鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)后損傷的檢測(cè)評(píng)估

李安然 李秋明

摘要：本文在閱讀大量參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)后損傷的檢測(cè)方法進(jìn)行了詳細(xì)的歸納總結(jié)，在宏觀檢測(cè)法范圍內(nèi)對(duì)碳化檢測(cè)法、電化學(xué)分析法、掃描電鏡法等方法進(jìn)行了對(duì)比性論述;在基于力學(xué)分析方法上，對(duì)超聲回彈、逐層回彈、鉆心檢測(cè)等方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并對(duì)檢測(cè)評(píng)估方法進(jìn)行了展望，認(rèn)為受火后混凝土構(gòu)件損傷評(píng)估中應(yīng)該從靜力和動(dòng)力兩個(gè)方面進(jìn)行考察。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu);火災(zāi)后;損傷檢測(cè)

前 言

在所有火災(zāi)中，建筑火災(zāi)是最常見最危險(xiǎn)的一種。建筑物一旦失火，如未能及時(shí)撲滅，就可能迅速擴(kuò)大和蔓延，造成人民生命和財(cái)產(chǎn)的重大損失。災(zāi)后檢測(cè)和加固是人們普遍關(guān)注的問題。按照系統(tǒng)、科學(xué)的檢測(cè)與鑒定方法，以對(duì)其進(jìn)行正確地評(píng)估是非常必要的。而隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用越來越廣泛。本文對(duì)常用的混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的檢測(cè)方法進(jìn)行了概括性介紹，并指出了每個(gè)方法中存在的缺陷，對(duì)火災(zāi)檢測(cè)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

一、宏觀檢測(cè)法

1.碳化檢測(cè)方法

通過試驗(yàn)研究受火后混凝土與正常混凝土所進(jìn)行的碳化深度比較，給出混凝土碳化深度和受火溫度的關(guān)系，如表1所示。

表1 火災(zāi)作用下混凝土碳化深度比值與火災(zāi)溫度關(guān)系

Table 1 Relationship of the ratio of carbonation depth of concrete structure and temperature exposed to fire

[碳化深度比值＼&1.00＼&1.60＼&2.50＼&4.00＼&9.00＼&混凝土過火溫度/℃＼&正常溫度＼&200＼&400＼&600＼&800＼&]

2.電化學(xué)分析法

當(dāng)混凝土中性化深度達(dá)到保護(hù)層深度時(shí)，則會(huì)引起鋼筋表面鈍化膜破壞。在電化學(xué)性能方面，主要表現(xiàn)為鋼筋表面電勢(shì)降低、鋼筋銹蝕電流密度增大。利用電化學(xué)方法通過現(xiàn)場檢測(cè)火災(zāi)混凝土內(nèi)部鋼筋的表面電勢(shì)與銹蝕電流，可判斷混凝土保護(hù)層及鋼筋部位的受火溫度及損傷情況[1][2]。電化學(xué)法是針對(duì)混凝土保護(hù)層溫度和鋼筋性能損傷狀況的非破損檢測(cè)方法，精度較高。

3. 掃描電鏡法、X射線衍射法

中國臺(tái)北地區(qū)于1994年給出了高溫后混凝土在電鏡下顯微特征與溫度分析法，其原理是混凝土結(jié)構(gòu)材料組成在不同火災(zāi)溫度下，物相會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，采用電子顯微鏡可以觀察到混凝土切片物相組成及特征，根據(jù)這些變化所對(duì)應(yīng)的溫度，判斷出構(gòu)件受火時(shí)溫度。呂天啟、趙國藩等[3]對(duì)X射線衍射以及電鏡掃描試驗(yàn)，對(duì)不同溫度下混凝土組成成分變化和微裂縫發(fā)展進(jìn)行了微觀層面研究，在不同程度高溫作用下，采用電子顯微鏡對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)材料物相進(jìn)行觀測(cè)，得到不同的物象特征并記錄對(duì)應(yīng)的溫度，以此來判斷出構(gòu)件受火時(shí)溫度。

二、宏觀檢測(cè)法

1.超聲回彈法

超聲回彈綜合法是結(jié)合了回彈法和超聲法的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于災(zāi)后評(píng)定混凝土抗壓強(qiáng)度的一種簡便有效的方法，已有試驗(yàn)研究和理論證明，該方法完全可以應(yīng)用于火災(zāi)后混凝土抗壓強(qiáng)度的評(píng)定。

將經(jīng)過高溫作用后的混凝土試件以噴水冷卻和自然冷卻兩種方式使試件溫度降低至室溫后進(jìn)行超聲測(cè)試，之后進(jìn)行回彈試驗(yàn)和抗壓試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果用最小二乘法擬合出高溫作用后混凝土強(qiáng)度鑒定的專用曲線[4-5]：

[fccT，i=0.419×υaT，i0.41RaT，i1.06] ? ?（1）

2.逐層回彈法

謝正良[6]對(duì)混凝土試塊進(jìn)行逐層表面切割回彈，將得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，通過八層混凝土分層回彈得到的數(shù)據(jù)擬合，回歸得出逐層回彈法測(cè)強(qiáng)曲線，計(jì)算出了混凝土抗壓強(qiáng)度與平均回彈值之間的測(cè)強(qiáng)公式。

但是此方法中火災(zāi)后混凝土試塊回彈數(shù)據(jù)的平均值只是反映了混凝土試塊表面的強(qiáng)度水平，而內(nèi)部受火溫度逐層降低，強(qiáng)度逐層提高，所以并不能夠反映本次試驗(yàn)受火后強(qiáng)度提高真實(shí)的情況。

3.鉆芯檢測(cè)法

取芯法是混凝土現(xiàn)場檢測(cè)中公認(rèn)的較精確的方法，是校核其他檢測(cè)方法的基準(zhǔn)。陸洲導(dǎo)[7-8]等進(jìn)行了逐層回彈法、逐層深入檢測(cè)法兩方面的嘗試，采用恒壓恒速?zèng)_擊鉆鉆入混凝土表面，鉆入不同深度計(jì)算進(jìn)鉆時(shí)間，并得出了相關(guān)的回歸方程[9]。

同回彈法相比，鉆心檢測(cè)法的特點(diǎn)是能進(jìn)行受火深度方向的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果更加精確，但檢測(cè)的混凝土強(qiáng)度實(shí)際上是構(gòu)件受損深度上的平均強(qiáng)度。

三、結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)評(píng)估發(fā)展建議

今后對(duì)火災(zāi)后結(jié)構(gòu)損失的研究應(yīng)是開展結(jié)構(gòu)抗火可靠度設(shè)計(jì)及災(zāi)后可靠度評(píng)估理論與方法的系統(tǒng)研究，重點(diǎn)研究結(jié)構(gòu)抗火目標(biāo)可靠度的取值原則、基于可靠度的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法、火災(zāi)后結(jié)構(gòu)剩余可靠度評(píng)估方法及失效準(zhǔn)則等方面。采用數(shù)值模擬與現(xiàn)場實(shí)測(cè)、宏觀試驗(yàn)方法與細(xì)觀力學(xué)方法相結(jié)合的手段，研究火災(zāi)作用機(jī)理與損傷機(jī)理;損傷機(jī)理研究方法從基本構(gòu)件向材料本構(gòu)關(guān)系、結(jié)構(gòu)性能兩方面延伸。受火后混凝土構(gòu)件損傷評(píng)估中應(yīng)該從靜力和動(dòng)力兩個(gè)方面進(jìn)行考察，特別是動(dòng)力評(píng)估試驗(yàn)研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜紅秀，張雄.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)損傷的紅外熱像-電化學(xué)綜合檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用[J].土木工程學(xué)報(bào)， 2009，34（7）：41-48.

[2]杜紅秀，張雄.火災(zāi)混凝土鋼筋損傷的電化學(xué)檢測(cè)與評(píng)估[J].建筑材料學(xué)報(bào)， 2012，9（6）：660-665.

[3]呂天啟，趙國藩，林志伸等.高溫后靜置混凝土的微觀分析[J].建筑材料學(xué)報(bào)， 2013，6 2）：135-141.

[4]閻繼紅，胡云昌，林志伸.回彈法和超聲回彈綜合法判定高溫后混凝土抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究[J]. 工業(yè)建筑， 2010，31（12）：46-47.

[5]呂天啟，趙國藩，林志伸，等.應(yīng)用回彈超聲方法評(píng)定火災(zāi)高溫靜置混凝土抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究[J].混凝土， 2012，154（8）：21-23.

[6]謝正良，陸洲導(dǎo).逐層回彈法檢測(cè)火災(zāi)后混凝土強(qiáng)度[J].結(jié)構(gòu)工程師， 2014，22（4）：81-85.

[7]陸洲導(dǎo)，余江滔，李燦燦.火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法的探討[J].工業(yè)建筑， 2011，36（1）：88-90.

[8]余江滔.火災(zāi)后混凝土構(gòu)件損傷評(píng)估的試驗(yàn)及理論研究[D].同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院， 2009.