建筑火災(zāi)后結(jié)構(gòu)損傷的無損檢測

【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，可以采取無損檢測技術(shù)，本文介紹和總結(jié)了近年來國內(nèi)外對混凝土結(jié)構(gòu)損傷評估的主要方法。

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

    隨著國民經(jīng)濟和現(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)盡快地進行火災(zāi)調(diào)查，統(tǒng)計直接經(jīng)濟損失和恢復(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，以達到減少火災(zāi)損失，提高經(jīng)濟效益和社會效益的目的。近年來，國內(nèi)外對混凝土結(jié)構(gòu)損傷評估主要采用無損檢測技術(shù)，主要有：表面觀測法、回彈法、超聲波法、超聲回彈法綜合法、紅外熱像檢測等等。

    一、表面觀測法
    火災(zāi)后混凝土強度的表面觀測方法是根據(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：在混凝土強度測試時，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)件混凝土測得的回彈值和碳化深度值來評定該結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土抗壓強度的—種小破損方法，測定回彈值的儀器叫回彈儀?！痘貜椃ㄔu定混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》明確規(guī)定了回彈法不適用于火災(zāi)后混凝土的測強。這是因為遭受火災(zāi)的混凝土不符合混凝土質(zhì)量內(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度檢測。

    火災(zāi)后，回彈法規(guī)程的方法及測強曲線已不再適合評定混凝土抗壓強度。因此采用回彈法檢測火災(zāi)后受損層平均混凝土抗壓強度時，應(yīng)首先將構(gòu)件檢測區(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)定的方法進行回彈值和碳化深度值的測量，從而建立不同受火溫度后的新的測強曲線實驗研究表明，火災(zāi)后的冷卻方式和構(gòu)件表面粉刷與否對測強曲線的影響較大，因此需對不同的情況制定不同的測強曲線，而骨料品種及水泥品種的影響不大，可不需考慮其影響。

    回彈法對于災(zāi)后混凝土表面一定深度范1周內(nèi)的損傷檢測右效果，特別是當(dāng)火災(zāi)溫度高于600℃，火災(zāi)時間不少于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)時間較短時，回彈值不夠敏感且波動較大，但作為—種簡便的非破損損傷評估，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)破損檢測在許多國家已列入標(biāo)準(zhǔn)方法，但在火災(zāi)后結(jié)構(gòu)損傷檢測方面則褒貶不一。試驗表明，當(dāng)火災(zāi)溫度小于300℃時超聲波測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，超聲波聲速與常溫下相同混凝土的聲速值相比有所降低，但對混凝土強度影響不大，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)超聲波理論計算的混凝土強度也明顯降低，從超聲波信號看，曲線首波很差，幅值小，頻率小，傳播時間長，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，采用超聲波法測量火災(zāi)后混凝土構(gòu)件的強度，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、時間后對棍凝土構(gòu)件進行超聲綜合指標(biāo)檢測，還可定量評估構(gòu)件表面曾經(jīng)經(jīng)歷過的最高溫度。超盧測試方法包括對測、平測、斜對測、角對測等，利用測量結(jié)果，可建立強度一聲速、受火溫度一聲速關(guān)系曲線。實驗表明，檢測方法以對測最優(yōu)，如不能對測時可采用平測、斜測等手段，并輔以波幅、首波頻率波形變化等進行評估。

    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，但實驗表明，滅火時噴水并不會帶來多大的影響，但如果滅火時間較長或災(zāi)后結(jié)構(gòu)遇雨可能使混凝土含水率增加，此時超聲測試應(yīng)特別謹(jǐn)慎。當(dāng)含水串超過某一限度時其影響增大，且波動大，不宜修正，應(yīng)待構(gòu)件風(fēng)于后進行測試。另外測距影響及溫差效應(yīng)影響的規(guī)律也已基本查清，可通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ拚Ｈ绻捎寐曀僦祦碓u估損傷時，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、混凝上強度等級對聲速的影響，但必須得到與受災(zāi)混凝土一致的未受災(zāi)混凝土超聲檢測的資料。近年來，國外推出廠一種更為先進的脈沖回波檢測儀。該法是根據(jù)彈性應(yīng)力波在彈性介質(zhì)中傳播原理，使一機械脈沖穿人混凝土中，當(dāng)遇到裂紋面則返回一脈沖信號，如果已知混凝土波速，更可計算裂紋深度、范圍。利用示波跟蹤器可測孔洞與剝離等火災(zāi)損傷缺陷，具有簡單迅速等優(yōu)點。

    四、超聲回彈綜合法
    單一的回彈法和超聲波法檢測，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，運用綜合法碗測，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儀在混凝土結(jié)構(gòu)同一測區(qū)分別測量聲時值及回憚值，然后利用已建立起來的測強公式推算該測區(qū)混凝土強度的一種方法。與單一回彈法或越聲波法相比，綜合法具有如下優(yōu)點：
    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度區(qū)間相互彌補各自的不足；
    3．提高測試精度。   

    超聲回彈綜合法檢測方法如下：
    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)計強度等級相匹配的檢測參數(shù)平均值作為基準(zhǔn)點；
    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，并按溫度與強度的相關(guān)方程式判別火災(zāi)后混凝土強度的降低程度，并將構(gòu)件上各檢測面的強度等級平均值定義為該構(gòu)件的強度等級； 
    3．通過超聲波表面法及混凝土碳化測定被檢測混凝土的損傷層；   
    4．根據(jù)混凝土表面實測溫度；評估的混凝土強度等級、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個層次。事實上，進入嚴(yán)重破壞這個層次時，已經(jīng)無法應(yīng)用無損法進行檢測了。這種情況主要是通過外觀變形、破損程度和碳化測定等方面來綜合檢測與評估。

    五、紅外熱慷檢測   
    紅外熱像檢測是一種新的無損檢測方法，是檢測與分析混凝土火災(zāi)損傷的一種有效、便捷的無損檢測方法，具有直觀、非接觸、高分辨率。靈敏迅速等特點。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)的一種無損檢測方法。紅外熱像檢測的理論基礎(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、強度損失的回歸方程便可識別和鑒定火燒混凝土的受災(zāi)溫度及損傷情況。

    試驗表明，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)律的基本趨勢是明顯的?；馃郎囟仍礁?，損傷越嚴(yán)重，紅外熱像溫度越高，受火溫度低于400℃時混凝土損傷不明顯，熱像平均溫升變化很小，強度略有反彈。500℃以上的高溫對混凝土有較嚴(yán)重的損傷，強度下降迅速，熱像溫度也明顯升高

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

    另外，要發(fā)展適合現(xiàn)場使剛的快速而又準(zhǔn)確的檢測設(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、表面觀測法等資料；另一方面要實驗研究其它快速檢測手段，如射擊法．快速物相分析法、輻射法、回波檢測法、超出頻譜分析法等。