CN106959308B - 一种混凝土结构火灾影响深度检测方法 - Google Patents

一种混凝土结构火灾影响深度检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混凝土结构火灾影响深度检测方法，具体包括：获取火灾现场关键信息、混凝土钻芯取样、X射线层析扫描、计算混凝土块体面积、计算粗骨料面积、粗骨料面积剥离、计算缺陷面积、计算缺陷率和计算火灾影响深度步骤。本发明采用X射线层析扫描法和Vgstudiomax分析软件，通过判定依据的准确测量，获得混凝土结构遭受火灾后的受损深度。由于芯样为混凝土结构火灾后不同部位所取的芯样，能直接反映火灾情况。另外，基于X射线层析扫描结果，能定量分析受损深度值。进一步，采用双判断依据，客观科学反映火灾受损程度。

Description

一种混凝土结构火灾影响深度检测方法
技术领域
本发明涉及建筑结构和材料领域，特别是一种混凝土结构火灾影响深度检测方法。
背景技术
近年来，火灾呈逐年增长的趋势，火灾引起的各种损失也在迅速增长。混凝土结构是建筑物主要结构形式。如何科学、合理的判定混凝土材料的受影响深度是判断建筑物受损程度的关键因素，也是进行加固修复的前提和基础。
目前，国内外对火灾后混凝土结构损伤评估主要采用表面观测、回弹法、超声波法、超声回弹综合法、红外热像检测等表面检测手段。而最常用的两种方法如下：
1.评判标准采用《火灾后建筑结构鉴定标准》（CECA252-2009）以及《上海市火灾后混凝土构件评定标准》（DBJ08-219），根据标准采用火灾温度推算结构受损程度。然而，该评判标准及评判方法所需要的检测时间较长，同时准确性也有待提高。
2.评判标准采用《火灾后钢筋混凝土表面受损等级分类及使用》（CN105389414A）提出了混凝土表面受损等级划分的方法，主要采用肉眼观察、强度推算等方法。然而，该评判标准及评判方法依然没有提供准确的内部受损区域判定标准。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种混凝土结构火灾影响深度检测方法，该混凝土结构火灾影响深度检测方法采用X射线层析扫描法和Vgstudiomax分析软件，通过判定依据的准确测量，获得混凝土结构遭受火灾后的受损深度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种混凝土结构火灾影响深度检测方法，包括如下步骤。
步骤1，获取火灾现场关键信息：通过对火灾现场进行观察，获得火灾现场关键信息。
步骤2，混凝土钻芯取样：在受灾区域不同部位进行混凝土钻芯取样，钻芯所取的混凝土样品简称芯样；芯样应包括不受或少受火灾影响区域的混凝土以及严重受灾区域混凝土。
步骤3，X射线层析扫描：将步骤2所取的所有芯样均进行X射线层析扫描，X射线层析扫描后重建，需获取每个芯样的二维和三维信息；重建完成后，每间隔一个固定的切片步长截取一张芯样横截面的二维切片。
步骤4，计算混凝土块体面积：对步骤3截取的每张二维切片依次计算其中的混凝土面积S1。
步骤5，计算粗骨料面积：根据每张二维切片中灰度值的不同，对步骤3截取的每张二维切片依次选取粗骨料区域，并计算粗骨料面积S2。
步骤6，粗骨料面积剥离：用步骤4计算所得的混凝土面积S1减去步骤5计算所得的粗骨料面积S2，得到砂浆、孔洞及缺陷总面积S3。
步骤7，计算缺陷面积：借助Vgstudiomax软件对步骤3截取的每张二维切片中灰度值低于浆体区域的部位进行计算，得到该二维切片中缺陷的总面积S；缺陷包括孔洞、微裂缝及疏松区域；同时需记录对应二维切片距表面的深度值。
步骤8，计算缺陷率：将步骤7计算得到的每张二维切片中的缺陷面积S除于步骤6计算得到的对应二维切片中的面积S3，得到该二维切片砂浆区域的缺陷率。
步骤9，计算火灾影响深度：火灾影响深度计算判定方法如下。
步骤91，获取判定标准：将对不受或少受火灾影响区域的混凝土芯样的X射线层析扫描结果进行分析，获得不受或少受受到火灾影响区域的缺陷率分布，该缺陷包括混凝土中的孔洞。
步骤92，计算火灾影响深度：以步骤8得到的砂浆区域的缺陷率为纵坐标，该二维切片距表面的深度值为横坐标，绘制曲线，得到缺陷率达到正常值时的深度值；该正常值取步骤91所获取的判定标准。
所述步骤2中的芯样还应包括代表性区域的混凝土和关键部位和结构的混凝土。
所述步骤1中的火灾现场关键信息包括混凝土结构特点、过火面积和着火点位置。
所述步骤3中的固定的切片步长为0.5-5mm。
所述步骤3中的固定的切片步长为2.5mm。
所述步骤3中，X射线层析扫描的参数为200KV电压，0.41mA，使用1mm铝及0.5mm铜滤波片。
所述步骤7中，在Vgstudiomax软件中进行灰度阈值设置时，所选孔洞区域外缘需与浆体紧密结合，不能有遗漏的孔洞，也不能将浆体选进孔洞区域。
本发明采用上述方法后，具有如下有益效果：
1.样品为混凝土结构火灾后不同部位所取的芯样，能直接反映火灾情况。
2.基于X射线层析扫描结果，能定量分析火灾受损深度值。
3.采用双判断依据确定火灾影响深度，从而能客观科学反映火灾受损程度。
附图说明
图1显示了根据灰度值对芯样的X射线层析扫描二维切片进行处理前后的对比图片。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种混凝土结构火灾影响深度检测方法，包括如下步骤。
步骤1，获取火灾现场关键信息：通过对火灾现场进行观察，获得火灾现场关键信息。火灾现场关键信息包括混凝土结构特点、过火面积和着火点位置等。
步骤2，混凝土钻芯取样：在受灾区域不同部位进行混凝土钻芯取样，钻芯所取的混凝土样品简称芯样；芯样优选包括如下四种类型：
1.不受或少受火灾影响区域的混凝土。
2.代表性区域的混凝土。
3.严重受灾区域混凝土。
4.关键部位和结构的混凝土。
步骤3，X射线层析扫描：将步骤2所取的所有芯样均进行X射线层析扫描，X射线层析扫描的参数优选为200KV电压，0.41mA，使用1mm铝及0.5mm铜滤波片。
X射线层析扫描时，需将每个芯样均从表面至混凝土试块内部进行扫描；扫描同时，每间隔一个固定的切片步长截取一张芯样横截面的二维切片。
其中，上述固定的切片步长优选为0.5-5mm，进一步优选2.5mm。
步骤4，计算混凝土块体面积：对步骤3截取的每张二维切片依次计算其中的混凝土面积S1。
步骤5，计算粗骨料面积：根据每张二维切片中灰度值的不同，对步骤3截取的每张二维切片依次选取粗骨料区域，并计算粗骨料面积S2。
步骤6，用步骤4计算所得的混凝土面积S1减去步骤5计算所得的粗骨料面积S2，得到砂浆、孔洞及缺陷总面积S3。
步骤7，计算缺陷面积：借助Vgstudiomax软件对步骤3截取的每张二维切片中灰度值低于浆体区域的部位进行计算，得到该二维切片中缺陷的总面积S；缺陷包括孔洞、微裂缝及疏松区域；同时需记录对应二维切片距表面的深度值。
在Vgstudiomax软件中进行灰度阈值设置时，所选孔洞区域外缘需与浆体紧密结合，不能有遗漏的孔洞，也不能将浆体选进孔洞区域。
步骤8，计算缺陷率：将步骤7计算得到的每张二维切片中的缺陷面积S除于步骤6计算得到的对应二维切片中的面积S3，得到该二维切片砂浆区域的缺陷率。
步骤9，计算火灾影响深度：火灾影响深度计算判定方法如下。
步骤91，获取判定标准：将对不受或少受火灾影响区域的混凝土芯样的X射线层析扫描结果进行分析，获得不受或少受受到火灾影响区域的缺陷率分布，该缺陷包括混凝土中的孔洞，尤其是需要统计100nm以上有害孔洞数量。
步骤92，计算火灾影响深度：以步骤8得到的砂浆区域的缺陷率为纵坐标，该二维切片距表面的深度值为横坐标，绘制曲线，得到缺陷率达到正常值时的深度值；该正常值取步骤91所获取的判定标准。
工作原理：火灾后，在高温作用下，混凝土内部的水分快速蒸发，形成较高的膨胀压力，明显增加混凝土内部孔隙率和大孔数量，同时形成大量的内部裂缝，导致混凝土材料微观结构疏松，甚至出现表面裂缝。通过与未受灾混凝土比较以及不同深度切片总孔率和微裂缝数量的比较，可以较为便捷的获得火灾的影响深度。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种混凝土结构火灾影响深度检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，获取火灾现场关键信息：通过对火灾现场进行观察，获得火灾现场关键信息；火灾现场关键信息包括混凝土结构特点、过火面积和着火点位置；
步骤2，混凝土钻芯取样：在受灾区域不同部位进行混凝土钻芯取样，钻芯所取的混凝土样品简称芯样；芯样应包括不受或少受火灾影响区域的混凝土、严重受灾区域混凝土、代表性区域的混凝土和关键部位和结构的混凝土；
步骤3，X射线层析扫描：将步骤2所取的所有芯样均进行X射线层析扫描，X射线层析扫描后重建，需获取每个芯样的二维和三维信息；重建完成后，每间隔一个固定的切片步长截取一张芯样横截面的二维切片；固定的切片步长为0.5-5mm；
步骤4，计算混凝土块体面积：对步骤3截取的每张二维切片依次计算其中的混凝土面积S1；
步骤5，计算粗骨料面积：根据每张二维切片中灰度值的不同，对步骤3截取的每张二维切片依次选取粗骨料区域，并计算粗骨料面积S2；
步骤6，粗骨料面积剥离：用步骤4计算所得的混凝土面积S1减去步骤5计算所得的粗骨料面积S2，得到砂浆、孔洞及缺陷总面积S3；
步骤7，计算缺陷面积：借助Vgstudiomax软件对步骤3截取的每张二维切片中灰度值低于浆体区域的部位进行计算，得到该二维切片中缺陷的总面积S；缺陷包括孔洞、微裂缝及疏松区域；同时需记录对应二维切片距表面的深度值；在Vgstudiomax软件中进行灰度阈值设置时，所选孔洞区域外缘需与浆体紧密结合，不能有遗漏的孔洞，也不能将浆体选进孔洞区域；
步骤8，计算缺陷率：将步骤7计算得到的每张二维切片中的缺陷面积S除于步骤6计算得到的对应二维切片中的面积S3，得到该二维切片砂浆区域的缺陷率；
步骤9，计算火灾影响深度：火灾影响深度计算判定方法如下：
步骤91，获取判定标准：将对不受或少受火灾影响区域的混凝土芯样的X射线层析扫描结果进行分析，获得不受或少受受到火灾影响区域的缺陷率分布，该缺陷包括混凝土中的孔洞；
步骤92，计算火灾影响深度：以步骤8得到的砂浆区域的缺陷率为纵坐标，该二维切片距表面的深度值为横坐标，绘制曲线，得到缺陷率达到正常值时的深度值；该正常值取步骤91所获取的判定标准；火灾后，在高温作用下，混凝土内部的水分快速蒸发，形成高膨胀压力，增加混凝土内部孔隙率和大孔数量，同时形成内部裂缝，导致混凝土材料微观结构疏松，甚至出现表面裂缝；通过与未受灾混凝土比较以及不同深度切片总孔率和微裂缝数量的比较，获得火灾的影响深度。
2.根据权利要求1所述的混凝土结构火灾影响深度检测方法，其特征在于：所述步骤3中的固定的切片步长为2.5mm。
3.根据权利要求1所述的混凝土结构火灾影响深度检测方法，其特征在于：所述步骤3中，X射线层析扫描的参数为200KV电压，0.41mA，使用1mm铝及0.5mm铜滤波片。
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