于凱華

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400041)

0 前言

隨著城鎮(zhèn)人口的集中化與密集化、各種新型易燃材料的運用以及人們過分追求家居和辦公地點的美觀和舒適性，產(chǎn)生火災(zāi)的潛在風(fēng)險也在進(jìn)一步的擴(kuò)大。而同時，火災(zāi)一旦爆發(fā)后的劇烈程度和不可挽救的程度也讓人們?yōu)橹@嘆。

所以，我們需要一套經(jīng)濟(jì)適用、簡單明了的理論去研究火災(zāi)后的鋼筋混凝土構(gòu)件還有沒有必要去進(jìn)行修復(fù)加固等工作。

1 火災(zāi)后混凝土的燒損評估

圖1.1 不同溫度下的混凝土強度

混凝土的抗壓強度折減系數(shù)為K，K值被定義為混凝土在某一溫度下的抗壓強度與常溫下的抗壓強度之比，其計算方式為：

通過目前所做過的實驗，可以得知：當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時溫度在 400攝氏度以內(nèi)，混凝土的強度能抵抗住大火的傷損，強度不會變化。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時的溫度在 400攝氏度至600攝氏度的時候，混凝土中的氫氧化鈣就會脫水。在600攝氏度至900攝氏度的區(qū)間內(nèi)，碳酸鈣就會分解為二氧化碳和氧化鈣，使混凝土構(gòu)建內(nèi)部存在很大的壓強，從而很容易使混凝土發(fā)生爆裂，使混凝土的強度急劇下降。同時，消防人員用水槍滅火的時候也會造成混凝土強度的降低，因為大量的水涌入后，混凝土構(gòu)件將會經(jīng)歷一個快速的熱脹冷縮的過程，其爆裂的可能性大大增加。

2 火災(zāi)后鋼筋的燒損評估

圖2.1 不同溫度下的鋼筋強度

隨著火災(zāi)時鋼筋混凝土構(gòu)件受熱溫度升高，鋼筋的彈性模量、極限強度和屈服強度都會減少很多。一旦溫度超過 200攝氏度，普通鋼筋的抗拉強度下降的就會很快；而溫度在600至700攝氏度的時候，由于鋼筋抵抗不了那么高的溫度，所以就導(dǎo)致了鋼筋強度急劇下降。此處，筆者提供一種鋼筋高溫極限抗拉強度的公式：

3 火災(zāi)后鋼筋混凝土粘結(jié)力、彈性模量損失評估

圖3.1 不同溫度下鋼筋的粘結(jié)強度

通過鋼筋和混凝土之間力的作用，建筑物的梁、柱、板才能更好的發(fā)揮作用，而這種力就是由摩擦力、鋼筋的咬合力和水泥的膠結(jié)力所共同合成。有螺紋的鋼筋通常因為咬合力的作用，更不易造成粘結(jié)力的損失；由于熱脹冷縮是構(gòu)件穩(wěn)定性和強度的克星，所以自然通風(fēng)條件下的冷卻較不易造成粘結(jié)力的損失。同時，實驗還發(fā)現(xiàn)混凝土彈性模量的降低程度與混凝土的剛度值和火場溫度的升高都成反比關(guān)系。

4 結(jié)構(gòu)受損程度評估

依據(jù)以往在鋼筋混凝土構(gòu)件加固修復(fù)工程中的經(jīng)驗以及現(xiàn)場的觀察和實驗室所測得的結(jié)果，我們將結(jié)構(gòu)受損程度分為四個級別，列舉如下：

4.1 輕度損傷

通常把鋼筋受熱溫度在100攝氏度以下、混凝土受熱溫度大于400攝氏度、火災(zāi)燃燒持續(xù)時間在20分鐘左右的情況列為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)輕度損傷級別。此時的鋼筋并沒有受到火災(zāi)的影響，沒有露筋和鼓包的現(xiàn)象，其保護(hù)層也沒有剝落。

4.2 中度損傷

通常把鋼筋混凝土構(gòu)件受熱溫度在400攝氏度至500攝氏度的區(qū)間內(nèi)、鋼筋受熱溫度在300攝氏度的范圍內(nèi)、火災(zāi)燃燒持續(xù)時間在20分鐘至45分鐘左右的情況列為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中度損傷級別。在此情況下，混凝土表面的顏色會發(fā)生明顯的變化，伴隨著鼓包的狀況。鋼筋保護(hù)層通過輕微的敲打即可大面積剝落。且混凝土局部爆裂深度在2cm以內(nèi)。伴隨輕微的主筋露筋現(xiàn)象，混凝土表面產(chǎn)生少量裂縫。

4.3 嚴(yán)重?fù)p傷

通常把鋼筋受熱溫度在350攝氏度至400攝氏度區(qū)間范圍內(nèi)、混凝土受熱溫度在600攝氏度至700攝氏度范圍內(nèi)、火災(zāi)燃燒持續(xù)時間在45分鐘至75分鐘的情況列為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p傷級別。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p傷的時候?qū)?yán)重破壞鋼筋和混凝土之間粘結(jié)的效果，常常伴隨著保護(hù)層脫落、混凝土鼓包、充滿縱橫向裂縫等諸多明顯的現(xiàn)象?；炷帘焉疃茸畲竽苓_(dá)到3cm的嚴(yán)峻程度。構(gòu)件變形嚴(yán)重，常常達(dá)到規(guī)范允許值的2至3倍，混凝土燒損嚴(yán)重。

4.4 危險結(jié)構(gòu)

通常把鋼筋混凝土構(gòu)件受熱溫度大于700攝氏度、鋼筋受熱溫度在400攝氏度至500攝氏度區(qū)間范圍內(nèi)、火災(zāi)燃燒持續(xù)時間在75分鐘以上的情況列為鋼筋混凝土危險結(jié)構(gòu)級別。在鋼筋混凝土危險結(jié)構(gòu)級別的情況下，鋼筋和混凝土之間幾乎不存在粘結(jié)力，鋼筋大面積露筋，鋼筋混凝土構(gòu)件上的裂縫過多，鋼筋甚至都處在融化的邊緣。并且還伴隨著鋼筋混凝土構(gòu)件嚴(yán)重變形，出現(xiàn)水平或者橫向的位移。此時的結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常危險，人員進(jìn)出一定要保持時刻警惕。

5 結(jié)語

綜上所述，火災(zāi)后鋼筋混凝土損傷的評定方法以及對其的加固修復(fù)工作需要協(xié)調(diào)各方人員并且考慮到各種因素。我們不僅要對燒傷后的混凝土進(jìn)行修補與更換，同時還要在加固修復(fù)的施工過程中主動發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)中本身因為混凝土徐變、鋼筋腐蝕等等已經(jīng)存在的問題，因為我們不緊單單要保證火災(zāi)后修復(fù)部分的強度和穩(wěn)定性，原結(jié)構(gòu)的問題也要得到妥善處理。

[1]張雄. 火災(zāi)混凝土鋼筋損傷的電化學(xué)檢測與評估[J]. 建筑材料學(xué)報,2013,6(2):135-141.

[2]謝正良，陸洲導(dǎo). 逐層回彈法檢測火災(zāi)后混凝土強度[J].結(jié)構(gòu)工程師,2014,22(4):80-84.