外文文獻(xiàn)翻譯---混凝土和砌體結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的評(píng)估巖相學(xué)的應(yīng)用

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</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(xué)應(yīng)用 　　　　　　　　　

2、 </p><p>　　院系名稱(chēng)： 土木建筑學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 土木工程0603班 </p><p>　　學(xué)生姓名： 杜盛裕　　　 學(xué) 號(hào)： 20064040314　　</p><p>　　指導(dǎo)教師： 韓 陽(yáng) 　　 教師職稱(chēng)：　 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(jié)構(gòu)火災(zāi)后的評(píng)估：巖相學(xué)的應(yīng)用</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　在過(guò)去的50年里，建筑物發(fā)生火災(zāi)的數(shù)量增加了一倍。確保結(jié)構(gòu)在被火災(zāi)損壞后安全并使之能夠有計(jì)劃地適當(dāng)?shù)谋痪S修的評(píng)估就顯得前所未有的重

4、要。幸運(yùn)的是，即使經(jīng)歷了一場(chǎng)嚴(yán)重的火災(zāi)后，混凝土和砌體結(jié)構(gòu)通常能夠被修理而不是被拆除。</p><p>　　通過(guò)對(duì)顯微裂紋和礦物學(xué)變化的直接研究，巖相學(xué)的檢驗(yàn)已被廣泛地應(yīng)用于確定鋼筋混凝土構(gòu)件的火災(zāi)影響深度，還可應(yīng)用于火災(zāi)后的由石、磚以及砂漿等材料建成的砌體結(jié)構(gòu)。巖相學(xué)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(cè)。</p><p>　　本文包含了巖相學(xué)在火災(zāi)

5、評(píng)估所扮演角色的回顧，將原始的研究與一系列廣泛、真實(shí)的火災(zāi)損傷調(diào)研相結(jié)合，也被作者承擔(dān)了下來(lái)。</p><p>　　關(guān)鍵字：混凝土 磚石砌體 火災(zāi) 巖相學(xué) 光學(xué)顯微鏡</p><p><b>　　介紹：</b></p><p>　　在英國(guó)，火災(zāi)的損失目前超過(guò)了每天兩萬(wàn)英鎊。這項(xiàng)損失很有可能像過(guò)去的50年里數(shù)量增長(zhǎng)超過(guò)100%的建筑火災(zāi)那樣增長(zhǎng)。

6、（ODPM,2006）。因此，從未有過(guò)如此重要的需求來(lái)作出確保結(jié)構(gòu)在被火災(zāi)損壞后安全并使之能夠有計(jì)劃地適當(dāng)?shù)谋痪S修的評(píng)估?；炷梁推鲶w結(jié)構(gòu)材料能夠在火災(zāi)中留存是因?yàn)樗麄儾豢扇迹ㄅc木材相比）并且擁有較差的導(dǎo)熱性能（與鋼鐵相比）。然而，由于高溫引起的物理化學(xué)變化和機(jī)械損傷最終會(huì)降低混凝土和砌體成分的承載能力。在實(shí)際情況中，最嚴(yán)重的損壞僅僅局限于外部，即使是嚴(yán)重的火災(zāi)也很少引起整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌。經(jīng)驗(yàn)表明以下詳細(xì)的評(píng)估，通過(guò)選擇一種維修技術(shù)，有時(shí)

7、將其與替代選定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件相結(jié)合，幾乎所有火災(zāi)中受損的建筑都能夠被修復(fù)。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(huì)在重要花費(fèi)和后續(xù)損失中提供相當(dāng)多的結(jié)余。</p><p>　　巖相學(xué)的檢驗(yàn)已被廣泛地應(yīng)用于確定鋼筋混凝土構(gòu)件的火災(zāi)影響深度。如今，通過(guò)對(duì)混凝土樣品的顯微檢測(cè)而獲得的信息被普遍地應(yīng)用于幫助人們作出對(duì)火災(zāi)后的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修或摧毀的決定。一個(gè)最近高調(diào)的案例牽涉到了位于美國(guó)阿林頓的

8、五角大樓，一架被劫持的飛機(jī)在2001年9月11日撞向了它。對(duì)170件混凝土樣品的巖相檢驗(yàn)表面混凝土構(gòu)件的受損程度已經(jīng)不可以維修了，相應(yīng)地，白宮在2002年作出了將受損部分進(jìn)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(cè)技術(shù)可以成功的被應(yīng)用于其他的火災(zāi)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?zāi)后砌體結(jié)構(gòu)樣品的巖相檢測(cè)可用于視維修所需要的程度來(lái)作出明智的決策。對(duì)于有歷史意

9、義的建筑，巖相檢測(cè)還可以被用于確定其成份并鑒定材料的來(lái)源，使之有一個(gè)適當(dāng)?shù)倪x擇搭配。</p><p>　　至于火災(zāi)對(duì)建筑材料影響的信息，還可以從其他領(lǐng)域的研究獲得。例如，考古學(xué)研究已經(jīng)被應(yīng)用于確定加熱對(duì)石器工具和其他人工制品的影響。</p><p>　　火災(zāi)后混凝土和砌體結(jié)構(gòu)巖相學(xué)檢驗(yàn)的應(yīng)用（包括案例）將會(huì)在接下來(lái)的篇章中進(jìn)行詳細(xì)討論。隨后在一個(gè)單獨(dú)的部分中，將會(huì)對(duì)一項(xiàng)考古學(xué)調(diào)查所做的加熱

10、實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果選擇性地呈現(xiàn)。</p><p>　　火災(zāi)損壞結(jié)構(gòu)的研究步驟</p><p>　　火災(zāi)之后，一份及時(shí)且透徹的鑒定通常是非常需要的。這種鑒定應(yīng)該在建筑物可以進(jìn)入和殘骸被移動(dòng)之前就立即開(kāi)始（混凝土協(xié)會(huì)，1990年）。從等指標(biāo)測(cè)試的角度來(lái)講，一項(xiàng)溫度顯露危險(xiǎn)性的評(píng)估是必需的（Khoury,2000年），在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的損失進(jìn)行直觀的檢測(cè)和分類(lèi)，混凝土在火災(zāi)中的最大溫度場(chǎng)分布可

11、以從通過(guò)過(guò)火混凝土的評(píng)估來(lái)評(píng)價(jià)，這是將現(xiàn)場(chǎng)的直觀觀察與在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)鉆孔的鉆石核心樣品進(jìn)行的巖相檢測(cè)就可取得的一般成績(jī)。現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室研究的成果通常被用來(lái)制備詳述損傷的表格和計(jì)劃。接著，在考慮到每個(gè)受損構(gòu)件的功能的前提下，將維修的花費(fèi)與拆除并更換的費(fèi)用進(jìn)行比較。然后，很有可能草擬一份維修說(shuō)明?；炷羺f(xié)會(huì)社會(huì)技術(shù)報(bào)告第33號(hào)（1990年）上給出的一份流水表格表明了火災(zāi)受損結(jié)構(gòu)的評(píng)估流程。</p><p><b&g

12、t;　　現(xiàn)場(chǎng)勘察技術(shù)</b></p><p>　　進(jìn)行實(shí)地勘察之前研究人員必須確信結(jié)構(gòu)可以安全進(jìn)入?？赡苄枰R時(shí)的腳手架（小道具）將獨(dú)立的構(gòu)件固定并使結(jié)構(gòu)作為整體來(lái)變形。初期的現(xiàn)場(chǎng)勘察技術(shù)是直觀的審視，也就是記錄倒塌、歪斜、剝落和開(kāi)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(lái)進(jìn)行偵測(cè)孔洞各層材料聲響的調(diào)查。大量的免費(fèi)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可用來(lái)確定材料的強(qiáng)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(cè)試（Windsor探針）和鉆孔阻力測(cè)試（Felicetti,2006）。受損材料的樣品（以及未損壞材料的參考）可能通過(guò)鉆石核心鉆針或塊狀樣品的精提取的方式移到實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行研究。</p><p><b>　　巖相檢測(cè)技術(shù)</b></p

14、><p>　　對(duì)混凝土、天然石材和砌體砂漿的巖相檢測(cè)要分別依據(jù)ASTM C856(ASTM國(guó)際,2004年)、BS EN 12407(英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì),2000年)和ASTM C1324(ASTM國(guó)際,2005年)給出的方法進(jìn)行。由于對(duì)粘土磚缺少特別具體的步驟，其巖相檢測(cè)的方法可以根據(jù)BS EN 12407的指導(dǎo)而改編。</p><p>　　以下的實(shí)驗(yàn)樣品首先在標(biāo)準(zhǔn)條件下通過(guò)肉眼和放大倍率高達(dá)&

15、#215;100的低倍雙目顯微鏡進(jìn)行觀察。這種最初的檢測(cè)用來(lái)觀察如細(xì)微裂縫和顏色變化等宏觀特征，它還允許選擇最適當(dāng)?shù)奈恢米霰∏衅ㄍǔ?5㎜×50㎜）用以進(jìn)行更深入、更詳細(xì)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(guò)光來(lái)進(jìn)行顯微觀察。隨著研究巖石的技術(shù)發(fā)展，火災(zāi)中受損的混凝土和砌體材料的切片制備工作對(duì)技術(shù)人員提出了很多的挑戰(zhàn)。樣品可能相對(duì)

16、比較軟、易碎或容易破裂，所有通過(guò)樹(shù)脂浸泡將材料粘在一起是必要的。膠凝混凝土和砂漿對(duì)熱和水很敏感，因此，薄切片制備的樹(shù)脂風(fēng)干和干燥階段必須在低溫下進(jìn)行（﹤60℃）。此外，在切割和碾磨過(guò)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(yàn)借助于倍率一般高達(dá)×600的高倍巖相學(xué)顯微鏡。當(dāng)樣本看起來(lái)與強(qiáng)光源和勵(lì)磁過(guò)濾器結(jié)為一體時(shí)，將熒光染料添加到加固樹(shù)脂樣品制備過(guò)程中可以用來(lái)

17、幫助對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫和巖隙的檢查。對(duì)手頭樣品的直觀及低倍的檢查和使用高倍顯微鏡對(duì)薄切片的詳細(xì)的檢測(cè)被普遍成為“巖相檢驗(yàn)”。</p><p>　　其他基于實(shí)驗(yàn)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(guò)300-500℃的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試（Placido,1980）。然而，由于其有限的可能性和相對(duì)較高的費(fèi)用，這項(xiàng)技術(shù)的使用率有所降低（Smart,1999）。大量的

18、其他顯微學(xué)和化學(xué)的分析方法被用來(lái)研究火災(zāi)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(xué)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(xué)術(shù)研究，并不常用于對(duì)火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)的商業(yè)化調(diào)研。</p><p>　　近年來(lái)，指導(dǎo)圖像分析技術(shù)應(yīng)用的研究用以評(píng)估火災(zāi)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(lài)這種方法的火災(zāi)損壞檢測(cè)有很多的缺點(diǎn)。與巖相檢測(cè)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(xué)性質(zhì)等反復(fù)核對(duì)。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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)比，圖像分析技術(shù)有它們最高的成功率。為了火災(zāi)受損結(jié)構(gòu)的評(píng)估，這些參照物需要從結(jié)構(gòu)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(yàn)豐富的建筑材料巖相學(xué)家應(yīng)該經(jīng)常參與評(píng)估過(guò)程以確保任何可察覺(jué)的色彩變化實(shí)際上不是材料的固有特性或不同變質(zhì)過(guò)程所產(chǎn)生的結(jié)果。</p><p><b>　　混凝土結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　混凝土建筑最有可能遭受火災(zāi)，包括私人和公共建筑如倉(cāng)庫(kù)、辦公樓和學(xué)校。其他常見(jiàn)的情況包括汽車(chē)包裹的著火和混凝土填滿的隧道?；馂?zāi)對(duì)混

22、凝土和混凝土結(jié)構(gòu)影響的研究至少在1922年就開(kāi)始了(Lea & Stradling, 1922)，并且現(xiàn)在能得到相當(dāng)數(shù)量的信息。</p><p>　　冷卻后混凝土的強(qiáng)度變化取決于所達(dá)溫度、升溫速率、混合比例、應(yīng)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(dá)300℃時(shí)，結(jié)構(gòu)優(yōu)質(zhì)混凝土的有效強(qiáng)度不會(huì)有多少損失。一般來(lái)說(shuō)，300℃至500℃時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度迅速減小，而且當(dāng)混凝土

23、被加熱到超過(guò)600℃時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)不起任何作用。300℃通常作為臨界溫度，認(rèn)為高于300℃時(shí)混凝土已經(jīng)大大受損了。通常當(dāng)混凝土暴露在300℃以上時(shí)，如果可能就要將其替換掉，否則就要依據(jù)設(shè)計(jì)荷載增加尺寸（例如加強(qiáng)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(guò)一項(xiàng)分類(lèi)方案對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行直觀調(diào)查，該方案出自混凝土協(xié)會(huì)33號(hào)報(bào)告（1990）。該系統(tǒng)采用表觀損

24、傷程度指標(biāo)將每個(gè)建筑構(gòu)件分為1到5個(gè)損傷級(jí)別。每個(gè)損傷級(jí)別有著相同的維修類(lèi)別，從裝飾到大修?；炷羺f(xié)會(huì)的分級(jí)規(guī)則概括在表1.</p><p>　　表層剝落是火災(zāi)的一種常見(jiàn)結(jié)果，可以分為兩種類(lèi)型。爆炸性剝落是eratic并且通常發(fā)生在火災(zāi)中的第一個(gè)三十分鐘。緩慢剝落（就像“蛇脫皮”）發(fā)生于裂縫從火災(zāi)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(kāi)，例如加強(qiáng)層。救火用水快速冷卻所產(chǎn)生的熱氣流也可以

25、導(dǎo)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(dá)到的最大溫度和火災(zāi)的等效持時(shí)。在多數(shù)情況下，300℃以上色彩變紅很重要，因?yàn)樗c混凝土的有效強(qiáng)度開(kāi)始損失基本是同時(shí)發(fā)生的。任何顏色變粉紅或紅的混凝土應(yīng)該被認(rèn)為是存在疑惑的（混凝土協(xié)會(huì)，1990）。目前的混凝土顏色觀察取決于混凝土中存在骨料的類(lèi)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(duì)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(yīng)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(dǎo)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(guó)的實(shí)例含有奧陶紀(jì)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(dāng)白色煅燒過(guò)的火石出現(xiàn)必須留心，因?yàn)檫@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(jiàn)成分。</p><p>　　巖相學(xué)檢驗(yàn)在確定加熱關(guān)系曲線時(shí)是非常有價(jià)值的，因?yàn)樗梢源_定直觀觀察的特征實(shí)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(guò)水泥基體與物理痕跡的證據(jù)如裂縫和

28、顯微裂縫反復(fù)核對(duì)。對(duì)混凝土由于被加熱而經(jīng)歷變化的匯集見(jiàn)表2。微觀特征觀察的仔細(xì)鑒別提出通過(guò)單個(gè)混凝土構(gòu)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(biāo)志）。</p><p>　　圖2顯示了一些在火災(zāi)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(shí)混凝土至少已到達(dá)300℃?；鹗Ｗ右驯混褵^(guò)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(kāi)來(lái)。與石英相連的深裂縫表明混凝土已經(jīng)達(dá)到550℃至575℃?？偟膩?lái)說(shuō)，我們可以推斷混凝土被加熱到大概600℃為該區(qū)域的標(biāo)志樣品。</p><p>　　通過(guò)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(gè)關(guān)于加強(qiáng)塊適當(dāng)條件的評(píng)估。在200℃至400℃時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼材顯示了相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度損失，高于450℃時(shí)冷加工鋼材損失殘余強(qiáng)度，高于600℃時(shí)熱軋鋼損失殘余強(qiáng)度。</p><p>　　火災(zāi)受損混凝土結(jié)構(gòu)的案例研究</p><p>　　為確定一幢十層預(yù)應(yīng)力混凝土框架建筑（圖3）在一場(chǎng)大火中的受損程度，筆者被委任進(jìn)行一次調(diào)查。火災(zāi)在施工期間突然發(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(xiàng)調(diào)查分為兩個(gè)階段。第一階段由有限的現(xiàn)場(chǎng)直觀檢查和對(duì)二十個(gè)混凝土芯塊在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的巖相學(xué)研究。現(xiàn)場(chǎng)檢查顯示火災(zāi)很不尋常，因?yàn)槠鸹鸬攸c(diǎn)非常寬闊。包括剝落在內(nèi)的最嚴(yán)重的損壞關(guān)系著澆筑在混凝土中為加強(qiáng)構(gòu)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(xì)小骨料粒子變成紅色（圖6、8）。</p><p>

32、　　巖相檢驗(yàn)確定了混凝土包括花崗石碎粗骨料和天然砂細(xì)骨料，它們由添加了灰燼的堅(jiān)固波蘭特水泥基石緊緊束縛?；◢徥止橇鲜翘烊环奂t色并且不會(huì)由加熱引起任何變化，細(xì)骨料中含有一定比例在加熱時(shí)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(xué)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(jié)果表明結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行經(jīng)濟(jì)地修理（表示與拆毀相比節(jié)省了相當(dāng)大的花費(fèi)），并且混凝土骨料的顏色變化可以用來(lái)確定每個(gè)

33、300℃結(jié)構(gòu)構(gòu)件的位置。大量的直觀檢查項(xiàng)目之后，要進(jìn)行混凝土芯塊和鋼筋抽樣（第二階段）以確定每個(gè)構(gòu)件在火災(zāi)中的受損程度。第二階段包括對(duì)兩百個(gè)混凝土樣品的巖相檢驗(yàn)，這將確定沒(méi)有任何混凝土被加熱到超過(guò)600℃的溫度。</p><p>　　總的來(lái)說(shuō)，盡管火災(zāi)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(duì)加固鋼材樣品的強(qiáng)度檢測(cè)表明鋼材并沒(méi)有受加熱而較大的影響。可以推斷，盡管火災(zāi)蔓延很廣，但那些損傷

34、明顯是可以修復(fù)的。這得力于模板對(duì)平板挑檐起到了一定程度的保護(hù)作用，而且由于缺少可燃物導(dǎo)致火災(zāi)持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短。接著，直觀檢查和巖相檢驗(yàn)聯(lián)合的調(diào)查結(jié)果被用來(lái)起草一份維修說(shuō)明書(shū)。</p><p>　　修復(fù)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(guò)噴射水（水力拆除，圖12）或人工碎石機(jī)（通常是大錘子充當(dāng)鉆頭，圖13）。最初覆蓋深度就會(huì)被噴射混凝土所修復(fù)（壓力噴漿，圖14）。我們發(fā)現(xiàn)手工使用鉆機(jī)除去混凝土

35、比噴射水更精確，因?yàn)閲娚渌髟诨炷帘砻鏁?huì)被偏離達(dá)30㎜（圖13）。這中較高的調(diào)劑有利于為噴射混凝土與原來(lái)混凝土的粘結(jié)提供出色的底層灰泥（圖15）。</p><p><b>　　石材和磚砌體結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　最有可能遭受火災(zāi)的砌體類(lèi)型的結(jié)構(gòu)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(jià)值的建筑（Sippel et al,2007）。磚石砌體

36、受建筑火災(zāi)影響很?chē)?yán)重。損失趨于向門(mén)窗洞口處集中，但也可能影響到結(jié)構(gòu)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(qiáng)度將會(huì)由于砂漿的退化而進(jìn)一步降低。由其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件膨脹或倒塌更有可能引起更嚴(yán)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(qiáng)度會(huì)受很大的影響，如果發(fā)生熱沖擊石塊可能會(huì)粉碎（Chakrabarti et al,19

37、96）。用冷水熄滅被火加熱的砌體會(huì)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(méi)有任何損傷，但在強(qiáng)熱和持續(xù)加熱條件下，磚的表明可能會(huì)融化。一些特殊種類(lèi)的穿孔磚會(huì)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(méi)有結(jié)構(gòu)性的重大意義，但從審美角度講意義重大因?yàn)轭?/p>

38、色變化是不可逆的，尤其對(duì)于有歷史意義的建筑。在很多情況下，砌體遠(yuǎn)離火可能會(huì)遭受煙熏（變黑）。水過(guò)去常常用來(lái)救火，由于氣候變壞而導(dǎo)致水的浸入會(huì)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(lèi)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(kāi)始變化的。顏色變紅相當(dāng)于有效強(qiáng)度開(kāi)始損失，可以類(lèi)似的方式來(lái)檢查混凝土300℃時(shí)的熱輪廓曲線。必須非常謹(jǐn)慎地確保粉紅色或紅色是由

39、加熱引起的，因?yàn)槭翘烊坏姆奂t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(jìn)行熱處理以改變其顏色，為的是增加銷(xiāo)量。圖16顯示了砂巖的顯微觀察，它被故意進(jìn)行熱處理以將其顏色從淺棕色改變?yōu)楦m合銷(xiāo)售的深紅色。其他對(duì)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(dāng)尋找粘土磚在火災(zāi)中的損傷是，

40、必須牢記它們通常在制造過(guò)程中就在很高的溫度（現(xiàn)在的磚為900℃至1150℃）下燒過(guò)了。某些磚組分的外觀和條件可以用來(lái)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(guò)的燧石，這表明不均勻的燒制溫度高達(dá)800℃。</p><p>　　修理砌體結(jié)構(gòu)時(shí)，與原來(lái)材料的搭配以保證協(xié)調(diào)性是人們所追求的（對(duì)待有歷史意義建筑時(shí)這是一項(xiàng)重要的需求）。為了與有歷史意義

41、的砌體結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，巖相檢驗(yàn)通常被用于確定天然石材的來(lái)源和砂漿的組成成分(Ingham,2005a)。為安全起見(jiàn)，火災(zāi)受損砌體結(jié)構(gòu)的修復(fù)技術(shù)是從沒(méi)有約束的材料開(kāi)始的。對(duì)于有歷史意義的結(jié)構(gòu)，精力通?；ㄙM(fèi)在通過(guò)各種各樣的加固技術(shù)盡可能多的保留原來(lái)的材料。損壞嚴(yán)重的砌體構(gòu)件和砂漿會(huì)被替換掉，以便維持結(jié)構(gòu)完整。任何損壞的嵌入的金屬箍或固定裝置也應(yīng)考慮在修復(fù)方案之內(nèi)。</p><p>　　火災(zāi)受損石砌體結(jié)構(gòu)的案例分析<

42、/p><p>　　人們進(jìn)行了一項(xiàng)調(diào)查以確定一個(gè)有歷史意義的砌體谷倉(cāng)在火災(zāi)中的受損程度。由于有明確的位置所以火相對(duì)較小，與該處相鄰的墻體呈現(xiàn)出嚴(yán)重的損壞。該建筑由厚重的砌體墻構(gòu)成，墻是石灰石砌塊和石灰砂漿砌成的?，F(xiàn)場(chǎng)的直觀檢查表明火災(zāi)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(duì)芯塊樣品的巖相檢測(cè)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(dá)50㎜.砂漿包含有天然石英砂細(xì)骨料，由非水硬性或弱水硬性石灰的堅(jiān)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(dá)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(dá)500℃。砂漿的完整性表明損壞自外表面起達(dá)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(huì)增加砌體外立面排水的敏感性。然而，由于火災(zāi)只限定在表面并且沒(méi)有損壞結(jié)構(gòu)的完整性，可以決定對(duì)損壞部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)而不用任何直接的修理。</p><p>　　火災(zāi)受損磚砌體結(jié)構(gòu)的案例分析</p>

45、<p>　　在一場(chǎng)縱火襲擊之后，人們對(duì)一所學(xué)校的體育館進(jìn)行了研究以確定其在火災(zāi)中的受損程度。大火是由一輛沖進(jìn)急救室門(mén)的小汽車(chē)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(gòu)成空腔的墻體。</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)直觀檢查表明門(mén)洞周?chē)u砌部分的砂漿呈現(xiàn)出紅色變化（圖23）。從門(mén)洞周?chē)拇u砌部分用鉆機(jī)鉆下了大量的芯塊樣品。芯塊的孔洞還可用于通過(guò)光纖檢查鏡對(duì)其進(jìn)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(shí)驗(yàn)室對(duì)芯塊樣品進(jìn)行的巖相檢測(cè)表明砂漿包括石英砂細(xì)骨料，它們被體現(xiàn)出黃色的堅(jiān)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(dá)20㎜。在所有案例中，粘土磚并沒(méi)有因加熱而產(chǎn)生任何損傷。</p><p>　　可以推斷門(mén)洞周?chē)钠鲶w損壞嚴(yán)重，門(mén)框周?chē)_(dá)一米的區(qū)域應(yīng)拆除并使用新材料重建。</p><p><b>　　燧石加熱實(shí)驗(yàn)</b

47、></p><p>　　關(guān)于燧石加熱的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)的古跡提供了很多的信息。這可以被應(yīng)用于在火災(zāi)中受損的混凝土和砌體結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵陟菔霈F(xiàn)的區(qū)域，它作為一種混凝土骨料也應(yīng)用于石建筑。</p><p>　　在史前時(shí)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(shí)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(duì)燧石樣品進(jìn)

48、行了巖相檢驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)到在不同溫度下對(duì)其加熱結(jié)果的研究(Ingham 2005c)。實(shí)驗(yàn)的目的是幫助“煮水”燧石最大溫度的直觀識(shí)別方法的系統(tǒng)化。這塊燧石是在英國(guó)哈福德郡考古學(xué)出土文物的一個(gè)大土堆里發(fā)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)是從考古場(chǎng)所周?chē)睦绲乩锸占幢患訜岬挠写硇缘撵菔瘶悠烽_(kāi)始的。成批收集到的燧石接下來(lái)會(huì)被放到不同預(yù)先設(shè)置不同溫度的爐子里加熱，每次持續(xù)15分鐘。熱處理過(guò)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(huì)有一部分用來(lái)制作

49、薄切片標(biāo)本，以便通過(guò)高倍率顯微鏡的對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)。</p><p>　　熱處理之后燧石的外觀如圖25所示，巖相檢測(cè)的結(jié)果歸納如表4。對(duì)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(jié)合晶體構(gòu)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(shí)驗(yàn)表明300℃以下的溫度對(duì)礦物燧石沒(méi)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(xué)變化。在400℃時(shí)燧石粒子邊緣開(kāi)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(huì)出現(xiàn)。在400℃時(shí)燧石開(kāi)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(shí)燧石的煅燒區(qū)域微孔率增加。600℃時(shí)，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(shí)顏色變?yōu)闇\灰色和白色的混合色。在800℃時(shí)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(guān)。</p><p>　　在加熱過(guò)程中觀察到檢測(cè)樣品的接連的變化與那些文獻(xiàn)記錄的火災(zāi)中受損的混凝土十分的相似。然而，值得注意的是文獻(xiàn)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(shí)驗(yàn)中被加熱相對(duì)較短的時(shí)間（每次15分鐘），所以增加加熱時(shí)間而降低其礦物學(xué)變

52、化出現(xiàn)和結(jié)束的溫度是很有可能的。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　巖相檢驗(yàn)有確定的記錄軌跡以精確確定結(jié)構(gòu)混凝土在火災(zāi)中的受損深度。這項(xiàng)技術(shù)也被成功地應(yīng)用于磚石砌體結(jié)構(gòu)的建造，包括有歷史意義的建筑。進(jìn)行巖相檢驗(yàn)的花費(fèi)的多次回收超過(guò)其成本，除了隨之而來(lái)的明智的決定和精確的維修說(shuō)明書(shū)。</p><p>　　通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)直觀顏

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

54、gt;<p>　　附件2：外文原文（復(fù)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