0 引言

　　国内外常用外墙外保温系统(以下简称“外保温系统”)检测技术包括拉拔法、人工敲击法和红外热像法，其中拉拔法为微损检测方式，且检测效率低^[1];人工敲击法需检测人员进行主观判断，检测结果具有一定随机性^[2];红外热像法对于大面积普查外保温系统质量具有一定意义，但无法实现缺陷的精确识别^[3,4]。

　　康普顿背散射检测技术基于光学中的康普顿效应，通过测量被测物体散射的康普顿散射线进行成像，可确定缺陷所在位置和尺寸，为单侧、非接触式无损检测方法，在航空航天、输油管道等领域应用广泛^[5,6,7]。林德峰等^[8]将康普顿背散射检测技术应用于固体火箭发动机检测中，制备具有脱粘缺陷的燃烧室试样，检测结果表明，背散射成像可有效检测固体火箭发动机第1,2界面脱粘及绝热层内部脱粘等缺陷。丁克勤等^[9]将康普顿背散射检测技术应用于带保温层的压力管道缺陷检测中，并设计压力管道背散射技术在线检测装置。目前，国内外关于康普顿背散射检测技术应用于外保温系统内部缺陷检测中的研究较少。

　　主要介绍外保温系统康普顿背散射检测技术基本原理，并制作含有不同类型缺陷的EPS板薄抹灰外保温系统和无机保温砂浆外保温系统模型试件，通过康普顿背散射技术对试件进行成像，分析该技术应用效果。

　　1 检测原理与设备

　　射线检测技术^[10]分为透射式工业计算机断层扫描成像技术(transmission industrial computed tomography,TICT)和康普顿背散射技术(Compton back-scatter scanning,CBS)两大类，TICT要求放射源和探测器位于被测对象两侧，通过测量穿透物体的射线衰减程度获取厚度和缺陷等信息;CBS将放射源和探测器置于被测对象同侧，通过测量康普顿背散射信号强度获得厚度和缺陷等信息，具有单侧非接触、低密度材料检测灵敏度高、不受被测对象几何尺寸限制、可实现快速三维成像等优点，特别适用于轻质材料无损检测。在石油化工行业管道检测、航空复合材料在役检测、既有建筑外保温系统检测等领域，进行射线检测时往往要求放射源和探测器位于同侧，因此无法应用TICT，而CBS则有应用潜力。

　　1.1 检测原理

　　CBS检测基本原理为根据X射线与物质相互作用的康普顿散射效应，在外保温系统外侧测量不同位置处某特定散射角对应的康普顿散射光子数，求出相应的康普顿散射能谱密度分布，利用逐点重建成像原理构建外保温系统三维密度分布图像。

　　检测系统示意如图1所示，由图1可知，射线源发射的X射线I_o经源准直器后到达外保温系统，外保温系统不同区域产生散射线I_s,I_s与X射线I_o入射方向的夹角为θ(散射角)，I_s经检测准直器后到达检测器，检测到的散射线由高增益光电倍增管进行放大，转化为数字化信号后输出至计算机中进行成像。如果外保温系统存在缺陷，则该区域产生的散射线不同，检测器测量到的散射线电子密度不同，从而可通过三维密度分布图像对外保温系统缺陷进行分析。

　　1.2 检测设备与参数

　　本研究所用检测设备由X射线源、源准直器、检测准直器、检测器、光电倍增管、扫描装置和计算机组成(见图1)。X射线源为功率5W的光管，最大激发管电压150kV，管电流16mA，光电倍增管最大增益60dB。检测设备沿z向与外保温系统的距离为5～10mm，可沿x向或y向进行扫描，扫描速度150～300mm/s，扫描过程中采用激光技术进行定位。散射角θ为135^o，检测盲区3mm，空间分辨率1mm。计算机中的图像管理系统具有动态对比、降噪、亮度调整、对比度调整、可疑物标记、图像缩放等功能，可在扫描过程中实现实时成像。

　　图1 检测系统示意  

　　2 试件制作

　　2.1 EPS板薄抹灰外保温系统试件

　　EPS板薄抹灰外保温系统试件沿厚度方向依次为饰面层、抗裂层(含网格布)、EPS板保温层、界面层(黏结层)、找平层和混凝土基层(见图1)，并按规范要求布置固定EPS板的锚栓。试件宽1 650mm，高2 000mm。EPS板保温层厚30mm，混凝土基层厚200mm，抗裂层为5mm厚聚合物砂浆，饰面层采用3mm厚M10抹面砂浆。EPS板薄抹灰外保温系统试件共设计10种类型缺陷(见图2)，分别为:(1)B1区保温层与基层之间存在空鼓，x-y平面内尺寸为600mm×400mm;(2)B2区保温层与饰面层之间存在空鼓，x-y平面内尺寸为600mm×400mm;(3)B3区保温层由外表面沿厚度方向缺失20mm,x-y平面内尺寸为300mm×300mm;(4)B4区保温层中间分层，x-y平面内尺寸为300mm×300mm;(5)B5区保温层由外表面沿厚度方向缺失10mm,x-y平面内尺寸为300mm×300mm;(6)B6区

　　保温层由内表面沿厚度方向缺失10mm,x-y平面内尺寸为300mm×300mm;(7)B7区无保温层;(8)B8区EPS板与基层采用满粘法施工;(9)B9区EPS板与基层采用点粘法施工;(10)B10区EPS板与基层采用条粘法施工。

　　为便于测试记录，EPS板薄抹灰外保温系统和无机保温砂浆外保温系统均沿水平方向均匀划分10个条带，划分线分别记为线1～11;沿垂直方向均匀划分11个条带，划分线分别记为线a～l;线与线之间的交叉点作为测试点，交叉点位置记为字母和数字的组合，如线f和线3的交叉点记为点f3(见图2)。

　　图2 缺陷类型  

　　2.2 无机保温砂浆外保温系统试件

　　无机保温砂浆外保温系统试件尺寸、缺陷形式及缺陷尺寸与EPS板薄抹灰外保温系统试件基本一致。

　　3 检测结果分析

　　X射线背散射成像设备沿x向检测EPS板薄抹灰外保温系统和无机保温砂浆外保温系统缺陷的结果分别如图3,4所示，图3,4中颜色越浅(即黑度值较小)表明该区域散射信号能谱密度越小，颜色越深(即黑度值较大)表明该区域散射信号能谱密度越大。因此，根据背散射成像图中各区域黑度值的变化，可确定外保温系统不同类型缺陷的空间分布。

　　图3 EPS板薄抹灰外保温系统检测结果  

　　3.1 EPS板薄抹灰外保温系统试件

　　1)对于外保温系统EPS板缺失的缺陷，如B3,B5,B7区，康普顿背散射检测技术能识别缺陷所在位置，且可较清楚地判别缺陷区与正常区的界面。

　　2)对于外保温系统B4区EPS板分层的缺陷，康普顿背散射检测技术能识别缺陷所在位置，且可较清楚地判断缺陷区与正常区的界面。

　　图4 无机保温砂浆外保温系统检测结果  

　　3)对于外保温系统EPS板与基层之间的缺陷，如B1,B6区，受X射线穿透深度和背散射辐射信号衰减的影响，康普顿背散射检测技术无法识别缺陷。此外，对于外保温系统B2区EPS板与饰面层之间存在的空鼓缺陷，康普顿背散射检测技术也无法识别。

　　4)对于外保温系统B8,B9,B10区的缺陷，X射线背散射成像图显示不同黏结方法成像不完全相同，满粘法成像黑度值较均匀，点粘法和条粘法成像黑度值不均匀，不同区域界面清晰度不足。

　　3.2 无机保温砂浆外保温系统试件

　　1)对于外保温系统保温层与饰面层之间存在的空鼓、保温层缺失等缺陷，如A2,A3,A5,A7区，康普顿背散射检测技术能识别缺陷所在位置，且可较清楚地判别缺陷区与正常区的界面。

　　2)比较A3,A5区缺陷可知，保温层外表面缺失厚度对检测结果的影响较大，缺失厚度越大，缺陷区与正常区的界面越清晰。

　　3)对于外保温系统保温层与基层之间的缺陷，如A1,A6区，受X射线穿透深度和背散射辐射信号衰减的影响，康普顿背散射检测技术无法成功识别缺陷界面位置。

　　4)对于外保温系统A4区保温层分层的缺陷，康普顿背散射检测技术可判断出存在缺陷，但由于成像较模糊，无法精确识别缺陷边界。

　　5)对于外保温系统锚栓，如图4中圆圈所示，康普顿背散射检测技术具有一定检测能力，但无法完全确定锚栓分布。

　　4 结语

　　研究基于X射线的康普顿背散射检测技术在EPS板薄抹灰外保温系统和无机保温砂浆外保温系统缺陷识别中的应用。研究结果表明，康普顿背散射检测技术较适用于检测外保温系统保温层外表面(保温层与饰面层之间)缺失或空鼓缺陷，且能较明确地识别缺陷区与正常区的界面，同时对EPS板薄抹灰外保温系统不同黏结施工方法具有一定反映。但应用该技术得到的保温层与基层之间缺陷成像图清晰度低，缺陷识别能力有限，有待进一步研究。