摘 要： 詳細介紹了火災后混凝土結構的現場檢查內容，以及結構損傷程度的評定方法，并提出了加固修復中應該注意的問題。

　　關鍵詞： 火災; 混凝土結構; 損傷評定; 加固修復

　　隨著社會經濟的發展、城市人口的集中化，以及人民對居室美觀和舒適的不斷追求，導致發生火災的因素也隨之增加，火災的規模和頻率也在日趨擴大。據不完全統計.我國每年發生約20萬起火災。城市建筑物火災占總火災的2/3以上，我國每年由于建筑物火災造成的人員傷亡和財產損失非常巨大，1971年～2002年的30多年中，全國共發生火災217萬余起，死亡近10萬人，直接經濟損失達187億余元?；馂暮蟮慕ㄖ锸欠襁€有修復價值以及如何修復，是災后人們最關注的問題，而我國目前建筑物多采用鋼筋混凝土結構，因此合理評估火災后鋼筋混凝土結構的損傷程度，并提出經濟、適用而又能滿足使用要求的加固方法，是十分必要的。

　　1 火災后的現場檢查

　　由于發生火災時著火的可燃物種類、數量各不相同，火災的燃燒條件也各異，火場溫度及其變化情況也就不相同;同樣各種結構因受火條件和受力條件不一樣，火災對結構的損傷也有輕有重，同一建筑物各處的受損程度也會不一樣。因此，火災對建筑物的損傷是復雜的，需要對火災現場進行細致的檢查，以便制定出安全且經濟的修復計劃。

　　(1)事故原因的調查 主要內容包括：火災發生的時間、地點、起火至熄滅總的燃燒時間;室內著火可燃物的種類、蔓延的數量和分布情況;火災蔓延途徑，是通過門窗、吊頂、耐火性差的內隔墻，還是通過樓梯間等容易突破部位;燃燒條件，包括當時風力、風向、氣溫等氣候條件。

　　(2)燒損部位的外觀檢查 火災現場構件的變形、倒塌情況;混凝土表面的顏色變化、爆裂面積大小、深度和位置;混凝土構件的裂縫長度、寬度和分布;鋼筋的變形、露筋部位及長度;繪出建筑物受損、破壞的分布圖，并拍照或錄像。

　　(3)建筑物原始設計資料的收集 建筑物的平、立、剖面圖;竣工時間、過去火災史混凝土的種類，所使用的材料性能、配合比，設計強度，鋼筋種類、配筋圖;建筑物竣工圖、施工記錄等。

　　(4)構件材料試驗 對于建筑物中比較重要部位的構件，其受損程度較難判斷時，可現場取樣進行鉆芯取樣，進行以下一系列實驗：①混凝土的強度及碳化試驗。②鋼筋金相試驗：將嚴重受損的鋼筋混凝土構件中的外露鋼筋，和預先制作的不同溫度下鋼筋的金相標本進行對比，可確定該處鋼筋和混凝土的受熱溫度。⑧將截下的鋼筋進行力學試驗，測定其強度、延伸率等性能。④混凝土的強度，也可利用回彈、超聲及綜合法等非破損試驗來確定。⑤用卡尺、鋼尺、量規和放大鏡等儀器測量構件的變形及裂縫。對裂縫應測定其寬度、深度和長度，尤其構件上的貫穿性裂縫或沿鋼筋的縱向裂縫。應該注意，當裂縫擴展寬度大于5 mm時，它是鋼筋混凝土構件破壞性標志之一。

　　2 鋼筋和混凝土的受損分析

　　2.1 火災后混凝土的燒損分析

　　火災后，混凝上的組成材料和內部結構都會發生變化，其強度損失主要取決于受火溫度的高低、受火作用的時間和冷卻方式。試驗表明，當受火溫度低于400℃時，無論是噴水冷卻還是自然冷卻，混凝土強度均沒有明顯的降低;當溫度超過400℃后，水泥石的晶架結構破壞嚴重，混凝土的強度開始顯著下降，在這個過程中，噴水冷卻的混凝土強度比自然冷卻的混凝上強度下降更多。主要是因為Ca(OH)2在400～600℃之間脫水，產生水蒸汽，集料中CaCO3在900～1 000℃分解，產生CaO和CO2，由于CO2和水蒸氣要從內部向外逸出，會使混凝土內部產生很大壓力，因此會導致混凝土爆裂;另外，火災中的混凝土結構如果噴水，其表面會突然冷卻，導致混凝土內部與表面溫差過大，進一步加劇混凝土的爆裂程度。 2.2 鋼筋的燒損分析

　　火災后鋼筋的極限強度、屈服強度、彈性模量等都隨著溫度的升高而降低。普通鋼筋在200℃時開始膨脹，抗拉強度也隨之下降，當溫度到達600～700℃時，鋼筋內部結構發生變化，導致強度和彈性模量降低程度非常嚴重?；馂暮箢A應力鋼筋比非預應力鋼筋強度下降要快，可以根據火災溫度和鋼筋保護層厚度、構件內主筋、鋼絲的折減系數來確定其強度;也可以截構件內的鋼筋、鋼絲進行力學性能試驗來判定其強度，還可以根據暴露在火場中的日用品鋼材的力學性能變化來確定鋼筋強度變化。

　　2.3 火災后鋼筋與混凝土的粘結力損失和混凝土的彈性模量損失

　　建筑物的梁、柱等承重部分，是靠鋼筋和混凝土共同作用來完成的，通常情況下，鋼筋、混凝土是一個完整的整體，它們之間主要靠鋼筋與混凝土之間的摩擦力、鋼筋表面與水泥膠體的膠結力、混凝上和鋼筋的機械咬合力組成。中南大學防災科學與安全技術研究所通過試驗發現：火災后鋼筋和混凝土的粘結力變化取決于溫度的高低、鋼筋的種類、混凝土骨料的種類以及冷卻的方式等條件。溫度越高，粘結力降低越大;圓鋼比螺紋鋼筋粘結力損失大;火災后，石灰石骨料比花崗石骨料損失大;噴水冷卻比自然冷卻粘結力損失大。通過試驗還發現：隨著溫度的升高，混凝上的彈性模量逐漸下降，剛度不斷降低;當溫度達到700℃時，彈性模量幾乎為零。

　　3 結構受損程度評定

　　對建筑結構物火災后受損程度給予正確評價是修復加固的前提。根據結構受災溫度、變形大小、裂縫分布及擴展程度等，將混凝土構件的受損程度大致分為輕度損傷、中度損傷、嚴重損傷、危險結構。

　　3.1 輕度損傷

　　混凝土構件表面受熱溫度低于400℃，受力主筋溫度低于100℃，構件表面顏色無明顯變化，鋼筋保護層基本完好，無露筋、空鼓現象。除裝修層有輕微損壞，其他狀態與未受火結構無明顯差別。

　　3.2 中度損傷

　　混凝土構件表面受熱溫度約400～500℃，受力主筋溫度低于300℃，混凝土顏色由灰色變為粉紅色，有空鼓現象，當使用中等力量錘擊時，可打落鋼筋保護層。構件表面有局部爆裂，其深度不超過20mm。構件露筋面積小于25%，混凝土表面有裂縫，縱向裂縫少，鋼筋和混凝土之間粘結力損傷輕微，構件殘余撓度不超過規范規定值。

　　3.3 嚴重損傷

　　混凝土構件表面溫度約600～700℃，受力主筋溫度約為350～400℃，鋼筋保護層剝落，混凝土爆裂嚴重，深度可達30mm，露筋面積低于40%，構件空鼓現象較為嚴重，用錘敲擊時聲音發悶。混凝土裂縫多，縱向、橫向裂縫均有，鋼筋和混凝土之間的粘結力局部嚴重破壞?；炷帘砻骖伾蕼\黃色。構件變形較大，受彎構件撓度超過規范規定值1～3倍，受壓構件約有30%的受壓鋼筋鼓出，混凝土有局部燒壞。

　　3.4 危險結構

　　混凝土構件表面溫度達700℃以上，受力主筋溫度達400～500℃，構件受到實質性破壞，有明顯受火燒融痕跡。鋼筋保護層嚴重剝落，表面混凝土爆裂深度達30 以上，鋼筋有燒融、斷裂現象，露筋面積大于40%。構件縱向、橫向裂縫多且密，鋼筋和混凝土粘結力破壞嚴重，主筋有扭曲。受彎構件裂縫寬度可達l～5mm，受壓區也有明顯破壞特征;支座附近斜裂縫多，構件撓度達到破壞標準，且有平面外變形。構件沿垂直或水平面被分割成若干層。受壓構件失去穩定，局部破壞，50%以上受壓鋼筋鼓出。柱牛腿燒損嚴重。

　　4 火災后損傷混凝土結構的加固

　　鋼筋混凝土結構的修復方法很多，應根據各種結構的特點及火災損傷程度，因地制宜地提出合適的修復方法。總的原則是：鏟除嚴重損傷的混凝土，修補孔洞和缺損，按照等強原則進行構件加固，以保證構件原有承載力;為使加固獲得更好的效果，加固前應盡量使構件卸除荷載。

　　4.1 結構受損后的修復方案

　　對僅有粉刷層輕度破壞的構件，只須將表面粉刷層或表面污物清理干凈，重新進行粉刷裝修即可。

　　而對中度損傷的構件，按下列步驟進行修復：其一進行表面清理。將燒松散的混凝土除掉，將存留的混凝土表面清理干凈;填補同等級混凝土，做成完好表面，以保證鋼筋不受銹蝕;其二進行灌縫。對混凝土表面的細小裂縫，可采用水泥素漿，或以環氧樹脂為基本組分的膠結料來灌縫，水泥最好選用膨脹水泥或自應力水泥。灌縫方法的選擇取決于裂縫寬度和深度。對深度和寬度分別不大于50mm和0.3mm的裂縫，可用平面式注漿機灌縫;對較深裂縫，將開口兩側鑿成V形再灌縫;其三驗算構件剩余承載力，最后進行外部裝修。將裂縫、孔洞、缺損修補好后，外部應抹灰，使構件滿足外觀要求。

　　對于嚴重損傷的構件，因其承載力有所下降，需要根據剩余承載力計算結果，按等強原則進行加固設計，施工時須采取有效措施保證質量。

　　對于危險構件，應予拆除，并另行更換新構件。

　　4.2 加固的設計

　　(1)計算結構剩余承載力根據受損后測定出的截面幾何參數、材料剩余強度等確定。

　　(2)加固量的計算結構加固后的承載能力穴應滿足R≥roS占，其中R包括彎矩、軸力、剪力，ro是結構重要性系數，S是被加固構件的荷載效應組合設計值。

　　(3)加固截面設計根據加固量、初選的截面尺寸、材料強度估算加固所需配筋量。

　　(4)將計算結果按加固后的實際承載力驗算截面承載力。

　　4.3 修復加固的施工

　　修復加固的施工必須在技術鑒定及修復加固設，計人員的指導下完成。因為火災對工程結構的損傷是不均勻的，即使同一構件不同部位受火災損傷的程度也是不同的，只有技術鑒定及修復加固設計人員現場指導，方能有效保證修復加固設計的內容落實到每一構件及構件的每一部位。在對燒傷層進行清除時，要對裂縫逐一進行檢查確認，確定其剔鑿深度;對嚴重受損板的現場確認等工作應由技術鑒定人員、加固設計人員會同監理、施工人員共同完成，這樣做可隨時監測檢查原有結構及構件的性能，及時發現和處理各種隱患。

　　建筑結構火災后的修復加固設計要比普通工程加固處理復雜得多，尤其是加固的施工質量乃是修復加固設計成敗的關鍵，而施工期間保證受損結構的安全性及穩定性更是設計關注的焦點。為了使構件處于卸荷狀態加固，要求主梁及次梁底需設置支撐，支撐必須從底層直至頂層。鏟除原梁、柱、板粉刷面層時，必須從頂層開始逐層向下。構件的加固從底層開始，然后逐層向上。每層構件的加固施工順序為先加固柱，然后框架梁、爾后次梁，最后澆搗樓層疊合層。

　　5 結 語

　　火災后混凝土結構的鑒定評估、加固設計及加固施工是一項系統工程，要綜合考慮許多因素。設計人員要根據構件實際燒傷狀況隨時調整和改進原加固設計構造細節，進行現場加固施工技術指導，另外，還要處理和解決原結構施工中暴露出的質量問題及結構隱患，以確保今后主體承重骨架在使用期限內的安全性、適用性及耐久性的要求。施工人員必須深入現場，對每個加固構件和每道加固工序嚴格加強施工管理，以確保工程的質量。

?二級結構工程師

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