建筑火災(zāi)后結(jié)構(gòu)損傷的無損檢測(cè)

【摘要】建筑物在發(fā)生火災(zāi)后科學(xué)地判斷建筑物的受損程度，可以采取無損檢測(cè)技術(shù)，本文介紹和總結(jié)了近年來國(guó)內(nèi)外對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)損傷評(píng)估的主要方法。

【關(guān)鍵字】火災(zāi)，結(jié)構(gòu)損傷，無損檢測(cè)

    隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，高層建筑廣泛應(yīng)用，種種因素增加了建筑物發(fā)生火災(zāi)的頻率．建筑物在發(fā)生火災(zāi)后，應(yīng)盡快地進(jìn)行火災(zāi)調(diào)查，統(tǒng)計(jì)直接經(jīng)濟(jì)損失和恢復(fù)建筑物的使用功能。要恢復(fù)建筑物的使用功能，就必須科學(xué)地判斷建筑物的受損程度，確定合理的結(jié)構(gòu)恢復(fù)加固方案，以達(dá)到減少火災(zāi)損失，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的目的。近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)損傷評(píng)估主要采用無損檢測(cè)技術(shù)，主要有：表面觀測(cè)法、回彈法、超聲波法、超聲回彈法綜合法、紅外熱像檢測(cè)等等。

    一、表面觀測(cè)法
    火災(zāi)后混凝土強(qiáng)度的表面觀測(cè)方法是根據(jù)災(zāi)后混凝土表面顏色、表面裂紋和剝落情況，主要方法足采用錘子敲擊、鐵釬鑿擊(表1)

注：在混凝土強(qiáng)度測(cè)試時(shí)，鑿子應(yīng)與結(jié)構(gòu)表面垂直

    二、回彈法
    回彈法是指以結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土測(cè)得的回彈值和碳化深度值來評(píng)定該結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度的—種小破損方法，測(cè)定回彈值的儀器叫回彈儀。《回彈法評(píng)定混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》明確規(guī)定了回彈法不適用于火災(zāi)后混凝土的測(cè)強(qiáng)。這是因?yàn)樵馐芑馂?zāi)的混凝土不符合混凝土質(zhì)量?jī)?nèi)外基本一致的前提。但是，遭受火災(zāi)的混凝土表面的硬度能夠反映出其遭受火災(zāi)損傷的程度，因此，回彈法可用于火災(zāi)損傷的混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。

    火災(zāi)后，回彈法規(guī)程的方法及測(cè)強(qiáng)曲線已不再適合評(píng)定混凝土抗壓強(qiáng)度。因此采用回彈法檢測(cè)火災(zāi)后受損層平均混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)首先將構(gòu)件檢測(cè)區(qū)內(nèi)熏黑的表面清洗干凈并將燒疏的表面用砂輪磨平，再按規(guī)程規(guī)定的方法進(jìn)行回彈值和碳化深度值的測(cè)量，從而建立不同受火溫度后的新的測(cè)強(qiáng)曲線實(shí)驗(yàn)研究表明，火災(zāi)后的冷卻方式和構(gòu)件表面粉刷與否對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線的影響較大，因此需對(duì)不同的情況制定不同的測(cè)強(qiáng)曲線，而骨料品種及水泥品種的影響不大，可不需考慮其影響。

    回彈法對(duì)于災(zāi)后混凝土表面一定深度范1周內(nèi)的損傷檢測(cè)右效果，特別是當(dāng)火災(zāi)溫度高于600℃，火災(zāi)時(shí)間不少于45分鐘條件下，回彈值有明顯的降低。但在較低溫度(500℃以下)．火災(zāi)時(shí)間較短時(shí)，回彈值不夠敏感且波動(dòng)較大，但作為—種簡(jiǎn)便的非破損損傷評(píng)估，還是有它的優(yōu)越性。

    三、超聲波法
    超聲波法用于混凝土結(jié)構(gòu)破損檢測(cè)在許多國(guó)家已列入標(biāo)準(zhǔn)方法，但在火災(zāi)后結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方面則褒貶不一。試驗(yàn)表明，當(dāng)火災(zāi)溫度小于300℃時(shí)超聲波測(cè)出的混凝土聲速值與常溫下相同混凝土的聲速值基本相同，當(dāng)火災(zāi)溫度為500℃左右時(shí)，超聲波聲速與常溫下相同混凝土的聲速值相比有所降低，但對(duì)混凝土強(qiáng)度影響不大，隨著火災(zāi)溫度的繼續(xù)升高，受火混凝土的超聲波聲速值與常溫下混凝土構(gòu)件的聲速值相比，聲速值大幅度減少，根據(jù)超聲波理論計(jì)算的混凝土強(qiáng)度也明顯降低，從超聲波信號(hào)看，曲線首波很差，幅值小，頻率小，傳播時(shí)間長(zhǎng)，波形出現(xiàn)“毛刺”，含有許多雜波。其原固主要是：混凝土在火災(zāi)溫度的影響下表面和內(nèi)部出現(xiàn)微裂，有的局部疏松，聲波在傳播中遇到裂縫和疏松層后有的繞道傳播，有的反射，也有的直接穿過試件，從而減小了傳播速度。據(jù)此，采用超聲波法測(cè)量火災(zāi)后混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度，能較準(zhǔn)確的反映火災(zāi)后混凝土構(gòu)件質(zhì)量的好壞，此外，火災(zāi)不同溫度、時(shí)間后對(duì)棍凝土構(gòu)件進(jìn)行超聲綜合指標(biāo)檢測(cè)，還可定量評(píng)估構(gòu)件表面曾經(jīng)經(jīng)歷過的最高溫度。超盧測(cè)試方法包括對(duì)測(cè)、平測(cè)、斜對(duì)測(cè)、角對(duì)測(cè)等，利用測(cè)量結(jié)果，可建立強(qiáng)度一聲速、受火溫度一聲速關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)表明，檢測(cè)方法以對(duì)測(cè)最優(yōu)，如不能對(duì)測(cè)時(shí)可采用平測(cè)、斜測(cè)等手段，并輔以波幅、首波頻率波形變化等進(jìn)行評(píng)估。

    當(dāng)然，超聲波法也有它的局限性，主要來自：含水量影響、測(cè)距影響、“溫差效應(yīng)”影響以及鋼筋的影響。含水量影響雖大，但實(shí)驗(yàn)表明，滅火時(shí)噴水并不會(huì)帶來多大的影響，但如果滅火時(shí)間較長(zhǎng)或?yàn)?zāi)后結(jié)構(gòu)遇雨可能使混凝土含水率增加，此時(shí)超聲測(cè)試應(yīng)特別謹(jǐn)慎。當(dāng)含水串超過某一限度時(shí)其影響增大，且波動(dòng)大，不宜修正，應(yīng)待構(gòu)件風(fēng)于后進(jìn)行測(cè)試。另外測(cè)距影響及溫差效應(yīng)影響的規(guī)律也已基本查清，可通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ拚?。如果采用聲速值來評(píng)估損傷時(shí)，宜用火災(zāi)后勺常溫下聲速比，這樣可避免或減少由于所用骨料類型、數(shù)量、水泥品種、混凝上強(qiáng)度等級(jí)對(duì)聲速的影響，但必須得到與受災(zāi)混凝土一致的未受災(zāi)混凝土超聲檢測(cè)的資料。近年來，國(guó)外推出廠一種更為先進(jìn)的脈沖回波檢測(cè)儀。該法是根據(jù)彈性應(yīng)力波在彈性介質(zhì)中傳播原理，使一機(jī)械脈沖穿人混凝土中，當(dāng)遇到裂紋面則返回一脈沖信號(hào)，如果已知混凝土波速，更可計(jì)算裂紋深度、范圍。利用示波跟蹤器可測(cè)孔洞與剝離等火災(zāi)損傷缺陷，具有簡(jiǎn)單迅速等優(yōu)點(diǎn)。

    四、超聲回彈綜合法
    單一的回彈法和超聲波法檢測(cè)，有很多的影響因素．存在著誤差較大和適用范圍較小的缺點(diǎn)，運(yùn)用綜合法碗測(cè)，則呵減小很多因素的影響程度。超聲回彈綜合法是指采用超聲儀和剛強(qiáng)儀在混凝土結(jié)構(gòu)同一測(cè)區(qū)分別測(cè)量聲時(shí)值及回憚值，然后利用已建立起來的測(cè)強(qiáng)公式推算該測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度的一種方法。與單一回彈法或越聲波法相比，綜合法具有如下優(yōu)點(diǎn)：
    1．減少齡期和含水率影響；
    2．內(nèi)外結(jié)合，義能在較低或較扁強(qiáng)度區(qū)間相互彌補(bǔ)各自的不足；
    3．提高測(cè)試精度。   

    超聲回彈綜合法檢測(cè)方法如下：
    1．首先選擇在未受火災(zāi)損傷的同類構(gòu)件上得到的與混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)相匹配的檢測(cè)參數(shù)平均值作為基準(zhǔn)點(diǎn)；
    2．通過受損與未受損同等混凝土構(gòu)件參數(shù)比值(即回彈比和超聲比)，確定出受災(zāi)混凝土表面溫度，并按溫度與強(qiáng)度的相關(guān)方程式判別火災(zāi)后混凝土強(qiáng)度的降低程度，并將構(gòu)件上各檢測(cè)面的強(qiáng)度等級(jí)平均值定義為該構(gòu)件的強(qiáng)度等級(jí)； 
    3．通過超聲波表面法及混凝土碳化測(cè)定被檢測(cè)混凝土的損傷層；   
    4．根據(jù)混凝土表面實(shí)測(cè)溫度；評(píng)估的混凝土強(qiáng)度等級(jí)、混凝土損傷層以及構(gòu)件的外觀調(diào)查，將受損狀態(tài)分為輕度損傷、中度損傷、重度損傷和嚴(yán)重破壞4個(gè)層次。事實(shí)上，進(jìn)入嚴(yán)重破壞這個(gè)層次時(shí)，已經(jīng)無法應(yīng)用無損法進(jìn)行檢測(cè)了。這種情況主要是通過外觀變形、破損程度和碳化測(cè)定等方面來綜合檢測(cè)與評(píng)估。

    五、紅外熱慷檢測(cè)   
    紅外熱像檢測(cè)是一種新的無損檢測(cè)方法，是檢測(cè)與分析混凝土火災(zāi)損傷的一種有效、便捷的無損檢測(cè)方法，具有直觀、非接觸、高分辨率。靈敏迅速等特點(diǎn)。它是利用物體表面溫度和輻射發(fā)射串的差異形成可見的熱圖像，從而檢測(cè)物體表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)和缺陷，并以此判斷材料性質(zhì)的一種無損檢測(cè)方法。紅外熱像檢測(cè)的理論基礎(chǔ)是熱輻射定律和熱傳導(dǎo)微分方程。

    遭受火災(zāi)的混凝土材料因其發(fā)牛卜—系列相變，材料表面狀態(tài)和結(jié)構(gòu)隨作用溫度不同而各不相同，從而使紅外輻射發(fā)生變化，利用紅外熱像即可直接讀取信息，檢測(cè)和分析火燒混凝土的紅外熱像圖譜，利用熱像平均溫升的變化曲線及熱像平均溫升與混凝土火燒溫度、強(qiáng)度損失的回歸方程便可識(shí)別和鑒定火燒混凝土的受災(zāi)溫度及損傷情況。

    試驗(yàn)表明，混凝土試件受不同溫度作用后的紅外熱像特征及其力學(xué)性能變化規(guī)律的基本趨勢(shì)是明顯的。火燒溫度越高，損傷越嚴(yán)重，紅外熱像溫度越高，受火溫度低于400℃時(shí)混凝土損傷不明顯，熱像平均溫升變化很小，強(qiáng)度略有反彈。500℃以上的高溫對(duì)混凝土有較嚴(yán)重的損傷，強(qiáng)度下降迅速，熱像溫度也明顯升高

    六、無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
    火災(zāi)過程中造成建筑構(gòu)件混凝土抗帳強(qiáng)度損失的情況是相當(dāng)復(fù)雜的，這也是長(zhǎng)期以來國(guó)內(nèi)對(duì)火火后混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)方法研究沒有取得進(jìn)展的原因之—。就目前的技術(shù)水平來看，僅依靠某種單一的方法來評(píng)定火災(zāi)后混凝土的抗壓強(qiáng)度是不可靠的。為了提高火災(zāi)后混凝上抗壓強(qiáng)度檢測(cè)評(píng)定的可靠性、正確的思路應(yīng)是通過多種方法進(jìn)行檢測(cè)，然后綜合評(píng)定混凝土的抗壓強(qiáng)度。

    另外，要發(fā)展適合現(xiàn)場(chǎng)使剛的快速而又準(zhǔn)確的檢測(cè)設(shè)備與方法，一方面應(yīng)完善并積累目前常用的回憚法、超聲法、表面觀測(cè)法等資料；另一方面要實(shí)驗(yàn)研究其它快速檢測(cè)手段，如射擊法．快速物相分析法、輻射法、回波檢測(cè)法、超出頻譜分析法等。