某地下車庫火災后的材料性能檢測與評估

田 亮

(陜西省城固縣建設工程質量安全監督站，陜西 城固 723200)

某地下車庫火災后的材料性能檢測與評估

田 亮

(陜西省城固縣建設工程質量安全監督站，陜西 城固 723200)

某地下車庫經歷火災約3.5 h，過火區域溫度為500 ℃～700 ℃，通過現場破損的檢測與評估，并在破損嚴重的擋土墻、次梁、頂板上鉆取混凝土芯樣、截取鋼筋試件進行試驗室力學性能試驗和理論分析，試驗表明：該地下車庫的混凝土、鋼筋的材料性能未發生明顯損傷，材料性能試驗為后續加固提供了數據支撐。

地下車庫，火災，材料性能，本構關系

1 工程概況

某地下車庫為地下1層，東西長162.00 m，南北寬為86.10 m，采用鋼筋混凝土框架結構，結構層高為4.000 m，頂板覆土為1.0 m，容重18 kN/m3。基礎采用混凝土條形基礎，地下車庫外圍墻體采用350厚鋼筋混凝土墻體，地下車庫頂板采用180 mm厚鋼筋混凝土現澆板，板底配雙向10@170鋼筋，板頂配雙向12@200鋼筋，混凝土強度均為C35。

施工期間，車庫中保存的木料、模板等建筑材料因保管不善，于2014年3月27日晚8時許引起大火，8時30分，消防車進入該火場，受水源、環境所限，至11時30分才完全將明火撲滅。受火災影響，軸～軸/軸～?軸軸線間區域的擋土外墻、框架柱、框架梁、次梁和頂板等混凝土構件出現不同程度的損失，其中擋土墻、頂板的混凝土保護層脫落，鋼筋大片外露，為了評估火災對結構的影響，對受損情況進行了現場檢測，并對混凝土取芯、鋼筋取樣，進行試驗室材料和力學性能檢測。

2 現場檢測

2.1 火場的溫度確定

火災中的熱對流、熱輻射引起空氣升溫，火源熱量由空氣媒介傳遞給構件，引起構件升溫而導致構件材性和性能的變化。因此，合理分析和判斷地下車庫的溫度場分布是科學鑒定火災后結構安全性能的前提。火災燃燒過程非常復雜，地下車庫內的溫度分布與燃燒物特性、火作用劇烈程度、建筑物通風條件、受火墻面及屋面的熱傳導性能、受火空間大小以及滅火過程等多種因素有關。火災燃燒可分為通風控制型和燃料控制型，當受火空間較小(小室火災)，燃燒受供氧量限制時，一般為通風控制型火災；地下車庫的結構空間較大，供氧量充足，一般為燃料控制型，但當火源功率非常大時，供氧量仍可不足，則會發生通風控制型火災。該地下車庫火災主要由于方木、模板等建筑材料燃燒而造成，且空間基本封閉，按通風控制型火災考慮比較合理。

小室火災室內空氣溫度分布基本均勻，大空間火災，室內空氣溫度分布隨高度及距火源點的遠近變化。火災空氣溫度場一般可通過火場殘留物和結構構件、配件燒灼狀態推斷或通過燒灼混凝土的材料分析結果判斷。也可通過理論計算或火場模擬試驗建立的數學模型確定；該地下車庫將主要依據構件燒灼狀態推斷火場溫度對構件的影響。

根據對建筑結構性能的影響程度一般可將火災空氣溫度劃分為三個區域：300 ℃以下為低溫區，火災對低溫區構件的影響不大；300 ℃～600 ℃為中溫區，火災對中溫區構件已有一定的影響；600 ℃以上為高溫區，火災對高溫區構件已有較嚴重、甚至嚴重的影響。

參照《火災后建筑結構鑒定標準》及相關資料給出：混凝土在溫度小于200 ℃時，表面呈灰青，近似正常；混凝土在溫度300 ℃～500 ℃時，表層呈淺灰、粉紅色，有微細裂縫；在700 ℃～800 ℃時，表層呈灰白、淺黃色，有較多裂縫；構件表面附著黑煙(炭黑)時，表面溫度則在300 ℃以下。

依據現場混凝土構件燒灼狀態和上述資料判斷：地下車庫著火時構件表面的溫度比較高，但是受消防車水槍冷激效應，著火中心或者火苗較旺處的構件表面混凝土出現了大面積脫離；從表面完好的構件、剝落后混凝土構件的顏色和裂縫分析，軸/軸框架柱、軸～軸之間擋土墻著火中心處的過火溫度約在500 ℃～700 ℃之間，其他區域的混凝土主體處的溫度應在300 ℃以下。該地下車庫混凝土構件受到水槍冷激，混凝土剝落嚴重。

2.2 火災造成的破壞

地下車庫受火災、消防車水槍冷激溫度巨變影響，對混凝土構件造成了不同程度影響和損失。

1)混凝土擋土墻。混凝土擋土墻受消防水槍冷激，墻體表面混凝土剝蝕，基本損傷深度為5 cm～6 cm，個別位置深度超過10 cm，墻體分布鋼筋外露，見圖1。

2)混凝土框架柱。框架柱受到不同程度損傷，部分柱體混凝土酥松，柱角開裂，縱筋外露，混凝土強度降低。

4)地下車庫頂板。地下車庫頂板受熱浪、煙熏及消防水槍冷激，板底出現不同程度的混凝土開裂、脫落等現象，嚴重區域整個板格保護層脫落，鋼筋完全外露，現場破損情況見圖4。

3 火災后的材料檢測與評定

混凝土受高溫作用后，發生一系列化學、物理變化，使混凝土變色、疏松，強度降低，鋼材同樣會發生晶體結構變化，力學性能降低，為掌握材料高溫冷卻后混凝土和鋼筋的實際性能變化，分別對鋼筋和混凝土進行了材性檢測與試驗。

3.1 鋼筋

資料[1，2]顯示,在常溫下具有明顯屈服臺階的鋼材，當溫度T>250 ℃后,屈服臺階難辨認,屈服強度不易準確確定,極限強度顯著降低。本次過火溫度達500 ℃～700 ℃，需對鋼材的力學性能進行試驗評估。

在受火災影響嚴重區域的擋土墻、頂板和次梁分別隨機截取6根鋼筋，并制作成試件，整體進行拉伸試驗，試驗在WE-30型萬能材料試驗機上進行，其實際屈服強度、抗拉強度及斷后伸長率仍能滿足原鋼材的要求，說明火災對結構中鋼筋的力學性能沒有明顯影響。

3.2 混凝土

混凝土強度采用取芯法評定，按國家標準CECS 03—2007鉆芯法檢測混凝土強度技術規程的要求進行，并按《火災后建筑結構鑒定標準》依據增大的碳化深度修正。

1)正常混凝土強度。對未受火災影響的區域分別取樣，作為該地下室正常混凝土材料的強度評定值，正常混凝土構件的碳化深度約為2 mm～4 mm，混凝土強度推定值為37.15 MPa，即未受火災影響區域的混凝土滿足C35設計強度。

2)過火混凝土強度。在過火較為嚴重區域，對混凝土擋土墻、次梁和頂板進行取樣，芯樣表面～6 cm間，混凝土松散無法成型，6 cm～10 cm間混凝土有無規則裂縫，且已發生碳化，10 cm以內表觀與正常混凝土無異常。在試驗室統一從10 cm處切除，制作標準芯樣進行壓力試驗，強度結果表明：芯樣的強度推定值為36.58 MPa，即在構件表面10 cm以內，過火嚴重區混凝土強度與正常使用區域的混凝土強度相比無明顯差異，滿足原設計C35的強度要求。

許多試驗研究[3，4]認為，混凝土是熱惰性材料，對試件加熱并恒溫很長時間后，其內外溫度才接近均勻，邊長100 mm的立方體表面溫度達到700 ℃后，約需要恒溫6 h，其中心溫度才能達到680 ℃。該地下室的過火時間約為3.5 h，表面溫度為500 ℃～700 ℃，表面10 cm以內未達到可造成混凝土破壞的溫度，所以混凝土強度未發生明顯變化。

4 結語

通過對地下車庫火災后結構及構件現狀檢測，并在嚴重區域隨機截取鋼筋試件、鉆取混凝土芯樣，進行試驗室材料性能試驗，試驗數據表明：鋼筋的強度和伸長率均未發生變化，滿足原材料要求；混凝土在表面10 cm以內，強度和碳化未發生改變。該檢測為后期該地下車庫的加固提供了數據支持。

[1] 過鎮海，時旭東.鋼筋混凝土原理和分析[M].北京：清華大學出版社，2007.

[2] 呂彤光.高溫下鋼筋的強度和變形試驗研究[D].北京：清華大學碩士學位論文，1996.

[3] 鈕 宏，陸洲導，陳 磊.高溫下鋼筋與混凝土本構關系的試驗研究[J].同濟大學學報,1990,18(3)：70-71.

[4] 李 衛,過鎮海.高溫下混凝土的強度和變形性能試驗研究[J].建筑結構學報,1993,14(1)：20-22.

The underground garage after a fire detection and evaluation of material properties

Tian Liang

(ShaanxiProvincialChengguCountyConstructionEngineeringQualitySupervisionStation,Chenggu723200,China)

Experienced a fire underground garage for about 3.5 h, fire zone temperature is 500 ℃～ 700 ℃, this article through the field testing and evaluation of damage and severely damaged retaining wall, secondary beams, drill core samples of concrete on the roof, reinforced interception test member, conducted laboratory mechanical test and theoretical analysis, tests showed that the concrete, the material properties of the underground garage, steel obvious injury did not occur. Material properties testing to provide data support the follow-up reinforcement.

underground garage, fire disaster, material properties, constitutive relations

2015-06-23

田 亮(1979- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)25-0059-02

TU317

A