外文文獻翻譯---混凝土和砌體結構火災后的評估巖相學的應用

1、<p><b>　　畢業(yè)設計</b></p><p><b>　　外文資料翻譯</b></p><p>　　原文題目：THE APPLICATION OF PETROGRAPHY　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 </p><p>　　譯文題目：巖相學應用 　　　　　　　　　

2、 </p><p>　　院系名稱： 土木建筑學院 專業(yè)班級： 土木工程0603班 </p><p>　　學生姓名： 杜盛?！　　?學 號： 20064040314　　</p><p>　　指導教師： 韓 陽 　　 教師職稱：　 教授　　　 </p><p>　　附 件： 1.外文資料翻譯譯文；

3、2.外文原文。 </p><p>　　附件1：外文資料翻譯譯文</p><p>　　混凝土和砌體結構火災后的評估：巖相學的應用</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　在過去的50年里，建筑物發(fā)生火災的數(shù)量增加了一倍。確保結構在被火災損壞后安全并使之能夠有計劃地適當?shù)谋痪S修的評估就顯得前所未有的重

4、要。幸運的是，即使經(jīng)歷了一場嚴重的火災后，混凝土和砌體結構通常能夠被修理而不是被拆除。</p><p>　　通過對顯微裂紋和礦物學變化的直接研究，巖相學的檢驗已被廣泛地應用于確定鋼筋混凝土構件的火災影響深度，還可應用于火災后的由石、磚以及砂漿等材料建成的砌體結構。巖相學能夠使人們獲得在建筑維修和增加安全保證直接提高節(jié)約成本的受損材料的精確的探測。</p><p>　　本文包含了巖相學在火災

5、評估所扮演角色的回顧，將原始的研究與一系列廣泛、真實的火災損傷調(diào)研相結合，也被作者承擔了下來。</p><p>　　關鍵字：混凝土 磚石砌體 火災 巖相學 光學顯微鏡</p><p><b>　　介紹：</b></p><p>　　在英國，火災的損失目前超過了每天兩萬英鎊。這項損失很有可能像過去的50年里數(shù)量增長超過100%的建筑火災那樣增長。

6、（ODPM,2006）。因此，從未有過如此重要的需求來作出確保結構在被火災損壞后安全并使之能夠有計劃地適當?shù)谋痪S修的評估。混凝土和砌體結構材料能夠在火災中留存是因為他們不可燃（與木材相比）并且擁有較差的導熱性能（與鋼鐵相比）。然而，由于高溫引起的物理化學變化和機械損傷最終會降低混凝土和砌體成分的承載能力。在實際情況中，最嚴重的損壞僅僅局限于外部，即使是嚴重的火災也很少引起整個結構的倒塌。經(jīng)驗表明以下詳細的評估，通過選擇一種維修技術，有時

7、將其與替代選定的結構構件相結合，幾乎所有火災中受損的建筑都能夠被修復。通過對結構進行更早的再占據(jù)，其作為將受損建筑大量損壞的一種替代，將會在重要花費和后續(xù)損失中提供相當多的結余。</p><p>　　巖相學的檢驗已被廣泛地應用于確定鋼筋混凝土構件的火災影響深度。如今，通過對混凝土樣品的顯微檢測而獲得的信息被普遍地應用于幫助人們作出對火災后的混凝土結構進行維修或摧毀的決定。一個最近高調(diào)的案例牽涉到了位于美國阿林頓的

8、五角大樓，一架被劫持的飛機在2001年9月11日撞向了它。對170件混凝土樣品的巖相檢驗表面混凝土構件的受損程度已經(jīng)不可以維修了，相應地，白宮在2002年作出了將受損部分進行拆除并重建的決定。</p><p>　　更不為人知的是相同的巖相檢測技術可以成功的被應用于其他的火災后的建材如天然石材、粘土磚和砂漿（包括水泥砂漿和石灰砂漿）?；馂暮笃鲶w結構樣品的巖相檢測可用于視維修所需要的程度來作出明智的決策。對于有歷史意

9、義的建筑，巖相檢測還可以被用于確定其成份并鑒定材料的來源，使之有一個適當?shù)倪x擇搭配。</p><p>　　至于火災對建筑材料影響的信息，還可以從其他領域的研究獲得。例如，考古學研究已經(jīng)被應用于確定加熱對石器工具和其他人工制品的影響。</p><p>　　火災后混凝土和砌體結構巖相學檢驗的應用（包括案例）將會在接下來的篇章中進行詳細討論。隨后在一個單獨的部分中，將會對一項考古學調(diào)查所做的加熱

10、實驗的研究結果選擇性地呈現(xiàn)。</p><p>　　火災損壞結構的研究步驟</p><p>　　火災之后，一份及時且透徹的鑒定通常是非常需要的。這種鑒定應該在建筑物可以進入和殘骸被移動之前就立即開始（混凝土協(xié)會，1990年）。從等指標測試的角度來講，一項溫度顯露危險性的評估是必需的（Khoury,2000年），在現(xiàn)場對每個結構性構件的損失進行直觀的檢測和分類，混凝土在火災中的最大溫度場分布可

11、以從通過過火混凝土的評估來評價，這是將現(xiàn)場的直觀觀察與在實驗室中對鉆孔的鉆石核心樣品進行的巖相檢測就可取得的一般成績。現(xiàn)場和實驗室研究的成果通常被用來制備詳述損傷的表格和計劃。接著，在考慮到每個受損構件的功能的前提下，將維修的花費與拆除并更換的費用進行比較。然后，很有可能草擬一份維修說明。混凝土協(xié)會社會技術報告第33號（1990年）上給出的一份流水表格表明了火災受損結構的評估流程。</p><p><b&g

12、t;　　現(xiàn)場勘察技術</b></p><p>　　進行實地勘察之前研究人員必須確信結構可以安全進入?？赡苄枰R時的腳手架（小道具）將獨立的構件固定并使結構作為整體來變形。初期的現(xiàn)場勘察技術是直觀的審視，也就是記錄倒塌、歪斜、剝落和開裂等的特征。重要的是，某些顏色的變化經(jīng)?？梢员挥糜阼b定受損材料的程度和范圍。直觀的視察可以借助于手握放大鏡（通常×10）和掃描顯微鏡（通常×50）.一種

13、小錘子經(jīng)常被用來進行偵測孔洞各層材料聲響的調(diào)查。大量的免費無損檢測技術可用來確定材料的強度曲線。這些包括施密特（反彈）錘、超聲波脈沖速率（UPV）、滲透阻力測試（Windsor探針）和鉆孔阻力測試（Felicetti,2006）。受損材料的樣品（以及未損壞材料的參考）可能通過鉆石核心鉆針或塊狀樣品的精提取的方式移到實驗是進行研究。</p><p><b>　　巖相檢測技術</b></p

14、><p>　　對混凝土、天然石材和砌體砂漿的巖相檢測要分別依據(jù)ASTM C856(ASTM國際,2004年)、BS EN 12407(英國標準協(xié)會,2000年)和ASTM C1324(ASTM國際,2005年)給出的方法進行。由于對粘土磚缺少特別具體的步驟，其巖相檢測的方法可以根據(jù)BS EN 12407的指導而改編。</p><p>　　以下的實驗樣品首先在標準條件下通過肉眼和放大倍率高達&

15、#215;100的低倍雙目顯微鏡進行觀察。這種最初的檢測用來觀察如細微裂縫和顏色變化等宏觀特征，它還允許選擇最適當?shù)奈恢米霰∏衅ㄍǔ?5㎜×50㎜）用以進行更深入、更詳細的高倍顯微鏡研究。</p><p>　　薄切片樣本的制備包括制造一般30微米厚安裝在玻璃的切片樣品，它可以透過光來進行顯微觀察。隨著研究巖石的技術發(fā)展，火災中受損的混凝土和砌體材料的切片制備工作對技術人員提出了很多的挑戰(zhàn)。樣品可能相對

16、比較軟、易碎或容易破裂，所有通過樹脂浸泡將材料粘在一起是必要的。膠凝混凝土和砂漿對熱和水很敏感，因此，薄切片制備的樹脂風干和干燥階段必須在低溫下進行（﹤60℃）。此外，在切割和碾磨過程中使用的冷卻液和載波液必須用油和酒精制備，而不是水。</p><p>　　薄切片的檢驗借助于倍率一般高達×600的高倍巖相學顯微鏡。當樣本看起來與強光源和勵磁過濾器結為一體時，將熒光染料添加到加固樹脂樣品制備過程中可以用來

17、幫助對結構裂縫和巖隙的檢查。對手頭樣品的直觀及低倍的檢查和使用高倍顯微鏡對薄切片的詳細的檢測被普遍成為“巖相檢驗”。</p><p>　　其他基于實驗的調(diào)查步驟</p><p>　　熱致發(fā)光是確定混凝土內(nèi)的石英粒子是否已被加熱到超過300-500℃的一項實驗室測試（Placido,1980）。然而，由于其有限的可能性和相對較高的費用，這項技術的使用率有所降低（Smart,1999）。大量的

18、其他顯微學和化學的分析方法被用來研究火災受損混凝土，這其中包括掃描電子顯微鏡（SEM）(Handoo et al, 2002 and Hajpál & Török, 2004)和X射線衍射儀的礦物學分析(XRD)(Handoo et al, 2002 and Hajpál & Török, 2004)。熱解析的方法包括差熱分析（DTA）熱比重分析（TGA）和衍生

19、熱重分析(Alarcon-Ruiz et al, 2005, Hajpál & Török, 2004 and Handoo et al, 2002)。到目前為止，這些方法主要被用于學術研究，并不常用于對火災后混凝土結構的商業(yè)化調(diào)研。</p><p>　　近年來，指導圖像分析技術應用的研究用以評估火災損壞混凝土的顏色變化(Lin et al, 2004 and Short e

20、t al, 2001)。這些方法包括使用電腦軟件分析從上等混凝土地面片上捕捉的數(shù)字圖片的顏色。由于不同的材料在加熱是表現(xiàn)出不同的顏色變化甚至有些根本不發(fā)生任何變化，所有依賴這種方法的火災損壞檢測有很多的缺點。與巖相檢測不同的是，彩色圖像分析不與損傷的其他特征例如裂縫和水泥的光學性質(zhì)等反復核對。與一系列相同混合、控溫加熱到某一溫度范圍的參考樣品進行標準化對比，圖像分析技術有它們最高的成功率。為了火災受損結構的評估，這些參照物需要從結構的完

21、好部分中提取巖芯樣品與和它完全相同的混凝土混合。經(jīng)驗豐富的建筑材料巖相學家應該經(jīng)常參與評估過程以確保任何可察覺的色彩變化實際上不是材料的固有特性或不同變質(zhì)過程所產(chǎn)生的結果。</p><p><b>　　混凝土結構</b></p><p>　　混凝土建筑最有可能遭受火災，包括私人和公共建筑如倉庫、辦公樓和學校。其他常見的情況包括汽車包裹的著火和混凝土填滿的隧道?；馂膶?/p>

22、凝土和混凝土結構影響的研究至少在1922年就開始了(Lea & Stradling, 1922)，并且現(xiàn)在能得到相當數(shù)量的信息。</p><p>　　冷卻后混凝土的強度變化取決于所達溫度、升溫速率、混合比例、應用加載和任何可能影響水分從表面流失的外部密(Khoury,2000)。溫度高達300℃時，結構優(yōu)質(zhì)混凝土的有效強度不會有多少損失。一般來說，300℃至500℃時混凝土的抗壓強度迅速減小，而且當混凝土

23、被加熱到超過600℃時對結構不起任何作用。300℃通常作為臨界溫度，認為高于300℃時混凝土已經(jīng)大大受損了。通常當混凝土暴露在300℃以上時，如果可能就要將其替換掉，否則就要依據(jù)設計荷載增加尺寸（例如加強柱）。</p><p>　　由加熱引起的直觀的外部損傷包括剝落、裂解、表面龜裂、變形、顏色變化和煙熏損傷。通過一項分類方案對鋼筋混凝土結構進行直觀調(diào)查，該方案出自混凝土協(xié)會33號報告（1990）。該系統(tǒng)采用表觀損

24、傷程度指標將每個建筑構件分為1到5個損傷級別。每個損傷級別有著相同的維修類別，從裝飾到大修。混凝土協(xié)會的分級規(guī)則概括在表1.</p><p>　　表層剝落是火災的一種常見結果，可以分為兩種類型。爆炸性剝落是eratic并且通常發(fā)生在火災中的第一個三十分鐘。緩慢剝落（就像“蛇脫皮”）發(fā)生于裂縫從火災影響的平行面發(fā)展到與混凝土面逐漸分離，并沿著混凝土的某些薄弱斷面分開，例如加強層。救火用水快速冷卻所產(chǎn)生的熱氣流也可以

25、導致裂縫。</p><p>　　由加熱引起的混凝土顏色變化（Bessey,1950）可以表明達到的最大溫度和火災的等效持時。在多數(shù)情況下，300℃以上色彩變紅很重要，因為它與混凝土的有效強度開始損失基本是同時發(fā)生的。任何顏色變粉紅或紅的混凝土應該被認為是存在疑惑的（混凝土協(xié)會，1990）。目前的混凝土顏色觀察取決于混凝土中存在骨料的類型。硅質(zhì)骨料的顏色變化最為顯著，石灰石、花崗巖和Lytag（顏色幾乎不變化）的相

26、對較少。最醒目的顏色是由火石產(chǎn)生的，圖1作了火石骨料混凝土的顏色變化的插圖。顏色變紅是含鐵（可氧化的）的特性，應該注意的是由于鐵的含量各有不同，不是所有骨料在加熱是顏色都回變化。而且，還要充分考慮到粉紅色或紅色可能是骨料的自然特性而不是加熱所導致的可能性。</p><p>　　一些廣泛使用的聚合材料包含紅色或粉紅色的顆粒。英國的實例含有奧陶紀和Permo-triassic的砂巖和石英巖，它們通常是各種各樣的紅色遮

27、蔽物和包含這些巖石形成原料的沙子或碎石堆積物（例如，特倫特河碎石）。此外，泰晤士河碎石可能偶爾含有被天然著紅色的火石。當白色煅燒過的火石出現(xiàn)必須留心，因為這些通常組合為白色可裝飾的混凝土面板，也是硅酸鈣磚塊的常見成分。</p><p>　　巖相學檢驗在確定加熱關系曲線時是非常有價值的，因為它可以確定直觀觀察的特征實際上是否由加熱或其他原因引起的。除骨料顏色變化以外，加熱溫度可以通過水泥基體與物理痕跡的證據(jù)如裂縫和

28、顯微裂縫反復核對。對混凝土由于被加熱而經(jīng)歷變化的匯集見表2。微觀特征觀察的仔細鑒別提出通過單個混凝土構件深度繪制的熱輪廓曲線（等變線）。在大多數(shù)順利的情況下，輪廓線繪制在105℃（增加水泥基體的氣孔）、300℃（骨料顏色變紅）、500℃（水泥基體變得完全各向同性）、600℃（α石英轉(zhuǎn)換為β石英）、800℃（石灰石煅燒）和1200℃（融化的第一標志）。</p><p>　　圖2顯示了一些在火災受損混凝土中觀察到的顯

29、微特征（出自Smart的例子，1999）。有些骨料粒子變紅表示在此時混凝土至少已到達300℃?；鹗Ｗ右驯混褵^并且已被加熱到250℃至450℃。水泥基體被許多極小裂縫貫穿，其中有些從非常小的骨料碎片的石英顆粒輻射開來。與石英相連的深裂縫表明混凝土已經(jīng)達到550℃至575℃?？偟膩碚f，我們可以推斷混凝土被加熱到大概600℃為該區(qū)域的標志樣品。</p><p>　　通過確定憑借混凝土組成部分交界處的熱輪廓線的位置，

30、可以作一個關于加強塊適當條件的評估。在200℃至400℃時預應力鋼材顯示了相當?shù)膹姸葥p失，高于450℃時冷加工鋼材損失殘余強度，高于600℃時熱軋鋼損失殘余強度。</p><p>　　火災受損混凝土結構的案例研究</p><p>　　為確定一幢十層預應力混凝土框架建筑（圖3）在一場大火中的受損程度，筆者被委任進行一次調(diào)查?；馂脑谑┕て陂g突然發(fā)生，迅速蔓延至三層樓，并燒掉了依舊堆放在上部三層

31、混凝土樓板上的木質(zhì)模板（圖4）。</p><p>　　這項調(diào)查分為兩個階段。第一階段由有限的現(xiàn)場直觀檢查和對二十個混凝土芯塊在實驗室進行的巖相學研究?，F(xiàn)場檢查顯示火災很不尋常，因為起火地點非常寬闊。包括剝落在內(nèi)的最嚴重的損壞關系著澆筑在混凝土中為加強構件的易燃塑料墊片（圖4、5、6），樓板上的一些位置顯示出了熱膨脹裂縫（圖7），記錄了某些細小骨料粒子變成紅色（圖6、8）。</p><p>

32、　　巖相檢驗確定了混凝土包括花崗石碎粗骨料和天然砂細骨料，它們由添加了灰燼的堅固波蘭特水泥基石緊緊束縛。花崗石粗骨料是天然粉紅色并且不會由加熱引起任何變化，細骨料中含有一定比例在加熱時出現(xiàn)明顯紅色變化的燧石粒子（圖9）。其他的顯著特征包括由加熱引起的水泥基石的礦物學變化（圖10）和各種各樣的裂縫和顯微裂紋（圖11）。第一階段的調(diào)查結果表明結構可以進行經(jīng)濟地修理（表示與拆毀相比節(jié)省了相當大的花費），并且混凝土骨料的顏色變化可以用來確定每個

33、300℃結構構件的位置。大量的直觀檢查項目之后，要進行混凝土芯塊和鋼筋抽樣（第二階段）以確定每個構件在火災中的受損程度。第二階段包括對兩百個混凝土樣品的巖相檢驗，這將確定沒有任何混凝土被加熱到超過600℃的溫度。</p><p>　　總的來說，盡管火災損害分布較廣泛，但其通常被局限與平板挑檐地面和柱子外部5㎜至30㎜。對加固鋼材樣品的強度檢測表明鋼材并沒有受加熱而較大的影響?？梢酝茢?，盡管火災蔓延很廣，但那些損傷

34、明顯是可以修復的。這得力于模板對平板挑檐起到了一定程度的保護作用，而且由于缺少可燃物導致火災持續(xù)時間相對較短。接著，直觀檢查和巖相檢驗聯(lián)合的調(diào)查結果被用來起草一份維修說明書。</p><p>　　修復包括切除樓層平板挑檐處和柱子上被受損區(qū)域覆蓋的混凝土，通過噴射水（水力拆除，圖12）或人工碎石機（通常是大錘子充當鉆頭，圖13）。最初覆蓋深度就會被噴射混凝土所修復（壓力噴漿，圖14）。我們發(fā)現(xiàn)手工使用鉆機除去混凝土

35、比噴射水更精確，因為噴射水流在混凝土表面會被偏離達30㎜（圖13）。這中較高的調(diào)劑有利于為噴射混凝土與原來混凝土的粘結提供出色的底層灰泥（圖15）。</p><p><b>　　石材和磚砌體結構</b></p><p>　　最有可能遭受火災的砌體類型的結構包括住宅和公共建筑，還包括著名的就像有特殊歷史意義及文化價值的建筑（Sippel et al,2007）。磚石砌體

36、受建筑火災影響很嚴重。損失趨于向門窗洞口處集中，但也可能影響到結構性的砌塊（Chakrabarti et al,1996）。與混凝土相同的方式下，暴露在火中承重墻的強度將會由于砂漿的退化而進一步降低。由其他結構構件膨脹或倒塌更有可能引起更嚴重的損壞（Tucker & Read,1981）。高溫條件下（600℃至800℃）大多天然石材和砂漿的強度會受很大的影響，如果發(fā)生熱沖擊石塊可能會粉碎（Chakrabarti et al,19

37、96）。用冷水熄滅被火加熱的砌體會引起裂縫(McLaren,1998)。</p><p>　　粘土磚可以承受1000℃左右甚至更高的溫度而沒有任何損傷，但在強熱和持續(xù)加熱條件下，磚的表明可能會融化。一些特殊種類的穿孔磚會發(fā)生剝落(Tucker & Read, 1981)。在低溫下（200℃至300℃）的損傷通常局限于顏色變化，例如含鐵的石塊和砂漿變紅。雖然沒有結構性的重大意義，但從審美角度講意義重大因為顏

38、色變化是不可逆的，尤其對于有歷史意義的建筑。在很多情況下，砌體遠離火可能會遭受煙熏（變黑）。水過去常常用來救火，由于氣候變壞而導致水的浸入會引起表面鹽化和砂漿的浸析。</p><p>　　天然石材由加熱引起的各種類型的變化如表3所示。最重要的是引起顏色變紅的氧化鐵的化合物是在300℃左右開始變化的。顏色變紅相當于有效強度開始損失，可以類似的方式來檢查混凝土300℃時的熱輪廓曲線。必須非常謹慎地確保粉紅色或紅色是由

39、加熱引起的，因為是天然的粉紅或紅色。此外，作者知道兩種天然的石制品（一種砂巖和一種花崗巖）被石加工者故意進行熱處理以改變其顏色，為的是增加銷量。圖16顯示了砂巖的顯微觀察，它被故意進行熱處理以將其顏色從淺棕色改變?yōu)楦m合銷售的深紅色。其他對石材重要的熱處理包括在573℃的α石英轉(zhuǎn)換為β石英階段使產(chǎn)生裂縫或石英脫粒，以及在800℃至1000℃是煅燒石灰石和大理石。</p><p>　　當尋找粘土磚在火災中的損傷是，

40、必須牢記它們通常在制造過程中就在很高的溫度（現(xiàn)在的磚為900℃至1150℃）下燒過了。某些磚組分的外觀和條件可以用來確定磚窯內(nèi)的燒制溫度（Dunham,1992）。圖17給出了一塊取自有歷史意義建筑的磚的顯微圖，它包含了變色和煅燒過的燧石，這表明不均勻的燒制溫度高達800℃。</p><p>　　修理砌體結構時，與原來材料的搭配以保證協(xié)調(diào)性是人們所追求的（對待有歷史意義建筑時這是一項重要的需求）。為了與有歷史意義

41、的砌體結構相協(xié)調(diào)，巖相檢驗通常被用于確定天然石材的來源和砂漿的組成成分(Ingham,2005a)。為安全起見，火災受損砌體結構的修復技術是從沒有約束的材料開始的。對于有歷史意義的結構，精力通?；ㄙM在通過各種各樣的加固技術盡可能多的保留原來的材料。損壞嚴重的砌體構件和砂漿會被替換掉，以便維持結構完整。任何損壞的嵌入的金屬箍或固定裝置也應考慮在修復方案之內(nèi)。</p><p>　　火災受損石砌體結構的案例分析<

42、/p><p>　　人們進行了一項調(diào)查以確定一個有歷史意義的砌體谷倉在火災中的受損程度。由于有明確的位置所以火相對較小，與該處相鄰的墻體呈現(xiàn)出嚴重的損壞。該建筑由厚重的砌體墻構成，墻是石灰石砌塊和石灰砂漿砌成的。現(xiàn)場的直觀檢查表明火災的損害很局限，大量的石灰石砌塊外部顏色變化，砌塊和石灰砂漿上出現(xiàn)了裂紋或微裂痕。</p><p>　　對芯塊樣品的巖相檢測表明砌塊由生物亮晶石灰?guī)r組成，顯示顏色變紅

43、（圖18）意味著它的外表面曾被加熱到300℃至500℃。外部的40㎜至50㎜出現(xiàn)交織的顯微裂縫網(wǎng)（圖19），巖石的完整性表明它曾被損壞自外表面起最深達50㎜.砂漿包含有天然石英砂細骨料，由非水硬性或弱水硬性石灰的堅固基石聯(lián)系在一起。砂漿樣品在外表面至70㎜深處顯示一種形式的裂縫，外部5㎜至6㎜的粘接劑呈現(xiàn)出大量的顯微裂縫（圖20），這些都是由加熱引起的。白堊骨料粒子在深達9㎜呈現(xiàn)出顏色變化（圖21），這表明300℃的熱輪廓曲線至外表面大

44、概有10㎜深。外表面可能曾被加熱至高達500℃。砂漿的完整性表明損壞自外表面起達70㎜深，而外部最集中的損傷有5㎜至6㎜。</p><p>　　可以推斷，人們期望熱處理裂縫或顯微裂縫的出現(xiàn)會增加砌體外立面排水的敏感性。然而，由于火災只限定在表面并且沒有損壞結構的完整性，可以決定對損壞部位進行監(jiān)測而不用任何直接的修理。</p><p>　　火災受損磚砌體結構的案例分析</p>

45、<p>　　在一場縱火襲擊之后，人們對一所學校的體育館進行了研究以確定其在火災中的受損程度。大火是由一輛沖進急救室門的小汽車引起的，接著就燃著了（圖22）。該建筑包含由混凝土內(nèi)扇和粘土磚外扇構成空腔的墻體。</p><p>　　現(xiàn)場直觀檢查表明門洞周圍磚砌部分的砂漿呈現(xiàn)出紅色變化（圖23）。從門洞周圍的磚砌部分用鉆機鉆下了大量的芯塊樣品。芯塊的孔洞還可用于通過光纖檢查鏡對其進行檢查以尋找建筑物的損傷并檢

46、查墻體約束的情況。在實驗室對芯塊樣品進行的巖相檢測表明砂漿包括石英砂細骨料，它們被體現(xiàn)出黃色的堅固的波蘭特水泥基石約束著。樣品顏色變紅（圖24），且觀察到的顯微裂縫自外表面達20㎜。在所有案例中，粘土磚并沒有因加熱而產(chǎn)生任何損傷。</p><p>　　可以推斷門洞周圍的砌體損壞嚴重，門框周圍達一米的區(qū)域應拆除并使用新材料重建。</p><p><b>　　燧石加熱實驗</b

47、></p><p>　　關于燧石加熱的結果，實驗的古跡提供了很多的信息。這可以被應用于在火災中受損的混凝土和砌體結構，因為在燧石出現(xiàn)的區(qū)域，它作為一種混凝土骨料也應用于石建筑。</p><p>　　在史前時期，燧石工具受熱處理和韌煉的影響（Luedtke,1992）。在燧石火中取出依然紅熱的時候?qū)⑵鋪G入水壺中，還可用作“煮水”以給水加熱(Shepherd,1972)。筆者對燧石樣品進

48、行了巖相檢驗，從實驗的設計到在不同溫度下對其加熱結果的研究(Ingham 2005c)。實驗的目的是幫助“煮水”燧石最大溫度的直觀識別方法的系統(tǒng)化。這塊燧石是在英國哈福德郡考古學出土文物的一個大土堆里發(fā)現(xiàn)的。實驗是從考古場所周圍的犁地里收集未被加熱的有代表性的燧石樣品開始的。成批收集到的燧石接下來會被放到不同預先設置不同溫度的爐子里加熱，每次持續(xù)15分鐘。熱處理過的燧石樣品首先要經(jīng)受直觀和低倍率顯微鏡的觀察。每批樣品中會有一部分用來制作

49、薄切片標本，以便通過高倍率顯微鏡的對其進行詳細檢測。</p><p>　　熱處理之后燧石的外觀如圖25所示，巖相檢測的結果歸納如表4。對手頭切片的熱處理之前最重要的是，所有都是由有著不透明白色外層的透明的黑褐色燧石組成的。有些情況下，它的外層由于鐵化合物的天然侵蝕而部分被染成褐色。為被加熱的薄切片參照樣品是由隱晶質(zhì)或微晶質(zhì)硅的結合晶體構成的，燧石的芯微孔率很低而其外層呈現(xiàn)出很高的微孔率。</p>&

50、lt;p>　　加熱實驗表明300℃以下的溫度對礦物燧石沒有任何影響。隨著溫度的升高，燧石呈現(xiàn)出一系列的礦物學變化。在400℃時燧石粒子邊緣開始出現(xiàn)紅色變化，這種變化在900℃之前的任何溫度都可以看到，但1200℃的樣品不會出現(xiàn)。在400℃時燧石開始出現(xiàn)隨著溫度的升高而頻繁增加的裂縫和顯微裂紋，1200℃的樣品上觀察到的最多。在500℃及以下微孔率很低，600℃及以上時燧石的煅燒區(qū)域微孔率增加。600℃時，伴隨著部分煅燒區(qū)域的燧石芯

51、顏色變?yōu)椴煌该鞯臏\灰色，燧石出現(xiàn)煅燒的征兆。在700℃時顏色變?yōu)闇\灰色和白色的混合色。在800℃時顏色更重，且芯是不透明的白色。觀察到的白色與完全的煅燒產(chǎn)物有關。</p><p>　　在加熱過程中觀察到檢測樣品的接連的變化與那些文獻記錄的火災中受損的混凝土十分的相似。然而，值得注意的是文獻記錄的變化都發(fā)生在明顯較低的溫度下。由于燧石樣品在實驗中被加熱相對較短的時間（每次15分鐘），所以增加加熱時間而降低其礦物學變

52、化出現(xiàn)和結束的溫度是很有可能的。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　巖相檢驗有確定的記錄軌跡以精確確定結構混凝土在火災中的受損深度。這項技術也被成功地應用于磚石砌體結構的建造，包括有歷史意義的建筑。進行巖相檢驗的花費的多次回收超過其成本，除了隨之而來的明智的決定和精確的維修說明書。</p><p>　　通過現(xiàn)場直觀顏

53、色變化（例如骨料粒子的顏色變紅）在火災中受損的深度應謹慎進行。有經(jīng)驗的建筑材料巖相學家應該一直參與確保特征是有火災損壞引起的而不是天然存在的特征，或者材料沒有為了美學的原因而刻意地被熱處理過。如果為觀察到顏色變化，并不能必然地確定不存在火災損傷。顯微檢查可以發(fā)現(xiàn)由火災引起的其他一系列特征，這樣就不會漏掉任何東西了。巖相學也是一種可選擇的方法用于材料的鑒定、確定材料的來源從而使材料搭配，以利火災中受損的有歷史意義結構的修復。</p&

54、gt;<p>　　附件2：外文原文（復印件）</p><p>　　ASSESSMENT OF FIRE-DAMAGED CONCRETE AND MASONRY </p><p>　　STRUCTURES:THE APPLICATION OF PETROGRAPHY</p><p>　　Jeremy P Ingham</p><p&

55、gt;　　Halcrow Asset Engineering, Burderop Park, Swindon SN4 0QD, United Kingdom, inghamjp@halcrow.com</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The number of building fires has doubled over t

56、he last 50 years. There has never been a greater need for structures to be assessed for fire damage to ensure safety and enable appropriate repairs to be planned.Fortunately, even after a severe fire, concrete and masonr

57、y structures are generally capable of being repairedrather than demolished.</p><p>　　By allowing direct examination of microcracking and mineralogical changes, petrographic examinationhas become widely used

58、to determine the depth of fire damage for reinforced concrete elements. Petrographicexamination can also be applied to fire-damaged masonry structures built of materials such as stone, brick and mortar. Petrography can e

59、nsure accurate detection of damaged geomaterials which provides cost savings during building repair and increased safety reassurance.</p><p>　　This paper comprises a review of the role of petrography in fire

60、 damage assessments, drawing on a combination of original research and a wide range of actual fire damage investigations, undertaken by the author.</p><p>　　Practical guidance for determining the heating his

61、tory of structures is provided along with explanation of the other investigation phases required, for successful programmes of assessment and repair of fire-damaged concrete and masonry structures.</p><p>　　

62、Keywords: Concrete, masonry, fire, petrography, optical microscopy</p><p>　　Introduction</p><p>　　The cost of building fires in the United Kingdom currently exceeds two million pounds per day. T

63、his cost is likely to rise as the number of building fires has increased by more than a 100% over the last 50 years (ODPM, 2006). Consequently, there has never been a greater need for structures to be assessed for fire d

64、amageto ensure safety and enable appropriate repairs to be planned. Concrete and masonry construction materials offer good resistance to fire because they are incombustible (in compari</p><p>　　Petrographic

65、examination has become widely used to determine the depth of fire damage for reinforced concrete elements. The information gained from microscopical examination of concrete samples is now routinely used to aid the decisi

66、on of whether to repair, or demolish fire-damaged concrete structures. A recent high profile case involved the Pentagon building in Arlington (United States of America) that was severely damaged when a hijacked plane was

67、 crashed into it on 11 September 2001.Petrograp</p><p>　　It is less well known that the same petrographic examination techniques can be successfully applied to other fire-damaged building materials such as n

68、atural stone, clay bricks and mortars (both lime and cementbased). Petrographic examination of samples from fire-damaged stone and brick masonry structures can be used to make informed decisions regarding the extent of r

69、epair required. In the case of historic structures,</p><p>　　petrographic examination can also be used to determine the composition and identify the source of the materials,enabling a compatible match to be

70、selected.</p><p>　　Useful information regarding the effect of fire on construction materials can also be gained from other areas of research. For example, archaeological investigations have been undertaken t

71、o determine the effect of heating on stone tools and other artifacts.</p><p>　　The application of petrographic examination of fire-damaged concrete and masonry structures (including case studies) will be di

72、scussed in detail in the following pages. Selected findings of flint heating experiments for an archaeological investigation are presented subsequently, in a separate section.</p><p>　　Investigation procedur

73、es for fire-damaged structures</p><p>　　An immediate and thorough appraisal is normally required after a fire. The appraisal should begin as soon as the building can be entered and generally before theremova

74、l of debris (Concrete Society 1990). After a fire, an estimate of the severity of temperature exposure is required in terms of an equivalent standard test (Khoury, 2000). A visual examination and classification of damage

75、 for each structural member is conducted onsite.The maximum concrete temperature profile during a fire can be est</p><p>　　cost of repair and the cost of removal and replacement is then made for each damaged

76、 element, taking into account its function. Following this, a repair stategy may be drawn up. A flow chart showing the assessment procedure for fire-damaged structures is given in Concete Society Society Technical Report

77、 No. 33 (1990).</p><p>　　On-site investigation techniques</p><p>　　Prior to undertaking on-site inspection the investigator must be satisfied that the structure is safe to enter. Temporary false

78、work (props) may be required to secure individual members and stabilise the structure as a whole. The primary on-site investigation technique is the visual inspection, which records such features as collapse, deflections

79、, spalling and cracking. Importantly, certain colour changes can often be used to identify the presence and extent of damaged material. Visual inspection</p><p>　　Petrographic investigation techniques</p&

80、gt;<p>　　Petrographic examination of concrete, natural stone and masonry mortar are performed in accordance with methods given in ASTM C856 (ASTM International, 2004), BS EN 12407 (British Standards Institution,20

81、00) and ASTM C1324 (ASTM International, 2005) respectively. In the absence of a specific standard procedure for clay bricks, petrographic examination methods could be adapted from the guidance in BS EN 12407. Following a

82、rrival in the laboratory samples are first examined in the as-received condi</p><p>　　Other laboratory-based investigation procedures</p><p>　　Thermoluminescence is a laboratory test that can be

83、 used to determine if quartz aggregate particles within concrete have been heated to temperatures exceeding 300-500ºC (Placido, 1980). However, the usefulness of this technique is somewhat reduced by its limited ava

84、ilability and relatively high cost (Smart, 1999). A number of other microscopical and chemical analysis methods have been used to investigate fire-damaged concrete. These include scanning electron microscopy (SEM) (Hando

85、o et al, 2002 </p><p>　　In recent years, research has been conducted into the application of image analysis techniques to assessment of the colour changes caused to concrete by fire-damage (Lin et al, 2004 a

86、nd Short et al, 2001).These methods involve using computer software to analyse the colours of digital images captured from finely ground slices of concrete. Reliance on this method to detect fire-damage has a number of d

87、rawbacks as different</p><p>　　geomaterials show differing colour changes on heating and some show no changes at all. Unlike petrographic examination, colour image analysis does not cross-check with other fe

88、atures of damage such as microcracking or changes in the optical properties of the cement paste. Image analysis techniques have their greatest chance of success when calibrated against a set of reference samples of the s

89、ame mix, heated to a range of temperatures under controlled conditions. For assessment of fire-damaged s</p><p>　　Concrete structures</p><p>　　Concrete buildings most likely to be subjected to f

90、ire include private and public buildings such as warehouses, offices and schools. Other common scenarios involve vehicle fires in car packs or concrete lined tunnels. Research into the effect of fire on concrete and conc

91、rete structures has been conducted since as least 1922 (Lea & Stradling, 1922) and a considerable quantity of information is now available.</p><p>　　The strength of concrete after cooling varies dependin

92、g on temperature attained, the heating rate, mix proportions, applied loading and any external sealing that may influence moisture loss from the surface (Khoury,2000). For temperatures up to 300ºC the residual stren

93、gth of structural quality concrete is not severely reduced (Malhotra, 1956). Generally, between 300ºC and 500ºC the compressive strength reduces rapidly and concrete that has been heated in excess of 600ºC

94、 will of no use structural</p><p>　　Visually apparent damage induced by heating include spalling, cracking, surface crazing, deflection, colour changes and smoke damage. Visual survey of reinforced concrete

95、structure is performed using a classification scheme from Concrete Society Technical Report No. 33 (1990). This system uses visual indications of the degree of damage to assign each structural member a class of damage fr

96、om 1 to 5. Each damage classification number has a corresponding category of repair, ranging from decoration </p><p>　　Spalling of the surface layers is a common effect of fires and may be grouped into two t

97、ypes.Explosive spalling is eratic and generally occurs in the first thirty minutes of the fire. A slower spalling (refered to as 'sloughing off') occurs as cracks form parallel to the fire-affected surfaces leadi

98、ng to a gradual separation of concrete layers and detachment of a section of concrete along some plane of weakness, such as a layer of reinforcement. A comprehensive study of spalling of concrete in f</p><p>

99、;　　The colour of concrete can change as a result of heating (Bessey, 1950) and may be used to indicate the maximum temperature attained and the equivalent fire duration. In many cases, at above 300ºC a red discolora

100、tion is important as it coincides approximately with the onset of significant strength loss. Any pink/red discolored concrete should be regarded as being suspect (Concrete Society, 1990). Actual concrete colours observed