某吸收塔火災后結構檢測及修復方案的應用

俞棟華 吳金池 彭自強 劉 建

(1.湖北省工業建筑集團有限公司，湖北 武漢 430064； 2.武漢理工大學設計研究院，湖北 武漢 430070)

0 引言

火災是威脅公共安全，危害人們生命財產的災害之一。當今，火災是世界各國人民所面臨的一個共同的災難性問題。它給人類社會造成過不少生命、財產的嚴重損失[1]。在我國，鋼筋混凝土結構占有絕大多數。目前，關于火災后鋼筋混凝土結構的鑒定及加固修復的案例較少。鑒于此，以某吸收塔火災后的結構為案例，根據現場檢測數據，結合《火災后建筑結構鑒定標準》，對火災后結構構件燒傷程度進行評級，提出不同加固修復方案，可供類似工程借鑒。

1 工程概況

某吸收塔為框架剪力墻結構，其中吸收塔本體為長31.70 m、寬16.25 m、高15.35 m鋼筋混凝土剪力墻，底板厚500 mm，壁板厚400 mm，頂板厚200 mm；吸收塔外部為長34.70 m、寬26.27 m、高24.8 m鋼筋混凝土框架。混凝土強度等級為C40，主要受力鋼筋為HRB400。

2016年11月7日由于塔內玻璃鱗片起火，引發塔內失火，起火點為塔內靠近G/2軸交叉區域附近，塔內主體由于鱗片燃燒及熏烤導致部分區域結構受損。過火區域詳見圖1。

2 結構檢測

針對火災后結構，從構件外觀、構件燒傷深度、混凝土強度、鋼筋強度等方面進行了檢測，具體檢測結果如下。

2.1 構件外觀檢查

構件外觀檢查結果如下：

1)吸收塔最上部與設備相連處四角均有混凝土斜裂縫出現，裂縫寬度遠大于規范要求。

2)1～2軸、B～C軸、G～H軸間頂板下表面混凝土保護層基本上完全剝落，下部受力筋完全裸露。

3)塔內2軸、G軸、C軸處17.58 m～19.18 m高程處鋼筋混凝土梁側面保護層剝落，大面積露筋。

現場混凝土構件外觀情況詳見圖2。

2.2 構件燒傷深度檢測

通過對上述各火災溫度場內的受損構件表面進行敲擊、開鑿，檢查構件的燒傷深度，其檢查結果如下：

1)受檢混凝土柱共計4根，其燒傷深度在5.9 mm～23.6 mm之間，平均燒傷深度為14.5 mm。

2)受檢混凝土梁共計6根，其燒傷深度在31.0 mm～57.6 mm之間，平均燒傷深度為44.5 mm。

3)受檢混凝土板共計4個區域，其燒傷深度達到56.4 mm。

4)受檢混凝土剪力墻共計4個區域，其燒傷深度達到45.7 mm。

2.3 混凝土強度檢測

現場對吸收塔火災后受檢區域不同高程的構件以及塔外混凝土框架梁柱進行了混凝土強度檢測，根據檢測數據制成折線圖，詳見圖3。

由圖3可知，高程10.925 m以下，混凝土強度滿足設計要求，混凝土強度基本上沒有損傷；高程10.925 m～14.897 m區域，混凝土強度比設計要求略低；高程14.897 m以上，混凝土強度部分明顯低于設計要求，尤其是頂板。

2.4 鋼筋強度檢測

現場對吸收塔火災后受檢區域抽取6根HRB400鋼筋進行了鋼筋強度檢測，具體檢測結果如表1所示。

表1 鋼筋強度現場取樣后強度測定值

由表1可知，鋼筋屈服強度均在400 MPa以上，抗拉強度均大于540 MPa，鋼筋強度均滿足GB 1499.2—2018鋼筋混凝土用鋼 第2部分：熱軋帶肋鋼筋[2]中表6的要求。

3 結構鑒定評級

根據上述對火災后結構構件的檢測結果，結合CECS 252:2009火災后建筑結構鑒定標準[3]中表6.2.1～表6.2.5，綜合判定構件的燒傷程度，可分為3個等級：

Ⅲ級(中等燒灼區)：對應于溫度場中受影響嚴重的結構構件，主要包括以下構件：

1)吸收塔內1～2軸混凝土頂板；

2)高程14.897 m以上E軸、G軸及2軸該部分剪力墻；

3)高程18.280 m處混凝土連梁及高程19.180 m處混凝土梁。

Ⅱb級(輕度燒灼區)：對應于溫度場中受影響較輕的結構構件，主要包括以下構件：

1)高程10.295 m～14.897 m處的E軸、G軸及2軸線上剪力墻。

2)高程10.295 m～14.897 m處的E軸、G軸及2軸線上支座及挑耳。

3)高程20.600 m處混凝土墻C/G軸交2/3軸的角部。

Ⅱa級(基本完好區)：對應于溫度場中的其余構件，主要包括除Ⅲ級、Ⅱb級外所有其他過火構件。

此次火災對整個吸收塔主體安全影響不大，但是對局部區域造成損傷。主要集中在起火點附近的2軸、G軸區域。該區域內主要在高程14.897 m以上部分剪力墻及塔內頂板下部。其余部位出現了部分構件表面損傷。

構件燒傷等級分布詳見圖4。

4 結構修復方案

針對不同燒傷等級的構件，分別采用不同的加固修復方案。具體修復方案如下。

4.1 Ⅲ級燒傷構件修復方案

該燒傷等級的各類構件表層大面積混凝土保護層脫落、鋼筋外露；但鋼筋經檢測，屈服強度及抗拉強度無影響，能達到原設計要求。修復前，剔除煙熏表層，徹底清理構件表面雜物，鑿除松動混凝土層和燒傷混凝土，然后采用環氧砂漿將構件按原設計截面尺寸修補完整。

4.2 Ⅱb級燒傷構件修復方案

該燒傷等級的各類構件表面輕度燒傷，局部有混凝土保護層脫落、鋼筋外露現象，構件承載力無影響。修復前，剔除煙熏表層，徹底清理構件表面雜物，鑿除松動混凝土層和燒傷混凝土，涂刷界面劑后采用環氧砂漿封閉外露鋼筋及破損處。

高程20.600 m處混凝土墻C/G軸交2/3軸的角部：局部混凝土崩裂，產生斜向裂縫且超出規范允許范圍；該墻頂部預埋件因墻體混凝土崩裂，錨筋外露，預埋角鋼扭曲變形。需先對裂縫進行修補，再鑿除松動混凝土，采用細石混凝土修補局部混凝土崩裂處，詳見圖5。

4.3 Ⅱa級燒傷構件修復方案

該燒傷等級的各類構件基本完好，偶見局部有混凝土保護層脫落現象，無鋼筋外露。修復前，剔除煙熏表層，徹底清理構件表面雜物，針對局部混凝土剝落處，用普通水泥砂漿抹面封閉進行修復。

4.4 加固材料要求

1)裂縫修補材料：采用改性環氧樹脂類裂縫注漿料，應符合現行國家標準GB 50728—2011工程結構加固材料安全性鑒定技術規范[4]第5.2.1條的規定。

2)植筋膠：其基本性能應符合GB 50728—2011工程結構加固材料安全性鑒定技術規范[4]表4.2.2-3中Ⅰ類膠A級的要求，長期使用性能中耐濕熱老化能力應符合表4.2.2-4中Ⅰ類膠A級的要求。

3)環氧砂漿：采用改性環氧類乳液型水泥砂漿，其基本性能應符合GB 50728—2011工程結構加固材料安全性鑒定技術規范[4]表7.2.1-1中Ⅰ級的要求。

5 結語

1)通過對火災后現場混凝土和鋼筋進行檢測，說明了火災后鋼筋力學性能沒有降低，而混凝土受到不同程度的損傷，需要對火災后混凝土采取必要加固修復。2)對于受損傷混凝土，應先鑿除松散混凝土，至露出混凝土結構新鮮、堅固面，再根據損傷程度分別采用水泥砂漿、環氧砂漿、細石混凝土等修補。3)對于火災后結構加固修復方案，需要對主要的加固修復材料如裂縫修補材料、植筋膠、環氧砂漿等的技術要求進行嚴格控制。