浅谈钢筋混凝土结构桥墩过火后材料特性变化

浅谈钢筋混凝土结构桥墩过火后材料特性变化

江卓平

江卓平

广东省建筑科学研究院集团股份有限公司；广州市510500

摘要：关于讨论混凝土结构过火后的相关材料物理指标变化，包括混凝土结构在火灾中所处环境、结构在高温下力学性能、火灾后结构鉴定。

关键词：混凝土；高温；火烧；材料特性；

1引言

我国是桥梁建设大国，拥有的桥梁数量居世界首位。目前的桥梁结构以钢筋混凝土为主，本文以混凝土结构在过火后各材料指标变化做为相关研究。

2工程背景

某桥梁上部结构连续梁箱-T梁组合结构，下部结构为圆柱式钢筋混凝土桥墩。某天凌晨因H12（2）墩附近发生火灾，造成桥墩混凝土脱落、露筋、空洞、开裂及墩身和梁体表面被熏黑。桥梁示意图如图1所示。

图1H线平面示意图

3混凝土结构过火后现场检查情况

本次检查针对H8#~H15#七跨梁体和过火位置墩身。检查混凝土过火后表面颜色改变、裂缝分布、混凝土剥落露筋、锤子敲击声音及结构形体变化等情况。

3.1火灾时构件表面温度判断

火灾温度的高低和时间长短直接影响结构的损伤程度，因此判断受损结构的火灾温度十分重要。构件表面曾经达到的最高温度及作用范围可根据火灾现场残留物融化、变形、燃烧、烧损程度等进行判断；也可根据《火灾后混凝土构件评定标准》（DBJ08-219-96）的相关规定，依据构件表现缺损情况进行判断，如表1所示。

表1火灾后混凝土构件外观特征

3.2梁体检测

H9#~H14#五跨主梁表面都有不同程度的熏黑，H11#~H13#两跨南半边熏黑较为严重。在H12（2）墩附近主梁未发现混凝土爆裂剥落、开裂、露筋现象，经锤子敲击H12（2）#墩上部靠近主梁处表面，声音响亮，混凝土表面不留下明显痕迹，根据表1可知，火灾时，H12（2）#墩顶附近主梁表面温度＜300℃，主梁表面熏黑。火灾时主梁表面温度推断如表2所示。

表2主梁火灾时表面温度判断

3.3墩身检测

为了便于分析描述，把桥墩分为上部（距地面4m以上）、中部（距地面2m~4m）、下部（距地面2m以下）。

H12（2）#桥墩病害展开图如图2所示，H12（2）#桥墩详细病害描述如表3所示。对比可知，H12（2）#桥墩出现的混凝土破损露筋、裂缝和空洞等病害是火灾导致，火灾后桥墩破损最严重处结构截面相对火灾前减小7.4%。H12（2）#桥墩火灾时表面温度判断如表4所示。

表3H12（2）#桥墩病害描述表

图2H12（2）#桥墩病害展开图（单位：m）

4混凝土结构过火后强度变化情况

4.1桥墩检测结果

桥墩选取3个构件分别在不同位置进行检测，H12#（未过火）、H12（1）#（未过火）、H12（2）#（过火）桥墩。过火桥墩检测结果见表5，表6为桥墩火灾前一年检测结果。表7为未过火H12#墩和H12（1）#墩火灾前后回弹检测结果对比，表8为过火H12（2）#墩火灾前后回弹检测结果对比。

表5火灾后桥墩混凝土回弹检测结果表

由表9分析可知：过火主梁底相对于远离火灾现场的主梁梁底混凝土强度推定值略为降低。

5混凝土超声波内部探伤检测

本次选取过H12（2）#墩和H14（2）#进行检测，H12（2）#桥墩检测8个截面，H14（2）#检测一个截面。每个截面选择三个不同方向进行对侧。检测截面如图3~图4所示。检测结果如表10所示。

图3H12（2）#墩检测截面位置（单位：cm）

图4H14（2）#墩检测截面位置（单位：cm）

检测结果如下：桥墩H14（2）#9-9截面三个方向波速平均值为4.370km/s；而H12（2）#桥墩距地面3.0m~5.0m波速平均值范围为4.319km/s~4.448km/s、距地面2.0m~3.0m波速平均值范围为4.039km/s~4.319km/、距地面0.0m~2.0m波速平均值范围为辅3.849km/s~4.039km/s。

6火灾后结构病害分析

H12（2）#墩受火灾影响，与火焰接触最多的中下部区域混凝土表面爆裂破损、空洞、钢筋外露、混凝土强度降低，火灾造成了桥墩承载能力下降。其原因是由于混凝土构件在火灾时，钢筋混凝土的粘结强度随温度升高而降低；内部非结合水蒸发，加之骨料和水泥石热膨胀系数不同造成开裂；水泥石中的氢氧化钙脱水分解，晶体破坏，水泥石出现疏松，混凝土强度和弹性模量下降。

7总结

火灾对混凝土构件造成的损伤是无穷大的，对材料本来应有的特性改变是必然的，我们应防火的同时，更要建立对过火混凝土构件的损坏评估及修复加固方法，指导灾后的相关工作。

参考文献：

[1]吴波.火灾后钢筋混凝土结构的力学性能[M]。科学出版社，1995

[2]梁悦欢.浅谈钢筋混凝土结构抗火设计[M]。华南理工大学土木与交通学院2008研究工作生学术研讨会论文集，2008