超声回弹综合法检测火灾后混凝土强度计算方法的讨论.pdf

2 0 1 1年 第 4 期 (总 第 2 5 8 期 ) N u mb e r 4 in 2 0 1 1 ( T o t a l N o 2 5 8 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TE CHNOLOGY d o ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 4 0 3 3 超声 回弹综合法检测火灾后混凝土强度 计算方法的讨论 宋瑞明 ( 昆明消 防指挥学校 ，云南 昆 明 6 5 0 2 0 8 ) 摘要 ： 碳化深度在 回弹法检测混凝土强度中得到考虑 ， 而在超声回弹综合检测方法 中 ，规范没有考虑碳化深度的问题 ， 而混凝土碳化 对 【圃弹值影响较 大， 对超声波速影响较小 ， 不考虑碳化深度的情况下 ， 得到 的混凝土推定强度必然 比实际强度偏高 ，得到 的换算强度必然 会大于混凝土 的实际强度。 据此提 出对规范数据处理方式 的疑问 ， 并通过对 比的方法阐述其 【 】存 在的问题 ，在此基础上提出一种建议的数 据处理方法和公式 ， 使推定结果更 加准确 关键词： 火灾 ；混凝土 ；检测；碳化深度 ；超声同弹综合法 中图分类号 ： T U5 2 8 0 7 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 1 1 8 - 0 3 Re bo und s t r e ngt h o f con c r e t e a f t e r f i r e a s s a y me t ho d of di s c us s i on SONG Ru i m 抽g ( Ku n mi n g F i r e C o mma n d S c h o o l ， K u n mi n g 6 5 0 2 0 8 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Ca r bo n a t i o n d e p t h o f c o n c r e t e s t r e n g t h i n t h e r e b o u n d me t h o d t o b e c o n s i d e r e d， a n d i n t h e d e t e c t i o n o fRe s i l i e n c e ，s pe c i f i c a t i o n do e s n o t c o n s i d e r t he p r o b l e m o f c a r b o n a t i o n d e p t h ， a n d c a r b o n a t i o n o fc o n c r e t e g r e a t e r i mp a c t O n t h e r e b o u n d v a l u e ，l i t t l e e f f e c t O n t h e u l t r a s o n i c v e - l o c i ty i s n o t c o n s i d e r th e c a s e o f c a r b o n a t i o n d e p t h， t h e r e s u l t ing p r e s u m p t i o n o f s t r e n g t h t h a n b y the a c t u a l c o n c r e t e s t r e n g t h o f h i g h s t r e n g t h wi l l c e r t a inl y be g r e a t e r t h a n t h e c o n v e r s i o n o ft h e a c t u a l s t r e n g t h o f c o n c r e t e Ac c o r d i n g l y ma d e t o t h e s p e c i fic a t i o n d a t a pr oc e s s i n g q u e s t i o n s ，a n d t he me t h o d b y c o mp a ri n g the e x i s t i n g p r o b l e ms d e s c rib e d i n t h i s p a p e r p r o p o s e s a d a t a p r o c e s s i n g me t h o d a n d t h e p r o p o s e d f o r mu l a ， the p r e s u m p t i o n O f血e r e s u l t s mo r e a c c u r a t e Key wor ds ： fi r e； c o n c r e t e ； t e s t i n g； c a r b o na t i o n d e p t h； ul t r a s o n i c r e b o u n d me t h o d n 芒l 凝土强度 U I 西 回弹法是一种非破损检测手段， 其研究应用已有四十多年的 历史 ， 目前常温下采用回弹法评定混凝土的质量已是众所周知 的事情 。 由于回弹法具有仪器构造简单 ， 方 法容易掌握 ， 影响 因 素较少的优点， 能在较短时间内对灾后混凝土结构构件进行多数 量检测， 并推定出混凝土剩余强度， 因此在目 前我国火灾后建筑混 凝土结构的检测评估中普遍采用。 超声回弹综合法是建立在超声 波传播速度和回弹值与混凝土抗压强度之间相关关系的基础上， 以声速和回弹值综合反映混凝土抗乐强度的一种非破损检测方 法， 与单一的回弹法相比较， 其精度更高、 适用范围更广。 我国现行无损检测规程 J G J T 2 3 2 0 0 I 回弹法检测混凝 土抗压强度 技术规程 中规定 对回弹法要考虑 碳化深度 、 非水 平检测及不同浇筑面等因素对混凝土强度造成的影响， 对测得 的数据进行修正才能得到混凝土的推定强度值。 在各种影响冈 素中， 非水平检测及不同浇筑面是将平均回弹值加上一定的修 正系数得到修正后的回弹值； 碳化深度的影响则是通过同弹值 与碳化深度直接得到混凝土的推定强度 。 而用超声 回弹综合法 检测时， 在没有专用的测强曲线时可用式( 1 ) 、 ( 2 ) 推算测区混 收稿 日期 ：2 0 1 0 一 l 1 - o 3 基金项 目：公安部科研课题( 2 0 0 6 YYC X Y NS T1 2 5 ) 1 18 ， = 0 0 0 5 6 ( v ) ( R ) 。 ( 卵石 ) ， = 0 0 1 6 2 ( ) e s ( R ) ( 碎石 ) ( 1 ) ( 2 ) 式 中 ： 第 i 个测区混凝土强度换算 值 ， MP a ； ， 第 i 个测区混凝土超声声速值 ， k m s ； 第 i 个测区修正后的回弹值。 该公式计算混凝土的强度换算值， 是通过回弹值与超声波 声速推算混凝土 的强度 ， 公 式中的回弹值 考虑 了非水平检测 和 不同浇筑面问题 ， 但没有考虑混凝土是经历高温作用 ， 回弹值 和超声波波速均会受不 同程度 的影响 ， 其次没有考 虑修 正碳 化 深度的影 响。 而式 ( 1 ) 、 ( 2 ) 是 常温下 的计算公式 ， 高温后 的公式 计算 及不 同碳化深度对 混凝土 的残余强度有非常大的影响 ， 笔 者通 过分析数 据处 理的一些偏差 和数据进行二元 回归 ， 提出超 声同弹综合检测法在火灾后混凝土强度检测 中的一些问题 。 1 问题 提 出 通过某商场火灾后对其进行结构检测， 框架结构的承重核 件主要是 混凝 土梁板柱等 ， 检测的主要项 目包括混凝 土的强度 和火灾情况调查分析， 采用回弹法和超声回弹综合检测法两利 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 方法进行检测并相互校对。 按照现行规范进行混凝土强度推定时 ， 发现回弹法和超声回弹综合法检测混凝土强度得到的推定值 相差较大。 分析其原 因， 主要 是由于修 正后 的回弹值相差较大 ， 即超声回弹综合法没有考虑碳化深度的修正问题 ， 以及常温下 的规范公式不适用于火灾后混凝土强度推定 ， 现以部分检测数 据为例进行说 明 ， 见表 1 、 2 。 从表 中的数据 中可 以看 出， 混凝 土的碳化深度 对 回弹法得 到的抗压强度推定值影响很大， 在不同的碳化深度 0 、 3 、 6 mm， 混凝土的推定强度分别为 1 5 2 、 1 2 7 、 i 1 3 MP a 等 ， 用超声回弹 综合法处理得到的混凝土抗压强度推定值为 1 5 1 MP a等。 可 见超声回弹综合法推定的混凝 土抗压强度值更接近于 0 mm 时 的回弹法处理 得到 的推定值 ， 对于现场检测 有碳化深度 ( 尤 其 碳化深度大于 6 mm) 的混凝 土构件 ， 两种方 法的差异很 大。 混 凝土梁柱等作为框架结构的主要受力构件 ， 产生如此大的差异 是不合理 、 不准确的， 其主要原因是在数据处理的方法和公式 的 选 用 I 二 。 2 原 因分析 火灾以后混凝土实测的残余强度与碳化深度表明， 随着碳 化深度的增加， 混凝土的残余强度逐渐减小 ， 主要原因是受火 构件的碳化深度明显大于常温构件的碳化深度， 构件受火时间 越长温度越高， 碳化深度就越大； 碳化深度越大， 混凝土结构构 件烧损程度越严重 ， 其构件的残余强度也就越低。 如果不考虑 碳化深度的情况下， 得到的混凝土推定强度必然比实际强度偏 高。 在超声回弹综合检测方法中， 规范没有考虑碳化深度的问题， 而混凝土碳化对回弹值影响较大， 对超声波速影响较小， 这样 用式( 1 ) 或式( 2 ) 进行计算时， 得到的换算强度必然会大于混凝 土的实际强度 ， 从而高估了结构的承载力。 通过上面的数据可 以看出， 没有经过碳化深度修正的超声回弹综合法推定混凝土 强度比回弹法得到的混凝土强度高， 从混凝土结构的实际受力 考虑 ， 得到偏高的强度等级对分析结构的受力性能来说是偏于 危险的。 超声回弹综合法是检测混凝土构件强度的常用方法 ， 而 火灾后混凝土构件的碳化深度进一步增大 ， 有 的甚至超过 6 I l l l T I 以上 ， 由此 得到 的混 凝土 的推定 强度较 高 ， 影 响 了对建筑物 承 】 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 载力 的判断 。而式( 1 ) 是常温下混凝土试块在实验室里面得 出 试验公式 ， 而实 际火 场因受各种 因素的影响 ， 如 ： 燃烧 的材料 、 过火 时间 、 扑 救的方式等 ， 从而导致 实测强度与理论计 算强度 有明显差别 ， 因此 ， 有必要通过一定的计算方法对其碳化深度 和式( 1 ) 加以修正。 3 建议解决方法 超声回弹综合法检测混凝土抗压强度较大的根本原l六 I 是 没有经过碳化深度的修正。 现行 J G J T 2 3 2 0 0 1 同弹法检测 混凝土抗压强度技术规程 是用修正的平均回弹值( 经浇筑面 修正和回弹角度修正) 和碳化深度 ， 通过查混凝土强度换算表 直接得到混凝土的强度换算值， 而超声回弹综合法中使用的是 只经过浇筑面修正和回弹角度修正的混凝土平均回弹值及超 声波速来计算混凝土的确定换算值。 可以看 出， 现行的规范在对 超声回弹综合法进行数据处理时， 没有考虑碳化深度的问题， 以及现行规范公式是常温下确定的， 没有考虑高温后混凝土劣 化的问题。 笔者通过几次火灾现场检测数据， 得到火灾后混凝土的回 弹量， 残余强度， 超声波速度实测数据 ， 依据该数据进行了二元 回归分析。 拟合 的方法 为： 根据以往 的经 验 ， 残余强度 ， 回弹量 ， 超声波速度之间的关 系可 以用 = 的形式来表达 ， 对该表达 中的常数 k 、 a , b可以通过多元非线性同归分析得到 ， 但是考虑多 元非线性分析较为复杂 ， 本研究对 两边取对数 ， 此式子 可变为 1 醣 l + a l g x + b l g y ， 即可将多元非线性分析转化 为多元 线性分析。 同时基于 MA T L AB丁具箱中 r e g r e s s 函数对所得试 验数据进行多元线性回归分析。 混凝土残余强度与回弹值、 超声声速的非线性日 归方程为： 0 0 0 7 7 8 8 R # 9 v ( 相关系数 2 = O 9 7 2 5 ) 卵石 ( 3 ) 式中 ， 一 混凝土残余强度； 回弹值 ； _超声声速。 对 比规范式( 1 ) 与实测数据拟合公式 ， 可得差别较大 ， 其原 因是规 范公式是采用 常温下混凝 土试 块存实验室 里面得 出试 验公式， 而实际火场因受各种因素的影响， 如： 燃烧的材料 、 过 火时间、 扑救的方式等 ， 从而导致实测强度与理论计算强度有 明显差别。 采用上述拟合的出来的公式计算的混凝土残余强度 值更加接近实际火灾后混凝的强度， 因此对以后混凝土强度的 评估具有一定的参考价值。 在进行数据处理时， 建议在计算混凝土回弹修正值时将碳 化深度问题加以考虑。 参考浇筑面修正方法， 先通过碳化深度和 修 正的平均 回弹值 ( 经 浇筑面和 回弹角 度修正 ) 得到碳化深度 为 0 mm 时的混凝土回弹值 ， 用此修正过的回弹值计算混凝土的 强度换算值 ， 这样两种方法可都考虑碳 化深度对强度 的影响。 按建议方法处理数据和使用拟合式( 3 ) ， 火灾后碳化深度 对混凝土 的强度影响得到 了有效解 决。 超声 回弹综合法计算的 结果 与 回弹法计算 的结 果相 差不 大 ( 碳化 深度 0 mm 时 回弹 法推定强度 为 1 5 2 MP a ， 超 声回弹综合法为 l 4 - 3 MP a ； 碳化深 度 3 mm时回弹法推定强度为 1 2 7 MP a ， 超声 回弹综合法为 1 2 6 MP a ； 碳化深度 6 mm时 回弹法推定强度为 1 1 - 3 MP a ， 超声 回弹综 合法 为 1 2 8 MP a ) ， 说 明该方法有一定 的准确性 。 当然 ， 这里仅是针对上述检测数据提出一种数据处理的建议方法供 大家参考。 4结 语 超声回弹综合检测法数据处理中没有考虑火灾高温对混 凝土劣化和碳化深度 的影响， 可能造成检测结论上的误导。 通过 火灾现场检测数据 ， 得到火灾后混凝土的 回弹量 ， 残余强度 ， 超 声波速度实测数据， 依据该数据进行了二元回归分析得到拟合 公式 ， 建议采用一 种改进 的数据 处理方法 ， 将忽 略的因素加 以 考虑。 对于该拟合公式及方法的具体操作上还有许多工作要 做 ， 相信通过 广大 的从业 人员的努力 ， 可 以找 到一种合适的方 法解决超声回弹综合法的相关 问题 。 参考文献 ： J G J T 2 3 2 ( ) ( 】 1 ， 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程 s 北京 ： 中 国建筑工业出版社 ， 2 0 0 1 f 2 1 C E C S 0 2 ： 2 0 0 5 ， 超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程【 s 】 - E 京： 中国计划 出版社 ， 2 0 0 5 3 过镇海 ， 时旭东 冈筋混凝土的高温性能及其计 算 M 清华大学出版 社 ， 2 0 0 3 4 吴 波 火灾后钢 筋混凝 土结构 的力 学性 能 M】 北京 ： 科 学出版 社 ， 2 0 0 3 【 5 J周克印， 等 建筑工程结构无损检测技术 M E 京 ： 化学工业出版社， 2 0 0 6 6 宋瑞明 某商城火灾后钢筋混凝土结构的损伤数据分析【 J J _ 消防科学 与技术 ， 2 0 1 0， 2 9 ( 3 )： 1 9 8 2 0 0 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 宋瑞明( 1 9 7 7 一 ) ， 男， 工程硕士， 讲师， 主要从事建筑防火与 钢筋混凝土建筑火灾后损伤评估的教学、 研究。 昆明大石坝消防指挥学校训l练部( 6 5 0 2 0 8 ) l 3 8 8 8 4 2l 6 0 6 曩 重 盟 I 圜 B IC E S 全 面打 造 展会 发展 新坐 标 2 0 1 0年以来 ， 在中国基础设施建设较快增长的背景下， 工程机械行业呈现高速增长的态势， 全年销售同比增长4 8 122 3 ， 增长 趋势将在 2 0 1 1 年得到延续 。而欧美市场强劲复苏势头越来越明显 ， 新兴市场保持了强劲的需求 ， 相关 企业 的出口将迎来快速增长。 B I C E S I V E X自2 0 1 0年 7月启动以来 ， 咨询及报名参展的展商非常踊跃， 截止 2 0 1 1 年 3月中旬， 报名及预订展商已超过 9 0 0家， 成 功超过上届全部展商。 关 于 B I C E S B I C E S 中国( 北京) 国际工程机械、 建材机械及矿山机械展览与技术交流会( 2 0 1 0 年以前称为北京国际工程机械展览与技术交 流会 ) 是工程机械行业 自主举办的展览， B I C E S走过的每一步都与行业发展息息相关。 B I C E S 2 0 1 I 将于 2 0 1 1 年 1 0月 1 8至2 1日在 北京九华国际会展中一 fi , 举行。预计展出面积 2 0万 r n ， 参展商 1 2 0 0 家。 关于 I V E X VE X 一 中国 北京国际商用车博览会与 B I C E S同期同地举行，是 B I C E S主办方与中围机械工业联合会合作提供的面向卡客 车、 专用车领域的展览。展览将充分利用 B I C E S优质观众资源， 推进商用车在中国的应用与技术进步。 1 20 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m