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金相检验在混凝土建筑物火灾中的应用

 

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火灾会造成建筑物的损伤,火灾温度愈高,燃烧时间愈长,则损伤程度愈大。因此,火灾后建筑物在不同部位遭受火灾温度的判定是一项重要内容。直接确定火灾温度是比较困难的,但我们可以通过一些间接的方法来判定火灾温度,如物质熔点法、构件表面颜色法、损伤程度判定法、金相分析法等。


混凝土结构中的钢筋在遭受火灾并达到一定温度时,金属的金相组织或晶粒度大小将会发生变化,从这些变化中可以反推出火灾温度。如衡阳衡州大厦首层为混凝土框架结构,火灾造成了大面积坍塌。检测鉴定时坍塌部分火灾温度有多高,是我们关心的重要问题之一。为了说明这个问题,在其西北部坍塌区U4-6梁采集了一段烧损严重的光圆F12mm的钢筋(图5)和未烧伤的同钢号同规格的钢筋,请国家钢铁材料测试中心进行金相对比分析试验,检验结果如下:

(1)正常光圆F12mm钢筋沿纵向中间剖开,其金相组织为铁素体加珠光体,晶粒度为10级;边部无全脱碳层,有半脱碳层深度约0.33mm。

(2)烧损钢筋剩余直径为F6mm,表面有严重高温氧化和脱皮现象,沿钢筋纵向中间剖开,其金相组织中心部分为铁素体加珠光体,边部为全脱碳的纯铁素组织,全脱碳层深度约1.35mm,中心部位晶粒度为6级,部分边部晶粒度达4.5级。说明钢筋受热温度远高于奥氏体化温度,使晶粒度明显长大,出现严重的脱碳。

(3)烧损钢筋横截面组织如图6,局部表层沿晶界有黑色网络状氧化物分布,周围基体组织中形成大量氧化物夹杂,表明局部钢筋组织发生过烧和晶界氧化。亚共析钢发生过烧的温度一般在1250℃以上,因此判定该钢筋的实际最高受热温度应介于材料过烧温度和熔化温度之间,即受火温度范围大约在1250℃~1500℃之间。



建筑用钢筋均属亚共析钢。在其加热过程中,当达到某一个温度时,会发生金相组织的变化,我们可通过分析金相组织的变化及其晶粒度的大小来判断钢筋所达到的温度范围。这是一种比较准确的分析判断方法。


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