高层住宅钢筋混凝土构件烧灼损伤检测分析——以太原市某在建钢筋混凝土剪力墙结构工程为例

刘 鸽, 吴植安

(1.山西经济管理干部学院,山西 太原 030024;2.太原理工大学建筑工程学院,山西 太原 030024)

近年来,建筑火灾事故时有发生,每一次火灾的发生都给人民的生命和财产造成不可挽回的巨大损失。建筑火灾一旦发生,建筑物的材料性能将会劣化,结构性会有不同程度的削弱,导致结构构件不同程度的损伤和承载力下降,重则危及结构安全,轻则影响建筑外观。火灾后的建筑物该如何处理则应根据火灾后建筑结构安全性的检测鉴定结果,正确评估火灾后结构的损伤程度之后进行确定[1]。本文结合太原市某在建高层钢筋混凝土住宅工程实例,探讨火灾后钢筋混凝土结构烧灼损伤检测鉴定程序和内容,供同行参考。

1 工程概况及火灾基本情况

太原市某在建工程主体结构为钢筋混凝土剪力墙结构,地下3层、地上33层。该建筑负二层混凝土浇筑日期为2018年6月6日,负一层混凝土浇筑日期为2018年6月31日至7月1日,设备层混凝土浇筑日期为2018年7月15日,一层混凝土浇筑日期为2018年7月31日,负二层至一层墙体混凝土设计强度等级为C45。

2018年8月1日,因施工火星引燃负二层地下室外墙某区域处保温材料挤塑聚苯板及防水卷材,导致负二层地下室及一层外墙侧过火烧灼,着火时间持续20 min,后经消防灭火。经调查,该工程火灾起火点为建筑物西南角外部基坑底部位置,起火后首先将负二层基坑底部西南角处SBS防水卷材塑料薄膜引燃,随后火焰向周围蔓延,将地下室外墙聚苯乙烯保温板及防水材和防水卷材引燃。一层为新浇混凝土,火焰蔓延至一层西侧窗洞口和西北角、西南角窗洞口位置,将部分施工用方木及模板引燃,方木未完全燃尽,模板表面烧灼和熏黑。

2 过火作用调查及混凝土构件表面特征检查分析

根据现场调查,按照过火严重程度,将该工程受损区域划分为主要燃烧区、次要燃烧区、剥离严重区及火焰烟气扩散区等四个区域。经现场调查、测量及分析,该工程四个受损区域的特征如下。

2.1 主要燃烧区

主要燃烧区域内因基坑底部挤塑聚苯板、废弃方木、木模板及塑料薄膜等堆积物较多,且均为易燃物品,该区域内墙体表面防水卷材已燃烧成灰烬,混凝土墙体表面呈黑色,受损混凝土墙体经打磨后混凝土表面颜色呈浅灰白色,墙体表面有细微龟裂缝,墙体外表面存在较大面积混凝土剥落现象,剥落层平均厚度在0.5 cm～1.5 cm,局部漏筋;剥落层区域周边存在锤击声音较闷、混凝土粉碎和剥落、留有锤击痕迹现象,现场图片如图1所示。综合以上该区域火灾残留物现状及混凝土构件表面特征,依据《火灾后建筑结构鉴定标准》CECS252:2009第4.2.3条及4.2.5条规定[2],综合推断本次火灾该区域过火温度最高达到700 ℃～800 ℃。

图1 主要燃烧区墙体Fig.1 Main combustion zone wall

2.2 次要燃烧区

次要燃烧区主要燃烧物为墙体聚苯乙烯泡沫板和SBS改性沥青卷材,并伴随下部火焰通过,墙体表面呈黑色,打磨后混凝土表面呈浅灰白色,墙体表面有微细龟裂缝,无混凝土剥落现象。墙体外侧拉筋封闭、圆形卷材多数仍保持原状或表面烧灼呈干硬现象,现场图片如图2所示。综合推断本次火灾该区域过火温度最高达到300 ℃～500 ℃。

2.3 剥离严重区

剥离严重区主要为一层西立面和设备层西立面上部与一层底板搭接位置。一层混凝土浇筑完成仅1 d,着火前木模板已脱离混凝土面,混凝土主要受火焰对木模板烧灼高温影响;设备层上部因受到悬挑板和施工外架走道板挡隔火焰,混凝土受火焰高温烧灼影响较小。一层西立面和设备层西立面上部与一层底板搭接位置混凝土表面剥落严重,平均剥落层厚度为2 cm,剥落后混凝土表面颜色呈浅灰白色,现场图片如图3所示。

2.4 火焰烟气扩散区

火焰、烟气扩散区主要为一层西立面及西北角和西南角窗洞口处火焰及烟气扩散区域,目前现场无任何燃烧残留物,混凝土表面已打磨。经调查,相应位置模板系统仅方木部分引燃,木模板熏黑。综合推断本次火灾该区域过火温度小于200 ℃。

从化学分析的角度来看,火灾形成的高温使混凝土中的游离水急剧蒸发,并引起骨料膨胀和水泥石中的氢氧化钙开始分解,导致水泥石结构破坏,从而致使混凝土强度降低。当混凝土被加热时,会发生如下化学反应:

Ca(OH)2→CaO+H2O CaCO3→CaO+CO2

以上化学反应发生的条件为高温煅烧,碳酸钙的分解温度约为900 ℃,氢氧化钙的分解温度约为600 ℃,而本次火灾的主要燃烧区中局部过火温度最高达到了700 ℃～800 ℃,本次火灾使该结构西立面和北立面墙体外侧表面混凝土的化学成分发生变化,对混凝土表面存在影响。

3 火灾后混凝土强度检测

依据《火灾后建筑结构鉴定标准》CECS252—2009第6.2.5条及《钻芯法检测混凝土强度技术规程》CECS03—2007的相关规定,现场采用钻芯法对火灾后该结构负二层至一层过火区域墙体混凝土的实际强度进行检测。为了判断本次火灾对结构构件混凝土强度的影响情况,本次检测分别在结构过火区域墙构件每层钻取4个混凝土芯样,共抽取15个芯样,芯样处理方法为将表面劣化层切割。通过对各区域的混凝土强度进行比较,得出本次火灾的主要燃烧区内混凝土构件的混凝土强度变化情况。钻芯法检测试样混凝土强度的试验结果如表1所示。

表1 钻芯法检测混凝土强度结果Table 1 Results of testing concrete strength by core drilling method

根据表1的数据可知,本次抽取的负二层至设备层各芯样混凝土实测强度基本满足混凝土设计强度(C45)要求,因此本次火灾对受影响层内部混凝土强度未产生影响;一层由于混凝土龄期不足且着火期间一层混凝土浇筑时间仅达到1 d,一层西立面混凝土表面大面积剥离,混凝土受影响层深度大,本次着火对一层西立面墙体混凝土强度造成了一定影响。

4 受影响层混凝土墙体的影响厚度检测

采用原位碳化深度检测方法检测表层混凝土性能受影响层厚度,按表观状况对构件进行分区,每个测试区域布置若干个测区,每个测区布置3个测点,取3个测点碳化深度的算术平均值作为碳化深度的代表值,碳化深度的代表值作为该测区混凝土性能受影响层的厚度[3]。根据检测结果,该结构负二层至一层外立面火灾烧灼区域存在不同程度烧灼影响,外立面烧灼面受影响层厚度范围为0.5 mm～5.0 mm,碳化深度反映受影响层厚度与立面混凝土表面剥落区域分布较为吻合,混凝土表面剥落位置及周边邻近区域受影响层厚度大;表面未剥落范围受影响层厚度小。

5 混凝土构件火灾烧灼检测鉴定结果

根据《火灾后建筑结构鉴定标准》CECS252:2009第6.2.1条规定[4],依据现场检测结果,该结构主要燃烧区墙构件鉴定评级应评为III级,依据《混凝土结构现场检测技术标准》GB/T50784—2013第10.2.5条规定,相应混凝土构件状况属于构件损伤[5];该结构次要燃烧区墙体的鉴定评级应评为Ⅱb级,相应混凝土构件状况属于表面或表层性能劣化;一层及设备层外立面混凝土剥落区域墙体混凝土剥落严重,因该区域混凝土仅浇筑1 d时间,着火过程中混凝土受高温影响失水严重,混凝土受影响层厚度较大,外表层受力钢筋粘接强度略有降低,该区域墙体的鉴定评级应评为III级,相应混凝土构件状况属于构件损伤;一层室内过火及烟气通过区域混凝土表面颜色近似正常,无明显裂缝,敲击声音响亮,无大面积脱落、露筋等现象,该区域混凝土构件的鉴定评级应评为IIa级,相应混凝土构件状况属于表面或表层性能劣化;该结构一层其他区域混凝土现状良好,混凝土颜色正常,未受火灾影响。

6 结论

太原市某在建工程施工中发生的火灾导致已建混凝土构件发生烧灼损伤。本文对混凝土构件的烧灼损伤情况进行了表面特征分析与检测，得出了如下结论：

1)本工程结构构件火灾后鉴定评级为III级的区域,对结构安全或正常使用产生不利影响,应采取加固或局部更换措施;火灾后鉴定评级为Ⅱb级的区域,应采取提高结构耐久性修复措施;火灾后鉴定评级为Ⅱa级的区域,应根据损坏的部位进行局部修复措施。

2)施工过程应加强施工现场防火、消防措施;易燃物品严禁靠近建筑物,以免施工过程发生火灾。

3)施工过程中发生的火灾对在建建筑物造成烧灼损伤后,应委托相应资质的检测机构对灼伤后的建筑物进行检测分析鉴定,视损伤程度及对建筑物影响程度分别作出处理方案。