火灾后混凝土结构检测的方法与发展探讨

孙飞龙

安徽省淮委水利科学研究院/安徽省建筑工程质量监督检测站 安徽 蚌埠 233000

前言

众所周知，火灾是当今世界最频繁和最严重的灾害之一。据统计，火灾造成的全球年度经济损失占社会生产总值的0.2%，造成10万多人死亡，也将产生重大的社会政治影响。在中国，每年约有20万起火灾，建筑物火灾一般占火灾总数的95%左右。在中国，钢筋混凝土和砖结构占大多数。可以说，建筑物火灾主要发生在混凝土结构中。关于既有建筑物的检测方法的研究，国内外进行得很多，也制定了比较成熟的标准。但是，由于火灾造成的破坏具有独特性，在使用这些方法探测混凝土火灾之前，必须加以改进。

1 钢筋混凝土结构火灾后损伤特点概述

具有双重随机性。混凝土性能存在初步的随机损伤，高温作用下混凝土微裂纹等损伤进一步发展，反映了新的损伤特征。混凝土损伤的空间随机分布。建筑的空间形态、燃料的数量和分布、门窗的状况以及火灾点的位置都对建筑火灾产生了重大影响，这些因素导致了受损空间的随机性质。剖面损坏沿防火深度变化。混凝土是一种不好的导体，火灾中混凝土构件的损坏通常由内而外发生变化。混凝土是一种热惰性材料，因为它在一定温度下不会完全燃烧或完全失效。此外，混凝土比防火涂料和内部钢筋抗火性强得多。大量火灾试验表明，火灾后受力构件的损坏程度从最高到最低不等，而构件的重要性则相反，从而提高了钢筋混凝土结构的灾后恢复能力[1]。

2 火灾温度评定检测方法

2.1 视觉检测方法

试验可知，高温构件不同截面对应点和同一截面不同点的加热速率不同，尺寸效应、混凝土年限、恒温时间和明火温度等因素对温度场的影响较大，离构件表面距离相同的点，在小尺寸截面内比在大尺寸截面内温度要高。在其他条件相同的情况下，混凝土寿命较长的构件的温度高于混凝土寿命较短的构件的温度，因为它们的寿命较长，水分损失较大，密度较高，从而提高了导温性；恒温时间对混凝土构件内部温度影响较大，截面尺寸越小，恒温时间影响越大；若为明火加热，火焰方向与受热面垂直时比与受热面平行时影响要大。有鉴于此，可以通过对裂纹、弯曲、爆炸、加强筋、裸露和视觉检测方法直观快捷，但不够精确。通过现场观测，可以得出相对接近火灾现场温度的推断，并为理论推断提供质量基础。

2.2 碳化检测方法

混凝土中和试验表明，硬化混凝土的pH值通常介于12到13之间，并且是碱性的。混凝土燃烧时，其内部微观结构、外部宏观结构和物质性质在不同程度上有所不同，导致氢氧化钙脱水，使混凝土表面在高温下硬化成氧化钙，从而使混凝土变得中性并加速碳化。通过比较火灾后混凝土的碳化深度与普通混凝土的碳化深度，给出了混凝土碳化深度与火灾温度的关系。

2.3 改进的回弹法、超声法与超声回弹综合法检测过火温度

在钢筋混凝土结构中广泛使用无损检测技术引起了试图改进这些技术并将其引入火灾检测的研究人员的极大兴趣。在400℃至800℃的五组温度中进行了十至八次试验，确定了过火温度与回弹率和失效率之间的关系，然后返回了过火温度、回弹率和失效率之间的关系，超声法的精度要比回弹法高。超压温度相对于超声波回弹的综合回归系数为0.98，典型偏差为21.4℃。这是因为这两种方法的效果相反。将这两种方法结合起来，可以减少碳中和硅含水量的影响，而改进的超声波综合评价方法比简单的超声波或回声评价方法更为准确[2]。

3 火灾后混凝土材料强度与损伤深度检测方法

3.1 改进的回弹法和超声回弹综合法

所建立的回归方程主要是检测值与火灾温度之间的关系，以及检测值与混凝土残余强度之间的关系，目的是利用回弹法和超声波法检测火灾造成的损害。然而，如上所述，火灾造成的损害在空间上具有深刻的可变性和随机性。在实际检测中，即使采集了大量检测点，也可能无法解释其他地方的损害。若要评估整个范围，最好分析元素的导热性，仅了解局部温度，然后获得整个消防区域的温度分布，从而在检测数值和消防区域温度之间建立关系，从而估计强度。

3.2 逐层回弹法

以视觉检测方法为基础进行了实验研究。为逐层混凝土试件切割方法返回试验数据，调整8层混凝土数据，得到逐层切割方法测量的受力曲线。选择了混凝土最佳抗压强度与平均回弹值之间的强度测量公式，并将其与其他研究曲线进行了比较，以便更好地匹配。但是，应当指出，该方法中火灾后混凝土试块回弹数据的平均值仅反映混凝土试验表面的强度水平，而内部火灾温度在不同层之间下降，强度在不同层之间增加，因此不反映。但是，它可以间接反映混凝土内部和外部在实际火灾中的不均匀温度，强度由内而外逐渐增加。从误差和相关系数的角度提高精度和稳定性，是测量混凝土火灾后强度的有益尝试和对回弹方法的补充。逐层回弹法不适用于火灾后出现剥落钢筋混凝土，因为即使对于火灾后钢筋混凝土平整表面，由于硬度不同，试验结果也可能有很大差异。

4 结束语

综上，采用综合检测方法可以提高精度、减少误差，由于火灾造成损害的复杂性，仅仅测量表面的最高温度或强度往往无法取得令人满意的结果。如果能够清楚温度、持续时间、表面损坏变化等因素的影响，可以提高检测精度并大大减少误差。