某吸收塔火灾后结构检测及修复方案的应用

俞栋华 吴金池 彭自强 刘 建

(1.湖北省工业建筑集团有限公司，湖北 武汉 430064； 2.武汉理工大学设计研究院，湖北 武汉 430070)

0 引言

火灾是威胁公共安全，危害人们生命财产的灾害之一。当今，火灾是世界各国人民所面临的一个共同的灾难性问题。它给人类社会造成过不少生命、财产的严重损失[1]。在我国，钢筋混凝土结构占有绝大多数。目前，关于火灾后钢筋混凝土结构的鉴定及加固修复的案例较少。鉴于此，以某吸收塔火灾后的结构为案例，根据现场检测数据，结合《火灾后建筑结构鉴定标准》，对火灾后结构构件烧伤程度进行评级，提出不同加固修复方案，可供类似工程借鉴。

1 工程概况

某吸收塔为框架剪力墙结构，其中吸收塔本体为长31.70 m、宽16.25 m、高15.35 m钢筋混凝土剪力墙，底板厚500 mm，壁板厚400 mm，顶板厚200 mm；吸收塔外部为长34.70 m、宽26.27 m、高24.8 m钢筋混凝土框架。混凝土强度等级为C40，主要受力钢筋为HRB400。

2016年11月7日由于塔内玻璃鳞片起火，引发塔内失火，起火点为塔内靠近G/2轴交叉区域附近，塔内主体由于鳞片燃烧及熏烤导致部分区域结构受损。过火区域详见图1。

2 结构检测

针对火灾后结构，从构件外观、构件烧伤深度、混凝土强度、钢筋强度等方面进行了检测，具体检测结果如下。

2.1 构件外观检查

构件外观检查结果如下：

1)吸收塔最上部与设备相连处四角均有混凝土斜裂缝出现，裂缝宽度远大于规范要求。

2)1～2轴、B～C轴、G～H轴间顶板下表面混凝土保护层基本上完全剥落，下部受力筋完全裸露。

3)塔内2轴、G轴、C轴处17.58 m～19.18 m高程处钢筋混凝土梁侧面保护层剥落，大面积露筋。

现场混凝土构件外观情况详见图2。

2.2 构件烧伤深度检测

通过对上述各火灾温度场内的受损构件表面进行敲击、开凿，检查构件的烧伤深度，其检查结果如下：

1)受检混凝土柱共计4根，其烧伤深度在5.9 mm～23.6 mm之间，平均烧伤深度为14.5 mm。

2)受检混凝土梁共计6根，其烧伤深度在31.0 mm～57.6 mm之间，平均烧伤深度为44.5 mm。

3)受检混凝土板共计4个区域，其烧伤深度达到56.4 mm。

4)受检混凝土剪力墙共计4个区域，其烧伤深度达到45.7 mm。

2.3 混凝土强度检测

现场对吸收塔火灾后受检区域不同高程的构件以及塔外混凝土框架梁柱进行了混凝土强度检测，根据检测数据制成折线图，详见图3。

由图3可知，高程10.925 m以下，混凝土强度满足设计要求，混凝土强度基本上没有损伤；高程10.925 m～14.897 m区域，混凝土强度比设计要求略低；高程14.897 m以上，混凝土强度部分明显低于设计要求，尤其是顶板。

2.4 钢筋强度检测

现场对吸收塔火灾后受检区域抽取6根HRB400钢筋进行了钢筋强度检测，具体检测结果如表1所示。

表1 钢筋强度现场取样后强度测定值

由表1可知，钢筋屈服强度均在400 MPa以上，抗拉强度均大于540 MPa，钢筋强度均满足GB 1499.2—2018钢筋混凝土用钢 第2部分：热轧带肋钢筋[2]中表6的要求。

3 结构鉴定评级

根据上述对火灾后结构构件的检测结果，结合CECS 252:2009火灾后建筑结构鉴定标准[3]中表6.2.1～表6.2.5，综合判定构件的烧伤程度，可分为3个等级：

Ⅲ级(中等烧灼区)：对应于温度场中受影响严重的结构构件，主要包括以下构件：

1)吸收塔内1～2轴混凝土顶板；

2)高程14.897 m以上E轴、G轴及2轴该部分剪力墙；

3)高程18.280 m处混凝土连梁及高程19.180 m处混凝土梁。

Ⅱb级(轻度烧灼区)：对应于温度场中受影响较轻的结构构件，主要包括以下构件：

1)高程10.295 m～14.897 m处的E轴、G轴及2轴线上剪力墙。

2)高程10.295 m～14.897 m处的E轴、G轴及2轴线上支座及挑耳。

3)高程20.600 m处混凝土墙C/G轴交2/3轴的角部。

Ⅱa级(基本完好区)：对应于温度场中的其余构件，主要包括除Ⅲ级、Ⅱb级外所有其他过火构件。

此次火灾对整个吸收塔主体安全影响不大，但是对局部区域造成损伤。主要集中在起火点附近的2轴、G轴区域。该区域内主要在高程14.897 m以上部分剪力墙及塔内顶板下部。其余部位出现了部分构件表面损伤。

构件烧伤等级分布详见图4。

4 结构修复方案

针对不同烧伤等级的构件，分别采用不同的加固修复方案。具体修复方案如下。

4.1 Ⅲ级烧伤构件修复方案

该烧伤等级的各类构件表层大面积混凝土保护层脱落、钢筋外露；但钢筋经检测，屈服强度及抗拉强度无影响，能达到原设计要求。修复前，剔除烟熏表层，彻底清理构件表面杂物，凿除松动混凝土层和烧伤混凝土，然后采用环氧砂浆将构件按原设计截面尺寸修补完整。

4.2 Ⅱb级烧伤构件修复方案

该烧伤等级的各类构件表面轻度烧伤，局部有混凝土保护层脱落、钢筋外露现象，构件承载力无影响。修复前，剔除烟熏表层，彻底清理构件表面杂物，凿除松动混凝土层和烧伤混凝土，涂刷界面剂后采用环氧砂浆封闭外露钢筋及破损处。

高程20.600 m处混凝土墙C/G轴交2/3轴的角部：局部混凝土崩裂，产生斜向裂缝且超出规范允许范围；该墙顶部预埋件因墙体混凝土崩裂，锚筋外露，预埋角钢扭曲变形。需先对裂缝进行修补，再凿除松动混凝土，采用细石混凝土修补局部混凝土崩裂处，详见图5。

4.3 Ⅱa级烧伤构件修复方案

该烧伤等级的各类构件基本完好，偶见局部有混凝土保护层脱落现象，无钢筋外露。修复前，剔除烟熏表层，彻底清理构件表面杂物，针对局部混凝土剥落处，用普通水泥砂浆抹面封闭进行修复。

4.4 加固材料要求

1)裂缝修补材料：采用改性环氧树脂类裂缝注浆料，应符合现行国家标准GB 50728—2011工程结构加固材料安全性鉴定技术规范[4]第5.2.1条的规定。

2)植筋胶：其基本性能应符合GB 50728—2011工程结构加固材料安全性鉴定技术规范[4]表4.2.2-3中Ⅰ类胶A级的要求，长期使用性能中耐湿热老化能力应符合表4.2.2-4中Ⅰ类胶A级的要求。

3)环氧砂浆：采用改性环氧类乳液型水泥砂浆，其基本性能应符合GB 50728—2011工程结构加固材料安全性鉴定技术规范[4]表7.2.1-1中Ⅰ级的要求。

5 结语

1)通过对火灾后现场混凝土和钢筋进行检测，说明了火灾后钢筋力学性能没有降低，而混凝土受到不同程度的损伤，需要对火灾后混凝土采取必要加固修复。2)对于受损伤混凝土，应先凿除松散混凝土，至露出混凝土结构新鲜、坚固面，再根据损伤程度分别采用水泥砂浆、环氧砂浆、细石混凝土等修补。3)对于火灾后结构加固修复方案，需要对主要的加固修复材料如裂缝修补材料、植筋胶、环氧砂浆等的技术要求进行严格控制。