某地下車庫火災(zāi)后的材料性能檢測與評估

田 亮

(陜西省城固縣建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，陜西 城固 723200)

某地下車庫火災(zāi)后的材料性能檢測與評估

田 亮

(陜西省城固縣建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，陜西 城固 723200)

某地下車庫經(jīng)歷火災(zāi)約3.5 h，過火區(qū)域溫度為500 ℃～700 ℃，通過現(xiàn)場破損的檢測與評估，并在破損嚴(yán)重的擋土墻、次梁、頂板上鉆取混凝土芯樣、截取鋼筋試件進(jìn)行試驗(yàn)室力學(xué)性能試驗(yàn)和理論分析，試驗(yàn)表明：該地下車庫的混凝土、鋼筋的材料性能未發(fā)生明顯損傷，材料性能試驗(yàn)為后續(xù)加固提供了數(shù)據(jù)支撐。

地下車庫，火災(zāi)，材料性能，本構(gòu)關(guān)系

1 工程概況

某地下車庫為地下1層，東西長162.00 m，南北寬為86.10 m，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)層高為4.000 m，頂板覆土為1.0 m，容重18 kN/m3?；A(chǔ)采用混凝土條形基礎(chǔ)，地下車庫外圍墻體采用350厚鋼筋混凝土墻體，地下車庫頂板采用180 mm厚鋼筋混凝土現(xiàn)澆板，板底配雙向10@170鋼筋，板頂配雙向12@200鋼筋，混凝土強(qiáng)度均為C35。

施工期間，車庫中保存的木料、模板等建筑材料因保管不善，于2014年3月27日晚8時(shí)許引起大火，8時(shí)30分，消防車進(jìn)入該火場，受水源、環(huán)境所限，至11時(shí)30分才完全將明火撲滅。受火災(zāi)影響，軸～軸/軸～?軸軸線間區(qū)域的擋土外墻、框架柱、框架梁、次梁和頂板等混凝土構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的損失，其中擋土墻、頂板的混凝土保護(hù)層脫落，鋼筋大片外露，為了評估火災(zāi)對結(jié)構(gòu)的影響，對受損情況進(jìn)行了現(xiàn)場檢測，并對混凝土取芯、鋼筋取樣，進(jìn)行試驗(yàn)室材料和力學(xué)性能檢測。

2 現(xiàn)場檢測

2.1 火場的溫度確定

火災(zāi)中的熱對流、熱輻射引起空氣升溫，火源熱量由空氣媒介傳遞給構(gòu)件，引起構(gòu)件升溫而導(dǎo)致構(gòu)件材性和性能的變化。因此，合理分析和判斷地下車庫的溫度場分布是科學(xué)鑒定火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全性能的前提?；馂?zāi)燃燒過程非常復(fù)雜，地下車庫內(nèi)的溫度分布與燃燒物特性、火作用劇烈程度、建筑物通風(fēng)條件、受火墻面及屋面的熱傳導(dǎo)性能、受火空間大小以及滅火過程等多種因素有關(guān)?；馂?zāi)燃燒可分為通風(fēng)控制型和燃料控制型，當(dāng)受火空間較小(小室火災(zāi))，燃燒受供氧量限制時(shí)，一般為通風(fēng)控制型火災(zāi)；地下車庫的結(jié)構(gòu)空間較大，供氧量充足，一般為燃料控制型，但當(dāng)火源功率非常大時(shí)，供氧量仍可不足，則會發(fā)生通風(fēng)控制型火災(zāi)。該地下車庫火災(zāi)主要由于方木、模板等建筑材料燃燒而造成，且空間基本封閉，按通風(fēng)控制型火災(zāi)考慮比較合理。

小室火災(zāi)室內(nèi)空氣溫度分布基本均勻，大空間火災(zāi)，室內(nèi)空氣溫度分布隨高度及距火源點(diǎn)的遠(yuǎn)近變化。火災(zāi)空氣溫度場一般可通過火場殘留物和結(jié)構(gòu)構(gòu)件、配件燒灼狀態(tài)推斷或通過燒灼混凝土的材料分析結(jié)果判斷。也可通過理論計(jì)算或火場模擬試驗(yàn)建立的數(shù)學(xué)模型確定；該地下車庫將主要依據(jù)構(gòu)件燒灼狀態(tài)推斷火場溫度對構(gòu)件的影響。

根據(jù)對建筑結(jié)構(gòu)性能的影響程度一般可將火災(zāi)空氣溫度劃分為三個區(qū)域：300 ℃以下為低溫區(qū)，火災(zāi)對低溫區(qū)構(gòu)件的影響不大；300 ℃～600 ℃為中溫區(qū)，火災(zāi)對中溫區(qū)構(gòu)件已有一定的影響；600 ℃以上為高溫區(qū)，火災(zāi)對高溫區(qū)構(gòu)件已有較嚴(yán)重、甚至嚴(yán)重的影響。

參照《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》及相關(guān)資料給出：混凝土在溫度小于200 ℃時(shí)，表面呈灰青，近似正常；混凝土在溫度300 ℃～500 ℃時(shí)，表層呈淺灰、粉紅色，有微細(xì)裂縫；在700 ℃～800 ℃時(shí)，表層呈灰白、淺黃色，有較多裂縫；構(gòu)件表面附著黑煙(炭黑)時(shí)，表面溫度則在300 ℃以下。

依據(jù)現(xiàn)場混凝土構(gòu)件燒灼狀態(tài)和上述資料判斷：地下車庫著火時(shí)構(gòu)件表面的溫度比較高，但是受消防車水槍冷激效應(yīng)，著火中心或者火苗較旺處的構(gòu)件表面混凝土出現(xiàn)了大面積脫離；從表面完好的構(gòu)件、剝落后混凝土構(gòu)件的顏色和裂縫分析，軸/軸框架柱、軸～軸之間擋土墻著火中心處的過火溫度約在500 ℃～700 ℃之間，其他區(qū)域的混凝土主體處的溫度應(yīng)在300 ℃以下。該地下車庫混凝土構(gòu)件受到水槍冷激，混凝土剝落嚴(yán)重。

2.2 火災(zāi)造成的破壞

地下車庫受火災(zāi)、消防車水槍冷激溫度巨變影響，對混凝土構(gòu)件造成了不同程度影響和損失。

1)混凝土擋土墻?；炷翐跬翂κ芟浪畼尷浼?，墻體表面混凝土剝蝕，基本損傷深度為5 cm～6 cm，個別位置深度超過10 cm，墻體分布鋼筋外露，見圖1。

2)混凝土框架柱?？蚣苤艿讲煌潭葥p傷，部分柱體混凝土酥松，柱角開裂，縱筋外露，混凝土強(qiáng)度降低。

4)地下車庫頂板。地下車庫頂板受熱浪、煙熏及消防水槍冷激，板底出現(xiàn)不同程度的混凝土開裂、脫落等現(xiàn)象，嚴(yán)重區(qū)域整個板格保護(hù)層脫落，鋼筋完全外露，現(xiàn)場破損情況見圖4。

3 火災(zāi)后的材料檢測與評定

混凝土受高溫作用后，發(fā)生一系列化學(xué)、物理變化，使混凝土變色、疏松，強(qiáng)度降低，鋼材同樣會發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)變化，力學(xué)性能降低，為掌握材料高溫冷卻后混凝土和鋼筋的實(shí)際性能變化，分別對鋼筋和混凝土進(jìn)行了材性檢測與試驗(yàn)。

3.1 鋼筋

資料[1，2]顯示,在常溫下具有明顯屈服臺階的鋼材，當(dāng)溫度T>250 ℃后,屈服臺階難辨認(rèn),屈服強(qiáng)度不易準(zhǔn)確確定,極限強(qiáng)度顯著降低。本次過火溫度達(dá)500 ℃～700 ℃，需對鋼材的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)評估。

在受火災(zāi)影響嚴(yán)重區(qū)域的擋土墻、頂板和次梁分別隨機(jī)截取6根鋼筋，并制作成試件，整體進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)在WE-30型萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，其實(shí)際屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及斷后伸長率仍能滿足原鋼材的要求，說明火災(zāi)對結(jié)構(gòu)中鋼筋的力學(xué)性能沒有明顯影響。

3.2 混凝土

混凝土強(qiáng)度采用取芯法評定，按國家標(biāo)準(zhǔn)CECS 03—2007鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程的要求進(jìn)行，并按《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》依據(jù)增大的碳化深度修正。

1)正?；炷翉?qiáng)度。對未受火災(zāi)影響的區(qū)域分別取樣，作為該地下室正?；炷敛牧系膹?qiáng)度評定值，正?；炷翗?gòu)件的碳化深度約為2 mm～4 mm，混凝土強(qiáng)度推定值為37.15 MPa，即未受火災(zāi)影響區(qū)域的混凝土滿足C35設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

2)過火混凝土強(qiáng)度。在過火較為嚴(yán)重區(qū)域，對混凝土擋土墻、次梁和頂板進(jìn)行取樣，芯樣表面～6 cm間，混凝土松散無法成型，6 cm～10 cm間混凝土有無規(guī)則裂縫，且已發(fā)生碳化，10 cm以內(nèi)表觀與正?；炷翢o異常。在試驗(yàn)室統(tǒng)一從10 cm處切除，制作標(biāo)準(zhǔn)芯樣進(jìn)行壓力試驗(yàn)，強(qiáng)度結(jié)果表明：芯樣的強(qiáng)度推定值為36.58 MPa，即在構(gòu)件表面10 cm以內(nèi)，過火嚴(yán)重區(qū)混凝土強(qiáng)度與正常使用區(qū)域的混凝土強(qiáng)度相比無明顯差異，滿足原設(shè)計(jì)C35的強(qiáng)度要求。

許多試驗(yàn)研究[3，4]認(rèn)為，混凝土是熱惰性材料，對試件加熱并恒溫很長時(shí)間后，其內(nèi)外溫度才接近均勻，邊長100 mm的立方體表面溫度達(dá)到700 ℃后，約需要恒溫6 h，其中心溫度才能達(dá)到680 ℃。該地下室的過火時(shí)間約為3.5 h，表面溫度為500 ℃～700 ℃，表面10 cm以內(nèi)未達(dá)到可造成混凝土破壞的溫度，所以混凝土強(qiáng)度未發(fā)生明顯變化。

4 結(jié)語

通過對地下車庫火災(zāi)后結(jié)構(gòu)及構(gòu)件現(xiàn)狀檢測，并在嚴(yán)重區(qū)域隨機(jī)截取鋼筋試件、鉆取混凝土芯樣，進(jìn)行試驗(yàn)室材料性能試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：鋼筋的強(qiáng)度和伸長率均未發(fā)生變化，滿足原材料要求；混凝土在表面10 cm以內(nèi)，強(qiáng)度和碳化未發(fā)生改變。該檢測為后期該地下車庫的加固提供了數(shù)據(jù)支持。

[1] 過鎮(zhèn)海，時(shí)旭東.鋼筋混凝土原理和分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[2] 呂彤光.高溫下鋼筋的強(qiáng)度和變形試驗(yàn)研究[D].北京：清華大學(xué)碩士學(xué)位論文，1996.

[3] 鈕 宏，陸洲導(dǎo)，陳 磊.高溫下鋼筋與混凝土本構(gòu)關(guān)系的試驗(yàn)研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),1990,18(3)：70-71.

[4] 李 衛(wèi),過鎮(zhèn)海.高溫下混凝土的強(qiáng)度和變形性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),1993,14(1)：20-22.

The underground garage after a fire detection and evaluation of material properties

Tian Liang

(ShaanxiProvincialChengguCountyConstructionEngineeringQualitySupervisionStation,Chenggu723200,China)

Experienced a fire underground garage for about 3.5 h, fire zone temperature is 500 ℃～ 700 ℃, this article through the field testing and evaluation of damage and severely damaged retaining wall, secondary beams, drill core samples of concrete on the roof, reinforced interception test member, conducted laboratory mechanical test and theoretical analysis, tests showed that the concrete, the material properties of the underground garage, steel obvious injury did not occur. Material properties testing to provide data support the follow-up reinforcement.

underground garage, fire disaster, material properties, constitutive relations

2015-06-23

田 亮(1979- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)25-0059-02

TU317

A