Tại ZHHIMG®, chúng tôi chuyên sản xuất các cấu kiện đá granit với độ chính xác nanomet. Nhưng độ chính xác thực sự không chỉ dừng lại ở dung sai sản xuất ban đầu; nó còn bao gồm cả tính toàn vẹn cấu trúc lâu dài và độ bền của chính vật liệu. Đá granit, 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 điểm này, kết hợp với ứng suất nhiệt môi trường, quyết định trực tiếp tuổi thọ và độ an toàn của một cấu kiện.
Điều này đòi hỏi phương pháp đánh giá tiên tiến, không xâm lấn. Hình 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 phương tiện nhanh chóng, không tiếp xúc để đánh giá tình trạng bên trong của nó. Kết hợp với phân tích phân bố ứng suất nhiệt, chúng ta có thể vượt ra ngoài việc chỉ tìm ra khuyết tật để thực sự hiểu được tác động của nó đến sự ổn định cấu trúc.
Khoa học về việc quan sát nhiệt: Nguyên lý hình ảnh hồng ngoại
Kỹ thuật chụp ảnh hồng ngoại nhiệt hoạt động bằng cách thu nhận năng lượng hồng ngoại bức xạ 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 tiềm ẩn.
Nguyên lý rất đơn giản: các khuyết tật bên trong hoạt động như những bất thường về nhiệt. Ví dụ, một vết nứt hoặc lỗ rỗng cản trở sự truyền nhiệt, gây ra sự chênh lệch nhiệt độ có thể nhận biết được so với vật liệu xung quanh không bị hư hại. Vết nứt có thể xuất hiện dưới dạng một vệt lạnh hơn (ngăn chặn sự truyền nhiệt), trong khi một vùng có độ xốp cao, do sự khác biệt về khả năng giữ nhiệt, có thể tạo ra một điểm nóng cục bộ.
So với các kỹ thuật kiểm tra không phá hủy (NDT) thông thường như siêu âm hoặc kiểm tra bằng tia X, hình ảnh hồng ngoại mang lại những ưu điểm vượt trội:
- Quét nhanh diện tích lớn: Một hình ảnh duy nhất có thể bao phủ vài mét vuông, lý tưởng cho việc sàng lọc nhanh các cấu kiện 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 sự kết nối vật lý hoặc môi trường tiếp xúc, đảm bảo không gây ra bất kỳ hư hại thứ cấp nào cho bề mặt nguyên vẹn của linh kiện.
- Giám sát động: Cho phép ghi lại các 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 bắt đầu phát triển.
Giải mã cơ chế: Lý thuyết về ứng suất nhiệt
Các cấu kiện bằng đá granit chắc chắn sẽ phát sinh ứng suất nhiệt bên trong do sự dao động nhiệt độ môi trường hoặc tải trọng bên ngoài. Điều này tuân theo các nguyên tắc của nhiệt đàn hồi:
- Sự không phù hợp về 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 phù hợp này dẫn đến sự giãn nở không đồng đều, tạo ra các vùng tập trung ứng suất kéo hoặc nén.
- Hiệu ứng hạn chế do 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 đóng vai trò 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, dưới sự thay đổi nhiệt độ theo chu kỳ 20°C (như chu kỳ ngày/đêm điển hình), một tấm đá granit có vết nứt thẳng đứng có thể chịu ứng suất kéo bề mặt lên tới 15 MPa. Vì độ bền kéo của đá granit thường nhỏ hơn 10 MPa, sự tập trung ứng suất này có thể khiến vết nứt phát triển theo thời gian, dẫn đến sự xuống cấp cấu trúc.
Kỹ thuật trong thực tiễn: Một nghiên cứu điển hình về bảo tồn
Trong một dự án phục chế gần đây liên quan đến một cột đá granit cổ, hình ảnh hồng ngoại nhiệt đã xác định thành công một dải lạnh hình vòng bất ngờ ở phần trung tâm. Việc khoan thăm dò sau đó đã xác nhận rằng dị thường này là một vết nứt ngang bên trong.
Việc mô phỏng ứng suất nhiệt tiếp tục được tiến hành. Mô phỏng cho thấy ứng suất kéo cực đại bên trong vết nứt trong điều kiện nhiệt độ mùa hè đạt tới 12 MPa, vượt quá giới hạn chịu lực của vật liệu một cách nguy hiểm. Biện pháp khắc phục cần thiết là bơm nhựa epoxy chính xác để ổn định cấu trúc. Kiểm tra hồng ngoại sau sửa chữa xác nhận trường nhiệt độ đồng đều hơn đáng kể, và mô phỏng ứng suất đã chứng minh rằng ứng suất nhiệt đã giảm xuống ngưỡng an toàn (dưới 5 MPa).
Tầm nhìn mới về giám sát sức khỏe tiên tiến
Chụp ảnh hồng ngoại nhiệt, kết hợp với phân tích ứng suất nghiêm ngặt, cung cấp một phương pháp kỹ thuật hiệu quả và đáng tin cậy cho việc giám sát sức khỏe kết cấu (SHM) của các công trình hạ tầng bằng đá granit quan trọng.
Tương lai của phương pháp này hướng tới độ tin cậy và tự động hóa cao hơn:
- Kết hợp đa phương thức: Kết hợp dữ liệu hồng ngoại với kiểm tra siêu âm để nâng cao độ chính xác định lượng trong việc đánh giá độ sâu và kích thước khuyết tật.
- Chẩn đoán thông minh: Phát triển các thuật toán học sâu để liên kết trường nhiệt độ với trường ứng suất mô phỏng, cho phép phân loại khuyết tật tự động và đánh giá rủi ro dự đoán.
- Hệ thống IoT năng động: Tích hợp cảm biến hồng ngoại với công nghệ IoT để giám sát thời gian thực trạng thái nhiệt và cơ học trong các công trình đá granit quy mô lớn.
Bằng cách xác định các khuyết tật bên trong một cách không xâm lấn và định lượng các rủi ro ứng suất nhiệt liên quan, phương pháp tiên tiến này giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ của linh kiện, mang lại sự đảm bảo khoa học cho việc bảo tồn di sản và an toàn của các công trình hạ tầng quan trọng.
Thời gian đăng bài: 05/11/2025