索体），确保360°无死角，避免遗漏侧面或底部的损伤；

扫描参数需严格控制——移动速度保持在5-10cm/s（过快会导致图像模糊，无法捕捉温度细节），镜头与护套距离维持1-2米（过近视野狭窄，过远分辨率下降）；

数据采集需同步记录——使用热像仪内置GPS标记检测位置，手动记录环境参数（气温、湿度、风速）及检测时间，对可疑区域拍摄可见光照片（与热像图对比）；

重复采集提升可靠性——同一区域需在激励后5分钟、10分钟、15分钟分别采集热像图，因损伤区域的温度变化存在延迟（如剥离区域需10分钟以上才能形成稳定温差），多次采集可避免误判。

PE护套损伤的红外热像特征与识别方法

不同损伤类型在热像图中具有典型特征：剥离损伤表现为连续、边界清晰的低温区（空气间隙热阻大），形状与剥离范围一致；

表面开裂若渗水，呈现线性或分支状低温带（水的比热容大），未渗水的干裂纹则因表面结构破坏，热像图中为浅灰色线性区；

老化损伤表现为不均匀的斑点状温度异常（导热系数变化），通常伴随护套表面变色；

局部破损因暴露内部钢绞线（热导率约45W/(m·K)），加热后会形成高温点（钢绞线导热快，温度上升迅速）。

识别时需结合“温差阈值”与“形态分析”——设定温差≥2℃的区域为可疑损伤（正常护套的温度差异≤1℃），再通过形态判断（如线性对应开裂，片状对应剥离），最后用可见光照片或超声检测验证。例如，某长江大桥检测中，热像图显示的3处片状低温区，经超声验证均为护套剥离（剥离面积0.2-0.5m²）。

红外热成像与传统检测方法的互补优势

传统检测方法存在明显局限：人工目视需登高作业（如使用吊篮），效率低（每天仅能检测50-100米索长），且易遗漏微小裂纹（如≤1mm的裂纹）；

超声检测需涂抹耦合剂，对护套表面平整度要求高（粗糙表面会导致信号反射），且仅能检测近表面损伤（深度≤5mm）；

磁粉检测仅适用于钢绞线内部损伤，无法检测PE护套。

红外热成像则弥补了这些缺陷：非接触检测（使用长焦镜头可远距离检测高空索段），效率高（每分钟检测10-15米索长），能检测表面及近表面（≤20mm）的多种损伤（开裂、剥离、老化、破损），且生成的热像图可永久保存（便于后续对比跟踪损伤发展）。例如，某城市高架桥检测中，红外热成像1天内完成了200米斜拉索的检测，发现15处损伤，而人工目视仅发现7处，后续开挖验证全部准确。

检测结果的验证与后续处理流程

红外热成像检测的可疑区域需通过其他方法验证：剥离损伤用超声测厚仪检测护套与钢绞线间的间隙（间隙＞2mm即为剥离）；

开裂损伤用游标卡尺测量裂纹宽度（＞0.5mm需修复）；

老化损伤取护套样品进行拉伸试验（断裂伸长率＜20%即为严重老化）。

验证后的损伤需分级处理：轻度开裂（宽度＜0.5mm）用聚氨酯密封胶修补；

中度剥离（面积＜0.3m²）去除剥离部分，重新缠绕PE带并热缩密封；

重度老化或破损（断裂伸长率＜20%或护套缺失＞10cm）需更换整根斜拉索。处理后需再次用红外热成像复查，确保修复效果。