建筑物火災(zāi)后的檢測與加固

田 野， 宋顯銳

1河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450053） 2河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院（450007）

火災(zāi)使建筑結(jié)構(gòu)遭到不同程度的損害,有的需要簡單修復(fù)或進(jìn)行加固，有的則需要拆掉重建。目前，由于國際建筑結(jié)構(gòu)災(zāi)害工程學(xué)剛剛起步,現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的檢測與加固工作尚不規(guī)范，而在消防監(jiān)督工作中經(jīng)常要接觸到類似情況,本文粗淺的介紹通用建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的檢測與加固方法。

1 火災(zāi)對建筑結(jié)構(gòu)損害的機(jī)理和破壞

混凝土在火作用下的損害機(jī)理可歸納為三個(gè)方面:1）表面受火處溫度升高比內(nèi)部快，內(nèi)外溫差引起混凝土開裂。火災(zāi)時(shí)，混凝土中各種水分迅速汽化，體積明顯膨脹，沖破障礙迅速逃逸，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。2）水泥石受熱分解，使膠體的粘結(jié)力破壞，出現(xiàn)裂縫，表面發(fā)毛、起砂呈蜂窩狀，出現(xiàn)龜裂、邊角潰散脫落等現(xiàn)象。3）骨料和水泥石間的熱不相容，水泥石受拉，骨料受壓，導(dǎo)致應(yīng)力集中和微裂縫的出現(xiàn)。破壞的程度取決于溫度升高的速率、最高溫度和火作用持續(xù)的時(shí)間:當(dāng)溫度低于500℃時(shí),澆水冷卻的混凝土強(qiáng)度低于自然冷卻后的強(qiáng)度；而高于600℃時(shí)，澆水冷卻后的強(qiáng)度高于自然冷卻后的強(qiáng)度。火對鋼材的主要影響表現(xiàn)在原子熱振動加劇并擴(kuò)散產(chǎn)生軟化，到一定程度后可抵消硬化的影響。高溫時(shí)，原子間的結(jié)合力也有所降低，從而增加滑移變形，減少了抗滑能力。在1 400℃時(shí)，鋼筋進(jìn)人液態(tài)，失去了抵抗荷載的能力。火災(zāi)時(shí)，鋼筋與混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度隨溫度升高呈下降趨勢，且對光圓鋼筋的影響比螺紋鋼筋更為突出。火災(zāi)對砌體的作用由磚塊材質(zhì)和砂漿性能決定,砂漿的彈性模量比磚的彈性模量小，熱膨脹比磚大，因而在高溫受壓時(shí)產(chǎn)生比磚塊更大的橫向變形。

2 建筑結(jié)構(gòu)的災(zāi)后檢測

發(fā)生火災(zāi)后，首先應(yīng)由業(yè)主會同消防、設(shè)計(jì)、質(zhì)檢等部門對建筑物受損情況進(jìn)行調(diào)查及檢測,主要內(nèi)容應(yīng)包括:火災(zāi)溫度、結(jié)構(gòu)材料性能、受損結(jié)構(gòu)外觀及變形情況等。

建筑結(jié)構(gòu)加固前的檢測十分重要,它可以避免加固中的盲目性。但是，通過檢測所作的鑒定只能大概地確定結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀。為此，鑒定檢測工作必須盡可能多的調(diào)查、實(shí)測資料，以便對結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀作出較客觀的判斷。鑒定工作包括資料收集、現(xiàn)狀的檢測、抗力的驗(yàn)算和加固的建議。

1）資料的收集即對建筑物的情況詳細(xì)地進(jìn)行調(diào)查，包括建筑結(jié)構(gòu)圖紙、建造年代、上部結(jié)構(gòu)概況、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及地質(zhì)資料、荷載狀況、施工概況等。

2）現(xiàn)狀的檢測具體到建筑結(jié)構(gòu)材料的檢測，主要有:①回彈法:用回彈儀彈擊混凝土表面，由反射面的硬度決定回彈值。混凝土中當(dāng)水泥標(biāo)號較高時(shí)，水泥石強(qiáng)度高，回彈值也高，混凝土強(qiáng)度也高。②拉拔法:通過專門的工具錨入混凝土中，通過抗壓強(qiáng)度推算抗拉強(qiáng)度以評定其質(zhì)量。③超聲法:在正常混凝土中彈性模量與強(qiáng)度有穩(wěn)定的關(guān)系，超聲波通過發(fā)射、接收裝置測出波速，波速可以通過材料彈性模量進(jìn)而評定其強(qiáng)度。④鉆進(jìn)法:在恒壓下用等速沖擊鉆鉆入混凝土表面，由鉆進(jìn)速度確定混凝土的內(nèi)在質(zhì)量。⑤巖芯取樣法:是一種較好的強(qiáng)度測量方法，但取芯太小影響測量，取芯太大易加大損害。⑥動力法:通過激振或脈沖動測出結(jié)構(gòu)的動力特性，由頻率可以確定彈性模量，進(jìn)而評定其強(qiáng)度。⑦現(xiàn)場結(jié)構(gòu)加載試驗(yàn):是一種費(fèi)用較高的檢測方法，一般要加到超過設(shè)計(jì)荷載的5%～10%，但要小于極限荷載，否則易引起結(jié)構(gòu)損壞。⑧敲擊法:回彈法和鉆芯法是基本的檢測方法，可以定量地測出混凝土的強(qiáng)度變化數(shù)值。由于這兩種方法的檢測點(diǎn)有限，而結(jié)構(gòu)各部位的火災(zāi)溫度相差很大，且沒有規(guī)律，所以當(dāng)測得數(shù)據(jù)后，在具體確定加固范圍、加固深度時(shí)，又往往采用敲擊法驗(yàn)證。

上述方法，由于檢測工具、操作方法等原因，檢測結(jié)果往往有較大差異，需要采用“綜合評定”和“對比評定”的方法來提高檢測效率和可靠性。

3）對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的抗力進(jìn)行驗(yàn)算，以確定加固的水平:①結(jié)構(gòu)材料的現(xiàn)有強(qiáng)度,火災(zāi)后要考慮材料的強(qiáng)度折減和沿截面分布。②結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的實(shí)際剛度。這對確定超靜定結(jié)構(gòu)的彎矩分布至關(guān)重要。③混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際配筋按規(guī)范驗(yàn)算抗力和提供允許荷載值。用混凝土加固砌體結(jié)構(gòu)時(shí),按砌體規(guī)范驗(yàn)算其抗力。④當(dāng)結(jié)構(gòu)無法測定其配筋時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)有荷載及結(jié)構(gòu)裂縫和變形狀況進(jìn)行抗力驗(yàn)算,當(dāng)各項(xiàng)資料及檢測數(shù)據(jù)收集齊全后，才能根據(jù)加固要求、結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的可能性、施工場地及條件、材料供應(yīng)的可能性等，作出鑒定結(jié)論并提出一個(gè)或幾個(gè)方案，進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

3 建筑結(jié)構(gòu)的加固和修復(fù)

3.1 火災(zāi)損害分類

火災(zāi)損害大致可以分為下列幾類:①輕度損害:在局部范圍內(nèi)的表面損害，邊沿剝落和產(chǎn)生裂縫;②中度損害:結(jié)構(gòu)部件沒有塑性變形,但有嚴(yán)重的截面損害以及鋼筋強(qiáng)度降低;③在單個(gè)建筑部件和結(jié)構(gòu)范圍中的嚴(yán)重?fù)p害:承重構(gòu)件部分或完全失去作用，但不致倒塌;④化學(xué)損害:目前最重要的情況是聚氯乙烯燃燒氣體對混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕。

3.2 受損構(gòu)件的修復(fù)加固

3.2.1 基本原則

修復(fù)加固設(shè)計(jì)應(yīng)簡單易行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理;要注意被加固構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和施工方法,保證加固部分與原結(jié)構(gòu)共同工作并考慮加固對建筑物總體應(yīng)力變化的影響。

3.2.2 確保施工質(zhì)量

由于修復(fù)加固的構(gòu)造及施工方法與正常建設(shè)時(shí)不同，故必須強(qiáng)調(diào)精心施工，確保質(zhì)量。如某一框架梁用“加大截面法”修復(fù)加固，要求在原構(gòu)件表面外包一層5 cm左右混凝土，施工難度較大，需采用專門的施工設(shè)備和工藝，如用小直徑振搗棒振搗或用人工插搗等。

3.3 結(jié)構(gòu)加固方法

各種結(jié)構(gòu)加固方法的原則是:鏟除損壞的混凝土，必要時(shí)加鋼筋來保證結(jié)構(gòu)部件的承載力,按照需要的尺寸用相應(yīng)的混凝土給截面復(fù)原，加固可采用置換、繞絲、粘鋼和粘玻璃鋼等方式。對于不影響結(jié)構(gòu)部件承載能力的輕度損害，只要鏟除松弛的混凝土部分,再進(jìn)行填補(bǔ),以保證鋼筋不受銹蝕。對造成結(jié)構(gòu)承載能力降低的中度損害，應(yīng)小心地鏟去損害的混凝土層。這種混凝土層從火燒的顏色即可看出，不必對其強(qiáng)度作精確的調(diào)查,火燒顏色與混凝土組成和達(dá)到的溫度有關(guān)。一般來說，受損的混凝土呈儲紅色,存留的混凝土表面最好利用噴砂清洗干凈并弄粗糙。如果鋼筋強(qiáng)度降低，需要置放附加鋼筋。最后用相應(yīng)強(qiáng)度的新混凝土給截面復(fù)原。新、舊混凝土之間，混凝土與鋼筋之間必須緊密結(jié)合，為了增強(qiáng)握裹力,采用粘結(jié)鋼和玻璃鋼結(jié)合的方法有很大的優(yōu)越性，根據(jù)結(jié)構(gòu)部件的不同，大多采用噴射混凝土或者模板澆筑。嚴(yán)重?fù)p害應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場情況個(gè)別處理，常常需要局部加固或拆掉重建,上述原則也可以在這類情況下酌情處理。

柱子的加固一般是采用安放圈套,圈套尺寸應(yīng)有足夠地方放置附加鋼筋，并能順利澆筑混凝土。圈套大都做成模板,柱子較高時(shí)可分節(jié)制作,加固時(shí)小心謹(jǐn)慎地鏟去全部受損松弛的混凝土，保證柱子中不留內(nèi)部裂縫，必要時(shí)采取加支架等安全措施。柱子的加固還應(yīng)按照應(yīng)力要求放置附加鋼筋，要采用細(xì)鋼筋做箍筋，布置密度要大。

梁，尤其是板梁大多在下側(cè)被燒損，即火災(zāi)損害主要在受拉區(qū)。由于混凝土層剝落，常使鋼筋外露，加固時(shí)應(yīng)加必要的附加鋼筋。在鏟除松弛受損的混凝土層后，再將附加筋放置到梁上，保證附加鋼筋的良好錨接，另外在梁上應(yīng)優(yōu)先采用噴射混凝土。在板上可能有兩種情況:一是混凝土覆蓋層不能保持住;二是下面的鋼筋可能外露，甚至在一些地方混凝土與鋼筋之間不存在任何聯(lián)接。這兩種情況下都應(yīng)高度注意鋼筋的強(qiáng)度，要配置足夠的附加鋼筋。對砌體等其它建筑構(gòu)件的加固也應(yīng)按類似的方法進(jìn)行。

在一些貯存聚氯乙烯塑料制品及大量采用高分子材料裝修的火災(zāi)現(xiàn)場，當(dāng)溫度120℃時(shí)，聚氯乙烯便分解，同時(shí)分解出氣態(tài)鹽酸,鹽酸同滅火撲救的消防水蒸氣混合形成鹽酸霧,凝結(jié)在鋼筋混凝土上。氯化物對鋼筋產(chǎn)生化學(xué)損害，使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。對此種損害的加固除通過機(jī)械鏟除進(jìn)行修復(fù)外，常采取“石灰修復(fù)法”，此方法是在不出現(xiàn)結(jié)構(gòu)火災(zāi)損害情況下,將石灰糊漿一層一層地涂施在清除了炭黑和臟污的混凝土表面,在石灰糊干燥時(shí)，把化學(xué)腐蝕物質(zhì)氯化物吸出，然后隨干燥的石灰層一同除去,從而提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。