钢筋混凝土结构火灾后损伤的检测评估

李安然 李秋明

摘要：本文在阅读大量参考文献的基础上，对钢筋混凝土结构火灾后损伤的检测方法进行了详细的归纳总结，在宏观检测法范围内对碳化检测法、电化学分析法、扫描电镜法等方法进行了对比性论述;在基于力学分析方法上，对超声回弹、逐层回弹、钻心检测等方法进行了详细阐述，并对检测评估方法进行了展望，认为受火后混凝土构件损伤评估中应该从静力和动力两个方面进行考察。

关键词：混凝土结构;火灾后;损伤检测

前 言

在所有火灾中，建筑火灾是最常见最危险的一种。建筑物一旦失火，如未能及时扑灭，就可能迅速扩大和蔓延，造成人民生命和财产的重大损失。灾后检测和加固是人们普遍关注的问题。按照系统、科学的检测与鉴定方法，以对其进行正确地评估是非常必要的。而随着经济社会的发展，钢筋混凝土结构在工程中的应用越来越广泛。本文对常用的混凝土结构火灾后的检测方法进行了概括性介绍，并指出了每个方法中存在的缺陷，对火灾检测的发展方向进行了展望。

一、宏观检测法

1.碳化检测方法

通过试验研究受火后混凝土与正常混凝土所进行的碳化深度比较，给出混凝土碳化深度和受火温度的关系，如表1所示。

表1 火灾作用下混凝土碳化深度比值与火灾温度关系

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＼&混凝土过火温度/℃＼&正常温度＼&200＼&400＼&600＼&800＼&]

2.电化学分析法

当混凝土中性化深度达到保护层深度时，则会引起钢筋表面钝化膜破坏。在电化学性能方面，主要表现为钢筋表面电势降低、钢筋锈蚀电流密度增大。利用电化学方法通过现场检测火灾混凝土内部钢筋的表面电势与锈蚀电流，可判断混凝土保护层及钢筋部位的受火温度及损伤情况[1][2]。电化学法是针对混凝土保护层温度和钢筋性能损伤状况的非破损检测方法，精度较高。

3. 扫描电镜法、X射线衍射法

中国台北地区于1994年给出了高温后混凝土在电镜下显微特征与温度分析法，其原理是混凝土结构材料组成在不同火灾温度下，物相会发生相应变化，采用电子显微镜可以观察到混凝土切片物相组成及特征，根据这些变化所对应的温度，判断出构件受火时温度。吕天启、赵国藩等[3]对X射线衍射以及电镜扫描试验，对不同温度下混凝土组成成分变化和微裂缝发展进行了微观层面研究，在不同程度高温作用下，采用电子显微镜对混凝土结构材料物相进行观测，得到不同的物象特征并记录对应的温度，以此来判断出构件受火时温度。

二、宏观检测法

1.超声回弹法

超声回弹综合法是结合了回弹法和超声法的优点，应用于灾后评定混凝土抗压强度的一种简便有效的方法，已有试验研究和理论证明，该方法完全可以应用于火灾后混凝土抗压强度的评定。

将经过高温作用后的混凝土试件以喷水冷却和自然冷却两种方式使试件温度降低至室温后进行超声测试，之后进行回弹试验和抗压试验，根据试验结果用最小二乘法拟合出高温作用后混凝土强度鉴定的专用曲线[4-5]：

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

2.逐层回弹法

谢正良[6]对混凝土试块进行逐层表面切割回弹，将得到的试验数据进行回归分析，通过八层混凝土分层回弹得到的数据拟合，回归得出逐層回弹法测强曲线，计算出了混凝土抗压强度与平均回弹值之间的测强公式。

但是此方法中火灾后混凝土试块回弹数据的平均值只是反映了混凝土试块表面的强度水平，而内部受火温度逐层降低，强度逐层提高，所以并不能够反映本次试验受火后强度提高真实的情况。

3.钻芯检测法

取芯法是混凝土现场检测中公认的较精确的方法，是校核其他检测方法的基准。陆洲导[7-8]等进行了逐层回弹法、逐层深入检测法两方面的尝试，采用恒压恒速冲击钻钻入混凝土表面，钻入不同深度计算进钻时间，并得出了相关的回归方程[9]。

同回弹法相比，钻心检测法的特点是能进行受火深度方向的检测，检测结果更加精确，但检测的混凝土强度实际上是构件受损深度上的平均强度。

三、结构损伤检测评估发展建议

今后对火灾后结构损失的研究应是开展结构抗火可靠度设计及灾后可靠度评估理论与方法的系统研究，重点研究结构抗火目标可靠度的取值原则、基于可靠度的结构抗火设计方法、火灾后结构剩余可靠度评估方法及失效准则等方面。采用数值模拟与现场实测、宏观试验方法与细观力学方法相结合的手段，研究火灾作用机理与损伤机理;损伤机理研究方法从基本构件向材料本构关系、结构性能两方面延伸。受火后混凝土构件损伤评估中应该从静力和动力两个方面进行考察，特别是动力评估试验研究。

参考文献：

[1]杜红秀，张雄.钢筋混凝土结构火灾损伤的红外热像-电化学综合检测技术与应用[J].土木工程学报， 2009，34（7）：41-48.

[2]杜红秀，张雄.火灾混凝土钢筋损伤的电化学检测与评估[J].建筑材料学报， 2012，9（6）：660-665.

[3]吕天启，赵国藩，林志伸等.高温后静置混凝土的微观分析[J].建筑材料学报， 2013，6 2）：135-141.

[4]阎继红，胡云昌，林志伸.回弹法和超声回弹综合法判定高温后混凝土抗压强度的试验研究[J]. 工业建筑， 2010，31（12）：46-47.

[5]吕天启，赵国藩，林志伸，等.应用回弹超声方法评定火灾高温静置混凝土抗压强度的试验研究[J].混凝土， 2012，154（8）：21-23.

[6]谢正良，陆洲导.逐层回弹法检测火灾后混凝土强度[J].结构工程师， 2014，22（4）：81-85.

[7]陆洲导，余江滔，李灿灿.火灾后混凝土结构损伤检测方法的探讨[J].工业建筑， 2011，36（1）：88-90.

[8]余江滔.火灾后混凝土构件损伤评估的试验及理论研究[D].同济大学土木工程学院， 2009.