建築火災後結構損傷的無損檢測

建築火災後結構損傷的無損檢測

隨著國民經濟和現代化建設的發展，高層建築廣泛應用，種種因素增加了建築物發生火災的頻率．建築物在發生火災後，應盡快地進行火災調查，統計直接經濟損失和恢複建築物的使用功能。要恢複建築物的使用功能，就必須科學地判斷建築物的受損程度，確定合理的結構恢複加固方案，以達到減少火災損失，提高經濟效益和社會效益的目的。近年來，國內外對混凝土結構損傷評估主要采用無損檢測技術，主要有：表麵觀測法、回彈法、超聲波法、超聲回彈法綜合法、紅外熱像檢測等等。

一、表麵觀測法

火災後混凝土強度的表麵觀測方法是根據災後混凝土表麵顏色、表麵裂紋和剝落情況，主要方法足采用錘子敲擊、鐵釺鑿擊(表1)

注：在混凝土強度測試時，鑿子應與結構表麵垂直

二、回彈法

回彈法是指以結構或構件混凝土測得的回彈值和碳化深度值來評定該結構或構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。《回彈法評定混凝土抗壓強度技術規程》明確規定了回彈法不適用於火災後混凝土的測強。這是因為遭受火災的混凝土不符合混凝土質量內外基本一致的前提。但是，遭受火災的混凝土表麵的硬度能夠反映出其遭受火災損傷的程度，因此，回彈法可用於火災損傷的混凝土抗壓強度檢測。

火災後，回彈法規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後受損層平均混凝土抗壓強度時，應首先將構件檢測區內熏黑的表麵清洗幹淨並將燒疏的表麵用砂輪磨平，再按規程規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後的新的測強曲線實驗研究表明，火災後的冷卻方式和構件表麵粉刷與否對測強曲線的影響較大，因此需對不同的情況製定不同的測強曲線，而骨料品種及水泥品種的影響不大，可不需考慮其影響。

回彈法對於災後混凝土表麵一定深度範1周內的損傷檢測右效果，特別是當火災溫度高於600℃，火災時間不少於45分鍾條件下，回彈值有明顯的降低。但在較低溫度(500℃以下)．火災時間較短時，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，還是有它的優越性。

三、超聲波法

超聲波法用於混凝土結構破損檢測在許多國家已列入標準方法，但在火災後結構損傷檢測方麵則褒貶不一。試驗表明，當火災溫度小於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，當火災溫度為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，隨著火災溫度的繼續升高，受火混凝土的超聲波聲速值與常溫下混凝土構件的聲速值相比，聲速值大幅度減少，根據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“毛刺”，含有許多雜波。其原固主要是：混凝土在火災溫度的影響下表麵和內部出現微裂，有的局部疏鬆，聲波在傳播中遇到裂縫和疏鬆層後有的繞道傳播，有的反射，也有的直接穿過試件，從而減小了傳播速度。據此，采用超聲波法測量火災後混凝土構件的強度，能較準確的反映火災後混凝土構件質量的好壞，此外，火災不同溫度、時間後對棍凝土構件進行超聲綜合指標檢測，還可定量評估構件表麵曾經經曆過的最高溫度。超盧測試方法包括對測、平測、斜對測、角對測等，利用測量結果，可建立強度一聲速、受火溫度一聲速關係曲線。實驗表明，檢測方法以對測最優，如不能對測時可采用平測、斜測等手段，並輔以波幅、首波頻率波形變化等進行評估。

當然，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”影響以及鋼筋的影響。含水量影響雖大，但實驗表明，滅火時噴水並不會帶來多大的影響，但如果滅火時間較長或災後結構遇雨可能使混凝土含水率增加，此時超聲測試應特別謹慎。當含水串超過某一限度時其影響增大，且波動大，不宜修正，應待構件風於後進行測試。另外測距影響及溫差效應影響的規律也已基本查清，可通過適當的方法修正。如果采用聲速值來評估損傷時，宜用火災後勺常溫下聲速比，這樣可避免或減少由於所用骨料類型、數量、水泥品種、混凝上強度等級對聲速的影響，但必須得到與受災混凝土一致的未受災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衝回波檢測儀。該法是根據彈性應力波在彈性介質中傳播原理，使一機械脈衝穿人混凝土中，當遇到裂紋麵則返回一脈衝信號，如果已知混凝土波速，更可計算裂紋深度、範圍。利用示波跟蹤器可測孔洞與剝離等火災損傷缺陷，具有簡單迅速等優點。

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範圍較小的缺點，運用綜合法碗測，則嗬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構同一測區分別測量聲時值及回憚值，然後利用已建立起來的測強公式推算該測區混凝土強度的一種方法。與單一回彈法或越聲波法相比，綜合法具有如下優點：

1．減少齡期和含水率影響；

2．內外結合，義能在較低或較扁強度區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損傷的同類構件上得到的與混凝土設計強度等級相匹配的檢測參數平均值作為基準點；

2．通過受損與未受損同等混凝土構件參數比值(即回彈比和超聲比)，確定出受災混凝土表麵溫度，並按溫度與強度的相關方程式判別火災後混凝土強度的降低程度，並將構件上各檢測麵的強度等級平均值定義為該構件的強度等級；

3．通過超聲波表麵法及混凝土碳化測定被檢測混凝土的損傷層；  

4．根據混凝土表麵實測溫度；評估的混凝土強度等級、混凝土損傷層以及構件的外觀調查，將受損狀態分為輕度損傷、中度損傷、重度損傷和嚴重破壞4個層次。事實上，進入嚴重破壞這個層次時，已經無法應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麵來綜合檢測與評估。

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。它是利用物體表麵溫度和輻射發射串的差異形成可見的熱圖像，從而檢測物體表麵結構狀態和缺陷，並以此判斷材料性質的一種無損檢測方法。紅外熱像檢測的理論基礎是熱輻射定律和熱傳導微分方程。

遭受火災的混凝土材料因其發牛卜—係列相變，材料表麵狀態和結構隨作用溫度不同而各不相同，從而使紅外輻射發生變化，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溫度及損傷情況。

試驗表明，混凝土試件受不同溫度作用後的紅外熱像特征及其力學性能變化規律的基本趨勢是明顯的。火燒溫度越高，損傷越嚴重，紅外熱像溫度越高，受火溫度低於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、無損檢測技術的發展趨勢

火災過程中造成建築構件混凝土抗帳強度損失的情況是相當複雜的，這也是長期以來國內對火火後混凝土抗壓強度檢測方法研究沒有取得進展的原因之—。就目前的技術水平來看，僅依靠某種單一的方法來評定火災後混凝土的抗壓強度是不可靠的。為了提高火災後混凝上抗壓強度檢測評定的可靠性、正確的思路應是通過多種方法進行檢測，然後綜合評定混凝土的抗壓強度。

另外，要發展適合現場使剛的快速而又準確的檢測設備與方法，一方麵應完善並積累目前常用的回憚法、超聲法、表麵觀測法等資料；另一方麵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。