浅析混凝土过火后对结构耐久性的影响及修复方法

本帖最后由 csccbjs 于 2014-12-10 22:07 编辑

第一章：引 言

现代化城市里的各种钢筋混凝土建筑物是人们生活和生产的场所。由于人们用火不慎，电器设备电线的老化，违反安全操作以及自燃起火，纵火等原因，常常会引起火灾。特别是近年来，随着经济的发展，人口和建筑群的进一步密集，发生建筑火灾的概率大大增加，损失也极为严重。火灾之后，为了确保火灾损伤混凝土修复工程的可靠性和经济性，使之尽可能减轻损失，尽快恢复使用，快速科学地对遭受高温损伤的建筑物进行检测鉴定和评估，是工程实践中迫切需要解决的问题。

一、火灾中火对钢筋混凝土的影响
　　火对钢筋混凝土的影响和损伤可以分为两种类型，一种是单个构件受到火的直接灼烧，产生损伤；如构件表面混凝土爆裂脱落和烧伤层产生细微裂逢；另一种是梁柱组成的整体结构由于升温不同，产生很大的结构温度应力而引起构件的损伤，例如：许多钢筋混凝土构件受到火灾后，表面粉刷层基本剥落，梁和柱混凝土表面产生大面积龟裂，局部混凝土爆落和主筋外露，混凝土表面呈现红色、灰色、黄色均有，预应力圆孔板的混凝土保护层剥落露筋，钢筋失去性能等现象发生，这些现象都明显地表明了火灾现场温度，是火灾原因调查分析的依据。
二、火灾中温度对钢材的影响
　　钢材的物理性质：钢材在正温范围内，温度约在200℃以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度、屈服点和弹性模量都有变化，总的趋势是强度降低、塑性增大；温度在250℃左右，钢材的抗拉强度略有提高，而塑性却降低，因而钢材呈现脆性，在此区域对钢材再加热，钢材可能产生裂逢。但是，在600℃以上的高温却使冷却后的冷拔低碳钢丝强度大幅下降40％左右，从中可以说明火灾对预应力钢筋混凝土板的影响较大，由于建筑荷载大部分承重在板上，从而破坏结构的整体性，造成更大的危害。
三、火灾中火对梁的影响
火灾中火对梁的破坏影响可以分为两种：
　　一是火对梁的直接灼烧。一般梁的截面积较大，火的直接灼烧使得钢筋混凝土梁在表面一定厚度内达到较高温度，梁的强度受到一定损失，而梁截面内部升温慢，温度低，在降温过程中，温度高的混凝土的收缩量大，导致梁表面大面积龟裂（梁的龟裂比板严重得多），其灼烧深度即灼烧厚度与火场温度的大小有关。例如：对一起火灾事故后火场主梁的分析：主梁截面积为0.3m×0.85m，高跨比为l/60(板的高跨比为l/33.3),可以看出梁混凝土弹性模量的下降，温度对梁的变形的影响比板小，原建筑设计主梁的反拱范围为0~3.0cm，实测梁跨中仍处于反供状态，大部有1.0cm~2.0cm的反拱，说明此起火灾对梁的变形影响不突出。因此，火灼烧对主梁的主要影响是烧伤层强度和耐火性的变化。
　　二是梁结构性的破坏，在火灾发生时，由于板和梁升温不同，产生温度应力，梁受到拉力造成现浇梁的上部出现分布垂直裂逢。如有一起火灾中屋面梁的最大裂逢宽度达到30mm~50mm，又由于混凝土构件的连接处被拉裂破坏了承重体系的整体性，降低了整体结构的安全性，也不同程度地影响了梁端局部承压能力和端部钢筋锚固，导致梁承压破坏。
四、火灾中火对钢筋混凝土柱子的影响
火对柱的影响与梁的影响相似，大致有两种情况：
　　一是火对柱的直接灼烧，情况与梁相似，柱子表面有大量龟裂逢，柱子的受力为轴向受压和小偏心受压，由于柱子混凝土弹性模量受火后下降，将使柱子内纵向钢筋压力有一定的增加，可以说在火灾中火对柱子的整体受压能力影响不很大，但是火对柱子表面烧伤导致柱子保护层脱落，降低了柱子的有效截面积。
　　二是火对柱子结构性的破坏，由于火场中温度对钢筋混凝土构件产生温度应力，温度应力作用使梁受拉，使得部分柱子被拉裂，柱子局部承压力降低，又由于梁拉裂后继续产生膨胀位移，使得柱子产生偏移，降低了柱子的承截能力。

第二章：过火混凝土的修复方法

一、处理步骤 ：
第一步：基层处理

　 根据现场情况检测报告出具的混凝土损伤情况检查结果及损伤深度，计划根据检测结果的深度确定基层处理深度，处理的原则是将表面松散、开裂、强度较低的混凝土凿除，露出不受火灾影响、强度满足要求、坚实的混凝土面，将露筋部位、混凝土剥落较深位置的混凝土剔凿到钢筋位置，其他部位将表面松散、开裂、强度较低的混凝土凿除，露出坚实混凝土面，处理长度到未过火混凝土位置。
第二步：界面处理

　　 使用工程师B9界面永久性粘胶进行界面处理，提高界面粘接力。 彻底解决新老混凝土界面空鼓难题，本产品具备了水性环保、潮湿基层施工两项突出特点，广泛用于建筑加固、防水防潮、保护修补等领域的界面增强。
第三步：混凝土耐久性修复

　　 混凝土耐久性修复：抹工程师A3耐久性高强修补料进行修复。抗压强度R28≥50MPa，耐久性要求的最小厚度为10mm。
工程师A3耐久性高强修补料用于混凝土表面缺损的修补加固、凹凸表面的抹平、保护层的加厚、旧混凝土表面修复等，可提高混凝土的耐久性，延长混凝土使用寿命，阻止以水为载体的酸、碱、盐、CO2、SO3等介质对混凝土的侵蚀。 其所含阻锈成分具有低氯离子扩散率的防腐蚀功能，有效阻止除冰盐、冻融对钢筋的锈蚀和破坏，具有低氯离子扩散率的防腐蚀功能。
第四步面层恢复：

24小时后表面再抹一层工程师A2耐久性薄层修补料与混凝土同色，保证面层美观度，厚度：1mm左右。
　　总之，综上所述，望广大建筑设计工作者和施工技术人员在高层钢筋混凝土建筑结构设计和施工中，对钢筋混凝土构件提高安全设计可靠度和采取一些施工技术上的保护措施，增强建筑物的安全性，在火灾事故发生时，减少国家和人民的生命财产的损失。
以上内容参考：
《过火混凝土表面颜色与过火温度的关系》
　　混凝土表面颜色的变化与温度有关：300℃以下颜色不变，300℃～600℃转为粉红至红色，600℃～950℃转为灰白至淡黄，大于950℃则为灰黄色；现场材料取证；构件外观状况：300℃以下无显著变化，300～600℃表面开裂，石英质骨料发生爆裂，600℃～900℃混凝土剥落起壳，轻击后脱离，部分钢筋外露，表面疏松，900℃以上表面呈粉末状，至1200 ℃熔融；扫瞄电子显微镜与X射线衍射分析；碳化深度检测：混凝士正常碳化通常发生在表面，火灾引起的碳化可出现在内部。用碳化深度可检测受火表面温度。

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