رفتار بتن در برابر آتش
در این مقاله رفتار و مقاومت بتن های معمولی، متراکم و خودتراکم در برابر آتش مورد بحث قرار میگیرد.
بتن و اجزای تشکیل دهنده آن از مصالح با مقاومت زیاد در مقابل آتش می باشند که با این وجود در زمان وقوع آتش و بالا رفتن دما تغییرات شیمیایی و همچنین ابعادی بتن و نهایتا کاهش مقاومت مکانیکی آن به وجود خواهد آمد. شاخصه هایی در بتن وجود دارد که به آن موضوع را می توان به تاخیر بیندازد از جمله وجود آب هیدراته، گرمای ویژه بالای بتن و همچنین هدایت حرارتی کم آن، اما در مقابل آن، پدیده شکست بتن و ترکیدن آن می تواند باعث کاهش مقاومت آن شود. از میان این علت ها و موارد ذکر شده، فشار بخار مهمترین علت شکست بتن و ترکیدن آن شناخته شده است.
همزامان با گرم شدن بتن و بالا رفتن دمای آن، رطوبت موجود به شکل بخار و مایع در داخل بدنه بتن انتقال پیدا کرده و نهایتا در یک فاصله مشخص، فشار بخار به حداکثر خود می رسد. این فاصله برای بتن های خود متراکم، در حدود 5 الی 10 میلیمتر شناخته شده که نسبت به بتن های معمولی بسیار کمتر است.
عواملی که در ترکیدن بتن تاثیر خواهند داشت, علاوه بر فشار بخار و مقدار رطوبت موجود در بتن، میزان گرمایش ، نفوذپذیری، مقدار تخلخل و حفره های موجود در بتن نیز می باشد. در بتن های خود متراکم، عوامل ترکیدگی بتن در مقابل آتش بسیار حائز اهمیت بوده و این موضوع به دلیل حجم بالای مصالح پودری، تراکم آنها و افزودنی های بتن استفاده شده می باشد.
رفتار مصالح و اجزای تشکیل دهنده بتن در برابر آتش
مقاومت بتن در برابر آتش که از اجزا مختلفی تشکیل شده است، به خواص این اجزا در دمای بالا بستگی دارد. در زمان بالا رفتن دما، خواص فیزیکی و شیمیایی تمامی این اجزا تغییر خواهد داشت که در نتیجه این تغییرات نحوه و چگونگی انتقال حرارت به داخل بتن، ابعاد اجزا، نیروهای فیزیکی و شیمیایی موجود بین مولکول ها و ذرات تشکیل دهنده آن و نهایتا مقاومت مکانیکی آن را تحت تاثیر قرار می گیرند.
بتن رفتار پیچیده ای در برابر آتش دارد. اجزا تشکیل دهنده بتن عموما سنگدانه و سیمان است که معمولا 50 تا 60 درصد مواد جامد از خمیر سیمان هیدراته شده از ژل سیلیکات کلسیم تشکیل شده است. میزان بلوری این ژل و سطح داخلی زیاد آن، باعث می شود رطوبت زیادی در داخل خود نگه داشته که در تعادل با محیط قرار می گیرد. در زمان بالا رفتن دما رطوبت موجود در بتن خلل و فرج بتن از دست رفته و در دمای C °100 آب آزاد موجود در بتن تبخیر می گردد. فرآیند تبخیر ادامه داشته تا زمانیکه دما به C °500 برسد، فرآیند دهیدراسیون (آب زدایی) اتفاق می افتد که ژل سیلیکات کلسیم که به اصطلاح توبرموریت نامیده می شود شروع به تخریب شدن می نماید و این اتفاق تا دمای C °800 ادامه خواهد داشت. گرمای منتقل شده به داخل بتن تا حدودی صرف واکنش هیدراسیون بتن شده که باعث می شود انتقال گرما به بدنه بتن با تاخیر اتفاق افتاده و نتیحتا رفتار بتن در برابر آتش بهبود می باید. هدایت حرارتی بتن به نوع سنگدانه های آن نیز بستگی دارد که در دمای بالا تجزیه می شوند.
پدیده ترکیدگی و پوسته شدن بتن در دمای بالا، باعث از بین رفتن و شکستن بتن نیز می شود. در بتن ها معمولی، در زمان وقوع آتش، هرچع تخلخل بتن بالاتر باشد، رفتار و مقاومت بتن در برابر آتش بیشتر است اما در بتن های خودمتراکم با مقاومت بالا، افت مقاومت در زمان وقوع آتش بیشتر بوده و فرآیند ترکیدن آن نیز متفاوت از بتن های معمولی است.
آزمایش های آتش و نحوه طبقه بندی اجزا تشکیل دهنده بتن
جهت ارزیابی مقاومت مصالح در برابر آتش و عکی العمل آنها، آزمایشات آتش انجام می شود که بطور کلی به دو حوزه تقسیم می شود.
- عکس العمل اجزا در برابر آتش: این مورد به میزان مشارکت اجزا در گسترش آتش باز می گردد که با آزمودن شاخص های متفاوتی از جمله شدت گرما، قابلیت افروزش و یا میزان دود آزاد شده در زمان وقوع آتش و پیشروی سطحی شعله ارزیابی می گردد.
- مقاومت در برابر حریق: میزان توانایی اجزا در ادامه عملکرد خود در زمان وقوع حریق و رفتار آن در برای ممانعت از گسترش آتش و انتقال آن به فضای اطراف در این روش ارزیابی می گردد. این آزمون در کوره های مخصوصی که برای همین آزمایش طراحی شده اند انجام می شود که با توجه به انواع عناصر ساختمانی، از کوره های عمودی، افقی و یا ستونی استفاده می شود. ابعاد این اجزا ساختمانی معمولا در حدود 3 متر و یا به اندازه واقعی خواهد بود. در استاندارد بین المللی ISO 834 نرخ افزایش دم با فرمول زیر مشخص می گردد:
T=345 log(8t+1)+20
در این فرمول، t زمان انجام آزمایش بر اساس دقیقه ، T میزان درجه کوره به سلسیوس است. در این آزمایش سه مشخصه زیر ارزیابی می گردد:
1.پایداری: جز مورد آزمایش میبایست پایداری خود را در برابر آتش حفظ نموده و گسیخته نشود.
2.یکپارچگی: جز مورد آزمایش می بایست یکپارچگی خود را حفظ نماید که در زمان وقوع آتش دچار ترک نشده و دود و گرما به فضای مجاور آن انتقال پیدا نکند.
3.نارسانایی: جز مودر آزمایش میبایست نارسانا باشد که تا حد امکان انتقال گرما به فضای اطراف را به تعویق بیندازد.
عوامل موثر بر مقاومت بتن در برابر آتش
- واکنش های ایجاد شده در بتن در اثر بالا رفتن حرارت
همانگونه که پیشتر نیز اشاره شد، بالا رفتن دما و درجه حرارت باعث کاهش مقاومت بتن می گردد. بسته به نوع اجزا بتن و همچنین تراکم این اجرا، خواص آنها در زمان وقوع حریق تغییر می نماید. روش های متفاوتی برای سنجش میزان تغییر شکل بتن در اثر بالا رفتن میزان دما و حرارت وجود دارد که هریک پیشنهادات متفاوتی برای اندازه گیری میزان تغییر شکل اجرا و همچنین واکنش های تخریبی و برگشت ناپذیر سیمان در زمان وقوع حریق پیشنهاد می دهند. طبق آخرین نتایج بدست آمده، با تقسیم بندی دمایی ، اتفاقات زیر در بتن حادث می شود:
- C °120-30: خروج و فرار آب قابل تبخیر داخل بتن و حذف کلی آن در دمای C °120
- C °170-110: تجزینه گچ و اترینگات و حذف آب بخشی از هیدرات های کربو آلومینات
- C °550-450: از دست رفتن آب پیوندی بدلیل تخریب C-S-H و هیدرات های کربو آلومینات و دهیدروکسی شدن پرتلندیت
- C °900-700: دکربناتی شدن کربنات کلسیم
تغییرات مکانیکی بتن با بالا رفتن درجه حرارت
بطور کلی بتن ها از نظر وزنی به سه دسته تقسیم می شود:
- بتن های با چگالی در حدود 2400 کیلوگرم بر متر مکعب
- بتن سبک با چگالی کمتر از 1800 کیلوگرم بر مترمکعب
- بتن های سنگین با چگالی بیشتر از 3200 کیلوگرم بر مترمکعب
این بتن ها از نظر ایمنی و مقاومت در برابر حریق، بر حسب نوع سنگدانه به بتن های سیلیسی و کربناتی تقسیم می شود. خواص تنش و کرنش این عناصر در زمان بالا رفتن دما تحت تاثیر قرار گرفته که در مقالات بعدی به جزئیات آن خواهیم پرداخت.
یکی از راهکارهای محافظت بتن در برابر حریق، استفاده از الیاف پلی پروپلیبن در داخل طرح احختلاط بتن است زیاد دمای ذول این الیاف C °170 می باشد. این در حالی است که دمای ترکیدن بتن بین C °190 تا C °250 است و ذوب شدن این الیاف و جذب جزئی آن در خمیر سیمان، مسیرهایی برای عبور گاز ایجاد می نماید که در نهایت عبور این گازها از بالا رفتن فشار و ترکیدن بتن جلوگیری نموده و به نوعی آن را به تعویق می اندازد.
یکی از محصولات تخصصی طراحی شده در شرکت آبادگران، پوشش های ضدحریق بوده که عملکرد این پوشش ها ارتقاء ايمني آن از طريق به تأخير انداختن نرخ رشد دماي فولاد و بتن است تا زمان كافي برای تخليه ساختمان فراهم شود و يا آتش خاموش شود و مواد قابل اشتعال بدون خرابي سازه، به اتمام برسند. هدف اصلی از مقاوم سـازی ساخـتمان در مقابل حـریق و آتش، حفظ پایداری سازه در هنگام عمـلیات اطفـاء و نجات جـان انسان هاست. همچـنین از دیگر اهداف مقاوم سازی در برابر حریق، جلـوگیری از کـاهش ظرفـیت باربری سـازه است به صورتیکه بهره‌برداری از سـاختمان و سازه، پـس از اتمام آتش سوزی امکان پذیر باشد.
پوشش ضد حریق پایه سیمانی ABATAIKA-C1 پوشش ضدحریق بر پایه سیمان میباشد که با چگالی پایین به منظور مقاومسازی در برابر حریق سلولزی، طراحی گردیده است. این ماده دارای خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی بسیار خوبی است. چسبندگی زیاد به سطوح فلزی و بتنی و همچنین یکنواختی سطح نهایی اجرا شده و مقاومت سایشی بالا، از جمله مزایای مهم این ماده به شمار میآیند. ABATAIKA-C1 کاملاً عاری از آزبست است.
نوع دیگری از پوشش های ضدحریق، پوشش سیمانی ضد حریق هیدروکربنی ABATAIKA-H1 است. این ماده یک نوع ملات بر پایه سیمان میباشد که به منظور مقاومت سازهها و تأسیسات صنایع نفت، گاز و پتروشیمی در برابر شوکهای حرارتی ناشی از حریق هیدروکربنی طراحی گردیده است. چسبندگی زیاد به سطوح فلزی و بتنی، یکنواختی سطح نهایی اجرا شده و مقاومت به سایش فوق‌العاده بالای سطح نهایی از جمله مزایای مهم این محصول به شمار میآید. ABATAIKA-H1 نیز کاملا عاری از آزبست میباشد.
