火災后混凝土結構檢測的方法與發展探討

孫飛龍

安徽省淮委水利科學研究院/安徽省建筑工程質量監督檢測站 安徽 蚌埠 233000

前言

眾所周知，火災是當今世界最頻繁和最嚴重的災害之一。據統計，火災造成的全球年度經濟損失占社會生產總值的0.2%，造成10萬多人死亡，也將產生重大的社會政治影響。在中國，每年約有20萬起火災，建筑物火災一般占火災總數的95%左右。在中國，鋼筋混凝土和磚結構占大多數?？梢哉f，建筑物火災主要發生在混凝土結構中。關于既有建筑物的檢測方法的研究，國內外進行得很多，也制定了比較成熟的標準。但是，由于火災造成的破壞具有獨特性，在使用這些方法探測混凝土火災之前，必須加以改進。

1 鋼筋混凝土結構火災后損傷特點概述

具有雙重隨機性?；炷列阅艽嬖诔醪降碾S機損傷，高溫作用下混凝土微裂紋等損傷進一步發展，反映了新的損傷特征?；炷翐p傷的空間隨機分布。建筑的空間形態、燃料的數量和分布、門窗的狀況以及火災點的位置都對建筑火災產生了重大影響，這些因素導致了受損空間的隨機性質。剖面損壞沿防火深度變化?；炷潦且环N不好的導體，火災中混凝土構件的損壞通常由內而外發生變化。混凝土是一種熱惰性材料，因為它在一定溫度下不會完全燃燒或完全失效。此外，混凝土比防火涂料和內部鋼筋抗火性強得多。大量火災試驗表明，火災后受力構件的損壞程度從最高到最低不等，而構件的重要性則相反，從而提高了鋼筋混凝土結構的災后恢復能力[1]。

2 火災溫度評定檢測方法

2.1 視覺檢測方法

試驗可知，高溫構件不同截面對應點和同一截面不同點的加熱速率不同，尺寸效應、混凝土年限、恒溫時間和明火溫度等因素對溫度場的影響較大，離構件表面距離相同的點，在小尺寸截面內比在大尺寸截面內溫度要高。在其他條件相同的情況下，混凝土壽命較長的構件的溫度高于混凝土壽命較短的構件的溫度，因為它們的壽命較長，水分損失較大，密度較高，從而提高了導溫性；恒溫時間對混凝土構件內部溫度影響較大，截面尺寸越小，恒溫時間影響越大；若為明火加熱，火焰方向與受熱面垂直時比與受熱面平行時影響要大。有鑒于此，可以通過對裂紋、彎曲、爆炸、加強筋、裸露和視覺檢測方法直觀快捷，但不夠精確。通過現場觀測，可以得出相對接近火災現場溫度的推斷，并為理論推斷提供質量基礎。

2.2 碳化檢測方法

混凝土中和試驗表明，硬化混凝土的pH值通常介于12到13之間，并且是堿性的。混凝土燃燒時，其內部微觀結構、外部宏觀結構和物質性質在不同程度上有所不同，導致氫氧化鈣脫水，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。通過比較火災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溫度的關系。

2.3 改進的回彈法、超聲法與超聲回彈綜合法檢測過火溫度

在鋼筋混凝土結構中廣泛使用無損檢測技術引起了試圖改進這些技術并將其引入火災檢測的研究人員的極大興趣。在400℃至800℃的五組溫度中進行了十至八次試驗，確定了過火溫度與回彈率和失效率之間的關系，然后返回了過火溫度、回彈率和失效率之間的關系，超聲法的精度要比回彈法高。超壓溫度相對于超聲波回彈的綜合回歸系數為0.98，典型偏差為21.4℃。這是因為這兩種方法的效果相反。將這兩種方法結合起來，可以減少碳中和硅含水量的影響，而改進的超聲波綜合評價方法比簡單的超聲波或回聲評價方法更為準確[2]。

3 火災后混凝土材料強度與損傷深度檢測方法

3.1 改進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值與火災溫度之間的關系，以及檢測值與混凝土殘余強度之間的關系，目的是利用回彈法和超聲波法檢測火災造成的損害。然而，如上所述，火災造成的損害在空間上具有深刻的可變性和隨機性。在實際檢測中，即使采集了大量檢測點，也可能無法解釋其他地方的損害。若要評估整個范圍，最好分析元素的導熱性，僅了解局部溫度，然后獲得整個消防區域的溫度分布，從而在檢測數值和消防區域溫度之間建立關系，從而估計強度。

3.2 逐層回彈法

以視覺檢測方法為基礎進行了實驗研究。為逐層混凝土試件切割方法返回試驗數據，調整8層混凝土數據，得到逐層切割方法測量的受力曲線。選擇了混凝土最佳抗壓強度與平均回彈值之間的強度測量公式，并將其與其他研究曲線進行了比較，以便更好地匹配。但是，應當指出，該方法中火災后混凝土試塊回彈數據的平均值僅反映混凝土試驗表面的強度水平，而內部火災溫度在不同層之間下降，強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部和外部在實際火災中的不均勻溫度，強度由內而外逐漸增加。從誤差和相關系數的角度提高精度和穩定性，是測量混凝土火災后強度的有益嘗試和對回彈方法的補充。逐層回彈法不適用于火災后出現剝落鋼筋混凝土，因為即使對于火災后鋼筋混凝土平整表面，由于硬度不同，試驗結果也可能有很大差異。

4 結束語

綜上，采用綜合檢測方法可以提高精度、減少誤差，由于火災造成損害的復雜性，僅僅測量表面的最高溫度或強度往往無法取得令人滿意的結果。如果能夠清楚溫度、持續時間、表面損壞變化等因素的影響，可以提高檢測精度并大大減少誤差。