火災后鋼筋混凝土構件損傷評估研究

于凱華

(重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 400041)

0 前言

隨著城鎮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，產生火災的潛在風險也在進一步的擴大。而同時，火災一旦爆發后的劇烈程度和不可挽救的程度也讓人們為之驚嘆。

所以，我們需要一套經濟適用、簡單明了的理論去研究火災后的鋼筋混凝土構件還有沒有必要去進行修復加固等工作。

1 火災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：當火災發生時溫度在 400攝氏度以內，混凝土的強度能抵抗住大火的傷損，強度不會變化。當火災發生時的溫度在 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攝氏度的區間內，碳酸鈣就會分解為二氧化碳和氧化鈣，使混凝土構建內部存在很大的壓強，從而很容易使混凝土發生爆裂，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，混凝土構件將會經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

隨著火災時鋼筋混凝土構件受熱溫度升高，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 火災后鋼筋混凝土粘結力、彈性模量損失評估

圖3.1 不同溫度下鋼筋的粘結強度

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，更不易造成粘結力的損失；由于熱脹冷縮是構件穩定性和強度的克星，所以自然通風條件下的冷卻較不易造成粘結力的損失。同時，實驗還發現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系。

4 結構受損程度評估

依據以往在鋼筋混凝土構件加固修復工程中的經驗以及現場的觀察和實驗室所測得的結果，我們將結構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、火災燃燒持續時間在20分鐘左右的情況列為鋼筋混凝土結構輕度損傷級別。此時的鋼筋并沒有受到火災的影響，沒有露筋和鼓包的現象，其保護層也沒有剝落。

4.2 中度損傷

通常把鋼筋混凝土構件受熱溫度在400攝氏度至500攝氏度的區間內、鋼筋受熱溫度在300攝氏度的范圍內、火災燃燒持續時間在20分鐘至45分鐘左右的情況列為鋼筋混凝土結構中度損傷級別。在此情況下，混凝土表面的顏色會發生明顯的變化，伴隨著鼓包的狀況。鋼筋保護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。伴隨輕微的主筋露筋現象，混凝土表面產生少量裂縫。

4.3 嚴重損傷

通常把鋼筋受熱溫度在350攝氏度至400攝氏度區間范圍內、混凝土受熱溫度在600攝氏度至700攝氏度范圍內、火災燃燒持續時間在45分鐘至75分鐘的情況列為鋼筋混凝土結構嚴重損傷級別。在鋼筋混凝土結構嚴重損傷的時候將會嚴重破壞鋼筋和混凝土之間粘結的效果，常常伴隨著保護層脫落、混凝土鼓包、充滿縱橫向裂縫等諸多明顯的現象。混凝土爆裂深度最大能達到3cm的嚴峻程度。構件變形嚴重，常常達到規范允許值的2至3倍，混凝土燒損嚴重。

4.4 危險結構

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

5 結語

綜上所述，火災后鋼筋混凝土損傷的評定方法以及對其的加固修復工作需要協調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行修補與更換，同時還要在加固修復的施工過程中主動發現原結構中本身因為混凝土徐變、鋼筋腐蝕等等已經存在的問題，因為我們不緊單單要保證火災后修復部分的強度和穩定性，原結構的問題也要得到妥善處理。

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[2]謝正良，陸洲導. 逐層回彈法檢測火災后混凝土強度[J].結構工程師,2014,22(4):80-84.