Tại ZHHIMG®, chúng tôi chuyên sản xuất các linh kiện đá granite với độ chính xác nanomet. Nhưng độ chính xác thực sự vượt xa dung sai sản xuất ban đầu; nó bao gồm tính toàn vẹn cấu trúc và độ bền lâu dài của chính vật liệu. Đá granite, dù được sử dụng trong các đế máy chính xác hay các công trình xây dựng quy mô lớn, đều dễ bị các khuyết tật bên trong như các vết nứt nhỏ và lỗ rỗng. Những khuyết tật này, kết hợp với ứng suất nhiệt môi trường, quyết định trực tiếp đến tuổi thọ và độ an toàn của linh kiện.
Điều này đòi hỏi đánh giá tiên tiến, không xâm lấn. Chụp ảnh hồng ngoại nhiệt (IR) đã nổi lên như một phương pháp Kiểm tra Không phá hủy (NDT) quan trọng đối với đá granit, cung cấp một phương tiện nhanh chóng, không tiếp xúc để đánh giá tình trạng bên trong của nó. Kết hợp với Phân tích Phân bố Nhiệt-Ứng suất, chúng ta có thể tiến xa hơn việc chỉ tìm ra khuyết tật để thực sự hiểu được tác động của nó đến độ ổn định của kết cấu.
Khoa học về việc nhìn thấy nhiệt: Nguyên lý hình ảnh hồng ngoại
Chụp ảnh hồng ngoại nhiệt hoạt động bằng cách thu thập năng lượng hồng ngoại phát ra từ bề mặt đá granit và chuyển đổi nó thành bản đồ nhiệt độ. Sự phân bố nhiệt độ này gián tiếp tiết lộ các đặc tính nhiệt vật lý cơ bản.
Nguyên lý rất đơn giản: các khuyết tật bên trong hoạt động như các dị thường nhiệt. Ví dụ, một vết nứt hoặc khoảng trống cản trở dòng nhiệt, gây ra sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể so với vật liệu âm thanh xung quanh. Một vết nứt có thể xuất hiện dưới dạng một vệt lạnh hơn (chặn dòng nhiệt), trong khi một vùng xốp cao, do sự khác biệt về nhiệt dung, có thể hiển thị một điểm nóng cục bộ.
So với các kỹ thuật NDT thông thường như kiểm tra siêu âm hoặc X-quang, hình ảnh IR mang lại những lợi thế rõ rệt:
- Quét nhanh trên diện tích lớn: Một hình ảnh có thể bao phủ nhiều mét vuông, lý tưởng cho việc sàng lọc nhanh các thành phần đá granit quy mô lớn, chẳng hạn như dầm cầu hoặc bệ máy.
- Không tiếp xúc và không phá hủy: Phương pháp này không yêu cầu kết nối vật lý hoặc môi trường tiếp xúc, đảm bảo không gây hư hại thứ cấp cho bề mặt nguyên sơ của linh kiện.
- Giám sát động: Cho phép ghi lại quá trình thay đổi nhiệt độ theo thời gian thực, điều cần thiết để xác định các khuyết tật tiềm ẩn do nhiệt gây ra khi chúng phát triển.
Mở khóa cơ chế: Lý thuyết về ứng suất nhiệt
Các thành phần đá granit chắc chắn sẽ phát sinh ứng suất nhiệt bên trong do biến động nhiệt độ môi trường hoặc tải trọng bên ngoài. Điều này được chi phối bởi các nguyên lý nhiệt đàn hồi:
- Sự không tương thích giãn nở nhiệt: Đá granit là một loại đá hỗn hợp. Các pha khoáng chất bên trong (như fenspat và thạch anh) có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau. Khi nhiệt độ thay đổi, sự không tương thích này dẫn đến sự giãn nở không đồng đều, tạo ra các vùng ứng suất kéo hoặc nén tập trung.
- Hiệu ứng hạn chế khuyết tật: Các khuyết tật như vết nứt hoặc lỗ rỗng vốn dĩ hạn chế sự giải phóng ứng suất cục bộ, gây ra sự tập trung ứng suất cao trong vật liệu liền kề. Điều này hoạt động như một chất xúc tác cho sự lan truyền vết nứt.
Các mô phỏng số, chẳng hạn như Phân tích Phần tử Hữu hạn (FEA), rất cần thiết để định lượng rủi ro này. Ví dụ, trong điều kiện nhiệt độ dao động 20°C (tương tự như chu kỳ ngày/đêm thông thường), một tấm đá granit có vết nứt thẳng đứng có thể chịu ứng suất kéo bề mặt lên tới 15 MPa. Do cường độ kéo của đá granit thường dưới 10 MPa, sự tập trung ứng suất này có thể khiến vết nứt lớn dần theo thời gian, dẫn đến suy thoái kết cấu.
Kỹ thuật trong hành động: Nghiên cứu điển hình về bảo tồn
Trong một dự án trùng tu gần đây liên quan đến một cột đá granit cổ, hình ảnh hồng ngoại nhiệt đã xác định thành công một dải lạnh hình khuyên bất ngờ ở phần trung tâm. Việc khoan tiếp theo đã xác nhận dị thường này là một vết nứt ngang bên trong.
Tiếp tục mô hình hóa ứng suất nhiệt. Mô phỏng cho thấy ứng suất kéo cực đại bên trong vết nứt trong thời tiết nắng nóng mùa hè đạt 12 MPa, vượt quá giới hạn nguy hiểm của vật liệu. Biện pháp khắc phục cần thiết là tiêm nhựa epoxy chính xác để ổn định cấu trúc. Kiểm tra hồng ngoại sau sửa chữa đã xác nhận trường nhiệt độ đồng đều hơn đáng kể, và mô phỏng ứng suất xác nhận rằng ứng suất nhiệt đã giảm xuống ngưỡng an toàn (dưới 5 MPa).
Chân trời của việc theo dõi sức khỏe tiên tiến
Hình ảnh hồng ngoại nhiệt, kết hợp với phân tích ứng suất nghiêm ngặt, cung cấp một lộ trình kỹ thuật hiệu quả và đáng tin cậy để Giám sát tình trạng kết cấu (SHM) của cơ sở hạ tầng đá granit quan trọng.
Tương lai của phương pháp này hướng tới độ tin cậy và tự động hóa được nâng cao:
- Hợp nhất đa phương thức: Kết hợp dữ liệu IR với thử nghiệm siêu âm để cải thiện độ chính xác định lượng của đánh giá kích thước và độ sâu khuyết tật.
- Chẩn đoán thông minh: Phát triển các thuật toán học sâu để liên hệ trường nhiệt độ với trường ứng suất mô phỏng, cho phép phân loại tự động các khuyết tật và đánh giá rủi ro mang tính dự đoán.
- Hệ thống IoT động: Tích hợp cảm biến IR với công nghệ IoT để theo dõi trạng thái nhiệt và cơ học theo thời gian thực trong các cấu trúc đá granit quy mô lớn.
Bằng cách xác định các khiếm khuyết bên trong một cách không xâm lấn và định lượng các rủi ro ứng suất nhiệt liên quan, phương pháp tiên tiến này kéo dài đáng kể tuổi thọ của linh kiện, cung cấp sự đảm bảo khoa học cho việc bảo tồn di sản và an toàn cơ sở hạ tầng lớn.
Thời gian đăng: 05-11-2025