پوشش های محافظت کننده سازه های فولادی در برابر آتش

از بهترین روش های محافظت سازه فولادي در برابر آتش، ارتقاء ايمني سازه از طريق به تعویق انداختن نرخ افزایش دماي فولاد است تا برای تخليه شـدن ساختمان و يا خاموش کردن آتش و مواد قابل اشتعال بدون خرابي سازه، زمان کافی داشته باشیم. ايـن نـوع روش ها كه شامل عايق كردن فولاد در برابر گرمـا اسـت، جـزو روش هـاي غيـر فعـال محافظت در برابر آتش مي باشند.

پوشش هاي معدني پاششي، رنگ هاي پف كننـده، تختــه هــاي معــدني و غيــره از انواع پوشش های حفاظتی سازه در برابر آتش می باشند.

محافظت از ستون های فولادی در مقابل آتش

معيار در عملكرد ستون در معرض آتش آن است كه بتواند بارهـاي وارده براي يك مدت زمان مشخص هنگامي كه تحت افزايش دماي ناشي از آتش قـرار ميگيرد را تحمل نماید. با توجه به این كه بالا رفتن دما باعث کاهش مقیاس های مكانيكي فولاد می شود ، طول زماني كه ستون ميتواند عملكرد مورد انتظار خود را حفظ كند، به وسيله كـاهش نرخ انتقال حرارت به فولاد، قابل افزايش است. نرخ انتقال حرارت بـه فـولاد از طريـق جذب انرژي گرمايي به كمك يك عامل محافظتي، قابل كاهش است. براي مثـال، ايـن روش در ستون هاي فولادي لوله هايی که در آن از آب اسـتفاده شـده اسـت دراین حالت زمان مقاومت در برابر آتش به وسيله ظرفيت جذب گرماي آب افزايش مييابد. بتن داراي ويژگي ظرفيت ذخيره حرارتي بالاتر و ضريب هـدايت حرارتـي پـايينتـري نسبت به فولاد است. بنابراين فولاد و بتن براي عملكرد بهتر سـتون در دماهـاي بـالا، ميتوانند با هم تركيب شوند. مقاطع لوله هاي فولادي پر شده بـا بـتن و مقـاطع فـولادي مدفون شده در بتن، مثال هايي از چنين سيستم هاي تركيبـي هسـتند. امـا روش معمـول براي تأخير در انتقال حرارت به فولاد، حفاظت از ستون فـولادي بـه كمـك يـك مـاده عايق حرارتي ميباشد. با استفاده از اين روش، مدت زمان مقاومت در مقابل آتش كافي براي يك ستون فولادي به وسيله اجراي ضخامت مناسبي از پوشـش محافظـت كننـده، قابل دسترسي است. ضخامت لايه محافظت كننده كه زمان رسيدن بـه دمـاي بحرانـي را افزايش ميدهد به كمك روش هاي تحليلي يا اطلاعات آزمايشگاهي قابل تعيين است.

معیار دما

اطلاعات دمايي از آزمايش هاي ستونهاي تحت بار در معرض آتش، نشان ميدهند كـه گسيختگي ستون به ميزان منطقي بر اساس دماي فولاد مقطع قابل پيشبيني است. تأييد شده است كه توانايي يك ستون در تحمل بارهاي وارده، تا زماني كه آتش سوزي باعث افزايش دماي متوسط مقطع به حدود 540ºC نشود، ادامه مييابـد. ايـن دمـا اغلـب بـه عنوان دماي بحراني در نظر گرفته ميشود و بيانگر دمايي است كه در آن مقاومت ستون حدود 40 درصد كاهش مييابد. اين بازه دمايي به عنوان اسـاس کاهش انتقـال حرارت ميتواند کاربرد داشته باشد و همچنين بيانگر معيارهاي گسيختگي در آزمـايش يـك ستون محافظت شده است.

معيار ضريب مقطع

اگر يك مقطع فولادي در معرض حريق قرار گيرد، هرچه داراي محيط بزرگتـري باشـد تحت حرارت بيشتري قرار ميگيرد. به همين ترتيب يك مقطع با مساحت سطح بيشتر، چاه حرارتي بزرگتري را تشكيل ميدهد و به عبارتي حرارت بيشتري بـراي بـالا بـردن دماي آن لازم است. به اين ترتيب دماي يك مقطع ضخيم و كوچك كندتر از يك مقطع بزرگ و نازك افزايش مييابد. لذا حاصل تقسيم محيط در معرض حرارت به مسـاحت سطح يك مقطع، ميتواند شاخص مناسبي براي سرعت افزايش دماي آن مقطـع باشـد، به طوري كه هر چه حاصل تقسيم اين دو مقدار بزرگتر باشد، به محافظت بيشتري نيـاز داشته و ضخامت پوشش محافظ بايد بيشتر باشد. بنابراين بسيار مهم است كـه جـدول ضخامت پوشش محافظت كننده در برابر آتش براي ضرايب مقطع مختلف تهيه و ارائـه شود.

نحوه محاسبه و نمايش نمادي ضريب مقطع در كشورهاي مختلف تا حدودي متفـاوت است. در بريتانيا براي اين ضريب از نماد A/Hp استفاده ميشود. Hp محـيط قسـمتي از مقطع است كه در معرض آتش قرار دارد، در حالي كـه A مسـاحت سـطح كـل مقطـع ميباشد. بنابراين Hp تا حدود زيادي به شكل هندسي پوشش محـافظ بسـتگي دارد. در محافظت غشايي، محيط Hp برابر با مجموع ابعاد داخلي تختههاي دوربند مـيباشـد، در حالي كه در محافظت تماسي پروفيلي برابر با محيط خود مقطع فولادي ميباشد. بـراي تيرهاي سيستم كف كه يك وجه تير به وسيله سيستم كف محافظت ميشود، Hp فقـط مجموع محيط قسمتي است كه در معرض آتش ميتواند قرار گيرد و وجه مجاور كـف حذف ميشود. شكلهاي 1-3 و 1-4 روشهاي محافظت سه وجهي يا چهـار وجهـي مقاطع و نحوه محاسبه A/Hp را براي آنها نشان ميدهد

دماي بحراني ستون بنا به تعريف دمايي اسـت كـه در آن ديگـر سـتون قـادر بـه ادامـه عملكرد اصلي خود نباشد. به عبارت ديگر، دمايي است كه اگر مصالح فولادي ستون به آن برسد، ديگر ستون قادر به تحمل بارهاي وارده نباشد.

محصولات محافظت كننده در برابر آتش را ميتـوان بـه طـور كلـي بـه صـورت زيـر تقسيم بندي نمود:

- پوشش هاي واكنش زا (پف كننده) براي محافظت در برابر آتش اعضاي فولادي؛

 - اندودها و پوشش هاي معدني؛

-  تخته ها و صفحات محافظت كننده در برابر آتش

محافظت سازه در برابر آتش

پوششهاي پاششي ميتوانند براي تأمين يا بهبود مقاومت در برابر آتش اجزاي سازهاي مختلف استفاده شوند. روش تعيين مقاومت در برابر آتش يك عضو سازهاي در استاندارد ملي 1-12055 ارائه شده است. در سازه هاي فولادي، براي هر پوشش محافظ حريق پاششي، تعـداد و نـوع نمونه هاي مورد نياز براي انجام آزمونهاي مقاومت در برابر آتش و نحوه توليد جـدول ضخامت به طور كامل در فصل چهارم تشريح شده است. در همه حالتهايي كه مقاومت در برابر آتـش لازم اسـت، قابـل قبـول بـودن پوشـش پاششي بايد بر اساس يك اعتباردهي مستقل، تاييد شود (به بند 5-4 مراجعه شـود). بـه علت تنوع زيـاد در متغيرهـاي يـك طـرح سـازهاي، ارزيـابي هـا بـر اسـاس اطلاعـات آزمايشگاهي اغلب لازم خواهد بود. از راهنمايي هاي ارائه شده در اين بند بايد تبعيت نمود مگـر آنكـه نتـايج آزمـونهـاي مقاومت در برابر آتش نشان دهد كه روش ديگري ميتواند انتخاب شود.

سازه فولادی

در استاندارد ملي 1-12055 ،مقاومت در برابر آتش يك تير يا ستون فـولادي فقـط بـر اساس پايدارياش تعريف ميشود (يعني توانـايي آن در تحمـل بارهـاي وارده). زمـان مقاومت در برابر آتش حاصل شده در يك آزمون، تحت تأثير مشخصات مقطع فولادي، بار وارده و پوشش پاششي ميباشد. به علت تنوع در مقاطع فولادي موجود، غيرعملـي است كه هر تركيبي از اندازه مقطع فولادي و ضخامت پوشـش پاششـي، آزمـون شـود.

بنابراين الزامات محافظت در برابر آتش فولاد سازهاي، معمولاً بر اسـاس ارزيـابيهـاي انجام شده از نتايج آزمونها مطابق شرايط حـرارت دادن در اسـتاندارد ملـي 1-12055 است.

ارزيابي ها بايد موارد زير را در بر گيرند: الف - توانايي باقي ماندن پوشش پاششي بر روي مقطع فولادي؛ ب - ضخامت مورد نياز پوشش پاششي براي جلوگيري از رسيدن دماي فولاد به مقدار بحرانياش كه در آن گسيختگي سازهاي اتفاق ميافتد. از آن جا كه روش معيني براي آزمون اعضاي كششي محافظت شده، وجود ندارد، لازم است عملكرد آنها بر اساس دادههاي موجود تحت آزمونهاي فشار و خمش ارزيـابي شود.

ضوابط مربوط به اجراي پوشش هاي پاششي بر روي سطوح فـولادي داراي ضدزنگ

سطوح فولادي كه پوششهاي پاششي بر روي آنها اجرا ميشوند، بايـد عـاري از هـر گونه آلودگي، روغن و ذرات سست باشند. سطوح فولادي همچنـين ممكـن اسـت بـا ضدزنگهاي از پيش تأييد شده، پوشيده شده باشند. در حالتي كه سطح فولاد با ضدزنگ پوشش داده شده باشد، بايد بـه شـرح زيـر مـورد ارزيابي قرار گيرد (مگر آنكه در حالات خاصي كاربرد انواع بخصوص ضد زنگ ممنوع شده باشد). پوششهاي پاششي تحت شرايط زير ميتوانند بر روي اشكال فـولادي I و H و ستونهاي لولهاي و قوطي داراي ضدزنگ اجرا شوند:

الف) عرض بال تير از 30 سانتيمتر تجاوز نكند،

ب) عرض بال ستون از 40 سانتيمتر تجاوز نكند

 ج) عمق جان تير يا ستون (فاصله داخل به داخل بالها) از 40 سانتيمتر تجاوز نكند،

 د) قطر خارجي لوله يا عرض قوطي از 30 سانتيمتر تجاوز نكند،

 هـ) انجام آزمون هاي پيوستگي / چسبندگي مطابق دستورالعمل پيوسـت 5-الـف نشـان دهد كه متوسط و حداقل مقاومت پيوستگي / چسبندگي به ترتيب حداقل 80 درصـد و 50 درصد مقاومت پيوستگي / چسبندگي در حالتي است كه پوشـش پاششـي بـر روي ورق فولادي با حداقل ضخامت 3 ميليمتر اجرا شـده اسـت (ايـن مقـادير در گـزارش گواهينامه فني اعلام ميشود). مقادير متوسط و حداقل مقاومـت پيوسـتگي/چسـبندگي بايد بر اساس حداقل پنج آزمون چسبندگي تعيين شود. همچنين از طرف ديگـر انجـام آزمونهاي چسبندگي مطابق استاندارد 12-1015 EN بر روي سطوح فولادي داراي ضد زنگ بايد نشان دهد كه حداقل مقادير مقاومت چسبندگي اعلام شـده در جـدول 2-2، بسته به ارتفاع ساختمان تامين ميشود.

زماني كه مقادير مقاومت چسبندگي يا پيوستگي / چسبندگي پايينتر از حـداقل مقـادير قابل قبول هستند، ممكن است از يك عامل چسـباننده (پرايمـر) بـر روي سـطح داراي ضدزنگ براي رسيدن به حداقل مقاومت چسبندگي مورد نياز استفاده شود. اگر شرط (هـ) برآورده نشود، نياز به مش فولادي درگيركننده پيوسته است كه ميتوانـد مثلاً با دورپيچ كردن عضو سازهاي با رابيتس فلزي (حداقل وزن 900 گرم در متر مربع) تامین شود.

ساختارهای کامپوزیتی- سقف های مرکب

پوشش پاششي ممكن است براي تأمين مقاومت در برابر آتش سقف هاي مركـب داراي عرشه فولادي به كار رود. عملكرد اصلي پوشش پاششي معمـولاً بـراي اطمينـان از آن است كه عرشه فولادي به دمايي كه موجـب فروريـزش سـقف مـيشـود، نمـيرسـد. همچنين اين پوشش ممكن است براي جبران ضخامت ناكافي بتن روي عرشه بـه كـار رود.

انتظار ميرود سقف هاي داراي عرشه فولادي متحمل تغيير شـكل قابـل توجـه قبـل از فروريزش شوند. بنابراين مهم است كه اطمينان حاصل شود تا پوشش پاششي در حالي كه دچار تغيير شكل ميشود، به عرشه چسبيده باقي ميماند. اين موضوع فقط به وسيله يك آزمون مطابق استاندارد ملي 1-12055 ،براي مدت زمـان مقاومـت در برابـر آتـش مورد نياز ميتواند ثابت شود. در غيـاب اطلاعـات آزمايشـگاهي معتبـر، يـك پوشـش پاششي ميتواند استفاده شود به شرطي كه به كمك يك مش درگيركننده در محل خود نگه داشته شود (.ضخامت پوشـش پاششـي بايـد كافي باشد تا از رسيدن دماي عرشه فولادي به حدي كه موجـب فروريـزش مـيشـود، جلوگيري كند. وابسته به ضخامت پوشش پاششي و نوع آن، يك مش مسلحكننـده نيـز ممكن است لازم باشد. در روش ديگر، اگـر عرشـه يـك درگيركننـده مكـانيكي ايجـاد ميكند براي مثال پروفيل عرشه داراي تورفتگيهايي بـا فواصـل مركـزي كمتـر از 150 ميليمتر باشد، پوشش پاششي ميتواند استفاده شود به شرطي كه دماي عرشه كمتري از حدي كه موجب تغييرشكلهاي زياد ميشود، نگه داشته شود. براي مثال، تغييرشكلهـا كمتر از 50 ميليمتر در يك دهانه چهار متري باشد. پوشش پاششي بايد تـورفتگيهـاي عرشه را پركند تا اطمينان حاصل شود كه يك درگيري مكانيكي ايجاد شده است

. بديهي است اگر عرشه فولادي مورد استفاده، صرفاً نقش قالـب در حـين بـتنريـزي را داشته باشد، آنگاه نيازي به محافظت آن در مقابل حريق به كمك پوشش هـاي پاششـي وجود ندارد، به شرطي كه دال بتن مسلح روي عرشه با توجه به جزئيـاتش قـادر باشـد به تنهايي زمان مقاومت در برابر آتش مورد نياز را تامين كند.

تیرهای مرکب

در شرايط معيني (مقاومت در برابر آتش 60 دقيق هاي و مصالح بررسـي شـده در دمـاي 550 درجه سليسيوس)، حفره هاي شكل گرفته بـين عرشـه فـولادي و تيـر، نيـازي بـه پرشدن ندارد. حفره ها در عرشه هاي غيركامپوزيتي بايد پر شوند.

اگر تير در خط يك ديوار جداكننده آتش قرار دارد يا اگر مقاومت در برابر آتـش مـورد نياز بيش از 90 دقيقه است، اين حفرهها بايد پر شوند.

مصالح سازه ای غیر فولادی

بتن

توصيه هايي براي طراحي اعضاي بتني به منظور مقاومت در برابـر آتـش در بنـد 5-4 از استاندارد 2-8110 BS ارائه شده اسـت. بـراي تـأمين تمـامي معيارهـاي داده شـده در استاندارد ملي 1-12055 ،پوشش پاششي ممكن است براي تـأمين محافظـت در برابـر آتش اضافي براي اعضاي بتني لازم باشد، به ويژه هنگامي كه ارتقاي سازه هـاي موجـود مطرح باشد. توجه ويژه اي بايد به مشخصه هاي چسبندگي شود، هنگامي كه از پوشـش پاششي بر روي بتن استفاده ميشود.

الوار

هنگام تعيين ضخامت پوشش پاششي براي محافظت در برابـر آتـش الـوار، لازم اسـت مشخصههاي زغال شدن چـوب و تكيـهگـاه در فصـل مشـترك در نظـر گرفتـه شـود. مشخصات سازهاي مقطع باقيمانـده الـوار قـرار گرفتـه در معـرض آتـش بايـد مطـابق پيشنهادات در زيربند 5-4-1 استاندارد 5268 BS ارزيابي شود.

نگهداری پوشش پاششی

توانايي باقي ماندن پوشش پاششي در محل خود تحت شرايط آزمون مقاومت در برابـر آتش، تحت تأثير موارد زير است:

الف - ماهيت سطح زيركار؛

ب - ميزان تميزي سطح زيركار؛

ج - حضور يك آستر يا ساير لايه ها بر روي سطح زيركار؛

 د - خواص پوشش پاششي (شامل خواص چسبندگي)؛

 هـ - شكل، خواص و ابعاد عضو سازه اي؛

 و - مشخصات سامانه نگهدارنده

روش آزمون تعيين چسبندگي مواد پاششي مقاوم در برابر آتش به كار رفته براي محافظت اعضاي سازه اي

اين روش آزمون، نحوه اندازهگيري مقاومـت چسـبندگي يـا پيوسـتگي (كششي) عمود بر سطح ماده پاششي مقاوم در برابر آتش (SFRM (كـه بـر روي يـك پشت كار صلب اجرا شده است را ارائه ميكند. اين مواد مقـاوم در برابـر آتـش شـامل مواد پاششي اليافي و سيماني ميباشند. اين روش آزمون همان طور كه در بخش الـف- 6 نشان داده شده است به دو روش آزمايشگاهي و ميداني قابل انجام است.

ميـزان پيوسـتگي / چسـبندگي بـا اسـتفاده از يـك درپـوش فلـزي يـا پلاستيكي متصل به يك قلاب تعيين ميشود. اين درپوش به وسيله يك چسب مناسـب به SFRM متصل ميشود. يك بار دستي فزاينده كه با ترازوي فنري انـدازه گيـري مـي شود، تا زمان شكست اعمال ميشود.

هدف از اين روش آزمون تعيين يك خاصيت از SFRM اسـت كـه ممكـن است براي تعيين نشانهاي از قابليت سرويسدهي آن در محل، مورد استفاده قرار گيـرد. عملكرد رضايتبخش SFRM اجرا شده بر روي مجموعهها و اعضاي سازهاي بسـتگي به قابليت آن ماده در تحمل عوامل مختلفي كه ممكن است در طي اجـرا و عمـر سـازه رخ دهد و همچنين به عملكرد رضايتبخش آن تحت شرايط آتشسوزي بستگي دارد.

منابع:

مجموعه دستورالعمل هاي ارزيابي پوششهاي معدني پاششي محافظت كننده در برابر آتش براي سازه‌هاي فولادي-مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی

EN 13381

ISIRI 12055-1