火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)的方法與發(fā)展探討

孫飛龍

安徽省淮委水利科學(xué)研究院/安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站 安徽 蚌埠 233000

前言

眾所周知，火災(zāi)是當(dāng)今世界最頻繁和最嚴(yán)重的災(zāi)害之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)造成的全球年度經(jīng)濟(jì)損失占社會(huì)生產(chǎn)總值的0.2%，造成10萬(wàn)多人死亡，也將產(chǎn)生重大的社會(huì)政治影響。在中國(guó)，每年約有20萬(wàn)起火災(zāi)，建筑物火災(zāi)一般占火災(zāi)總數(shù)的95%左右。在中國(guó)，鋼筋混凝土和磚結(jié)構(gòu)占大多數(shù)?？梢哉f(shuō)，建筑物火災(zāi)主要發(fā)生在混凝土結(jié)構(gòu)中。關(guān)于既有建筑物的檢測(cè)方法的研究，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行得很多，也制定了比較成熟的標(biāo)準(zhǔn)。但是，由于火災(zāi)造成的破壞具有獨(dú)特性，在使用這些方法探測(cè)混凝土火災(zāi)之前，必須加以改進(jìn)。

1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)后損傷特點(diǎn)概述

具有雙重隨機(jī)性?；炷列阅艽嬖诔醪降碾S機(jī)損傷，高溫作用下混凝土微裂紋等損傷進(jìn)一步發(fā)展，反映了新的損傷特征?；炷翐p傷的空間隨機(jī)分布。建筑的空間形態(tài)、燃料的數(shù)量和分布、門窗的狀況以及火災(zāi)點(diǎn)的位置都對(duì)建筑火災(zāi)產(chǎn)生了重大影響，這些因素導(dǎo)致了受損空間的隨機(jī)性質(zhì)。剖面損壞沿防火深度變化?；炷潦且环N不好的導(dǎo)體，火災(zāi)中混凝土構(gòu)件的損壞通常由內(nèi)而外發(fā)生變化?；炷潦且环N熱惰性材料，因?yàn)樗谝欢囟认虏粫?huì)完全燃燒或完全失效。此外，混凝土比防火涂料和內(nèi)部鋼筋抗火性強(qiáng)得多。大量火災(zāi)試驗(yàn)表明，火災(zāi)后受力構(gòu)件的損壞程度從最高到最低不等，而構(gòu)件的重要性則相反，從而提高了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的災(zāi)后恢復(fù)能力[1]。

2 火災(zāi)溫度評(píng)定檢測(cè)方法

2.1 視覺檢測(cè)方法

試驗(yàn)可知，高溫構(gòu)件不同截面對(duì)應(yīng)點(diǎn)和同一截面不同點(diǎn)的加熱速率不同，尺寸效應(yīng)、混凝土年限、恒溫時(shí)間和明火溫度等因素對(duì)溫度場(chǎng)的影響較大，離構(gòu)件表面距離相同的點(diǎn)，在小尺寸截面內(nèi)比在大尺寸截面內(nèi)溫度要高。在其他條件相同的情況下，混凝土壽命較長(zhǎng)的構(gòu)件的溫度高于混凝土壽命較短的構(gòu)件的溫度，因?yàn)樗鼈兊膲勖^長(zhǎng)，水分損失較大，密度較高，從而提高了導(dǎo)溫性；恒溫時(shí)間對(duì)混凝土構(gòu)件內(nèi)部溫度影響較大，截面尺寸越小，恒溫時(shí)間影響越大；若為明火加熱，火焰方向與受熱面垂直時(shí)比與受熱面平行時(shí)影響要大。有鑒于此，可以通過(guò)對(duì)裂紋、彎曲、爆炸、加強(qiáng)筋、裸露和視覺檢測(cè)方法直觀快捷，但不夠精確。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，可以得出相對(duì)接近火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度的推斷，并為理論推斷提供質(zhì)量基礎(chǔ)。

2.2 碳化檢測(cè)方法

混凝土中和試驗(yàn)表明，硬化混凝土的pH值通常介于12到13之間，并且是堿性的?；炷寥紵龝r(shí)，其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)、外部宏觀結(jié)構(gòu)和物質(zhì)性質(zhì)在不同程度上有所不同，導(dǎo)致氫氧化鈣脫水，使混凝土表面在高溫下硬化成氧化鈣，從而使混凝土變得中性并加速碳化。通過(guò)比較火災(zāi)后混凝土的碳化深度與普通混凝土的碳化深度，給出了混凝土碳化深度與火災(zāi)溫度的關(guān)系。

2.3 改進(jìn)的回彈法、超聲法與超聲回彈綜合法檢測(cè)過(guò)火溫度

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中廣泛使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)引起了試圖改進(jìn)這些技術(shù)并將其引入火災(zāi)檢測(cè)的研究人員的極大興趣。在400℃至800℃的五組溫度中進(jìn)行了十至八次試驗(yàn)，確定了過(guò)火溫度與回彈率和失效率之間的關(guān)系，然后返回了過(guò)火溫度、回彈率和失效率之間的關(guān)系，超聲法的精度要比回彈法高。超壓溫度相對(duì)于超聲波回彈的綜合回歸系數(shù)為0.98，典型偏差為21.4℃。這是因?yàn)檫@兩種方法的效果相反。將這兩種方法結(jié)合起來(lái)，可以減少碳中和硅含水量的影響，而改進(jìn)的超聲波綜合評(píng)價(jià)方法比簡(jiǎn)單的超聲波或回聲評(píng)價(jià)方法更為準(zhǔn)確[2]。

3 火災(zāi)后混凝土材料強(qiáng)度與損傷深度檢測(cè)方法

3.1 改進(jìn)的回彈法和超聲回彈綜合法

所建立的回歸方程主要是檢測(cè)值與火災(zāi)溫度之間的關(guān)系，以及檢測(cè)值與混凝土殘余強(qiáng)度之間的關(guān)系，目的是利用回彈法和超聲波法檢測(cè)火災(zāi)造成的損害。然而，如上所述，火災(zāi)造成的損害在空間上具有深刻的可變性和隨機(jī)性。在實(shí)際檢測(cè)中，即使采集了大量檢測(cè)點(diǎn)，也可能無(wú)法解釋其他地方的損害。若要評(píng)估整個(gè)范圍，最好分析元素的導(dǎo)熱性，僅了解局部溫度，然后獲得整個(gè)消防區(qū)域的溫度分布，從而在檢測(cè)數(shù)值和消防區(qū)域溫度之間建立關(guān)系，從而估計(jì)強(qiáng)度。

3.2 逐層回彈法

以視覺檢測(cè)方法為基礎(chǔ)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。為逐層混凝土試件切割方法返回試驗(yàn)數(shù)據(jù)，調(diào)整8層混凝土數(shù)據(jù)，得到逐層切割方法測(cè)量的受力曲線。選擇了混凝土最佳抗壓強(qiáng)度與平均回彈值之間的強(qiáng)度測(cè)量公式，并將其與其他研究曲線進(jìn)行了比較，以便更好地匹配。但是，應(yīng)當(dāng)指出，該方法中火災(zāi)后混凝土試塊回彈數(shù)據(jù)的平均值僅反映混凝土試驗(yàn)表面的強(qiáng)度水平，而內(nèi)部火災(zāi)溫度在不同層之間下降，強(qiáng)度在不同層之間增加，因此不反映。但是，它可以間接反映混凝土內(nèi)部和外部在實(shí)際火災(zāi)中的不均勻溫度，強(qiáng)度由內(nèi)而外逐漸增加。從誤差和相關(guān)系數(shù)的角度提高精度和穩(wěn)定性，是測(cè)量混凝土火災(zāi)后強(qiáng)度的有益嘗試和對(duì)回彈方法的補(bǔ)充。逐層回彈法不適用于火災(zāi)后出現(xiàn)剝落鋼筋混凝土，因?yàn)榧词箤?duì)于火災(zāi)后鋼筋混凝土平整表面，由于硬度不同，試驗(yàn)結(jié)果也可能有很大差異。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上，采用綜合檢測(cè)方法可以提高精度、減少誤差，由于火災(zāi)造成損害的復(fù)雜性，僅僅測(cè)量表面的最高溫度或強(qiáng)度往往無(wú)法取得令人滿意的結(jié)果。如果能夠清楚溫度、持續(xù)時(shí)間、表面損壞變化等因素的影響，可以提高檢測(cè)精度并大大減少誤差。