پوشش های حفاظتی در برابر حریق برای سازه های فولادی

پوشش های ضد حریق چیست؟

آتش که به عنوان یک بار چالش برانگیز شناخته می‌شود، می‌تواند شرایط خاصی را برای سازه نگهدارنده یک ساختمان ایجاد کند. برای مقابله با پیامدهای منفی آتش سوزی، مفهوم حفاظت از حریق، باید متناسب با کاربری خاص ساختمان درنظر گرفته شود. فولاد به خودی خود غیر قابل اشتعال است و هنگام قرار گرفتن در معرض آتش هیچ گاز مضری منتشر نمی کند. به این ترتیب، به بار حاصل از آتش سوزی ساختمان کمک نمی کند، با این حال ظرفیت باربری اجزای سازه فولادی ممکن است در صورت حریق کاهش یابد. اگر بازه زمانی تا رسیدن به دمای بحرانی یک جزء سازه ای، با دوره‌ی مقاومت آن جزء در برابر آتش (که مدنظر مقررات ساختمانی می‌باشد) مطابقت نداشته باشد، باید اقدامات حفاظتی انجام شود. استفاده از مواد محافظ حرارت، یا به عبارت دقیق تر، پوشش ضد حریق، از جمله اقدامات حفاظتی غیر فعال در برابر آتش است. این مواد تضمین می کنند که سازه های فولادی هنگام قرار گرفتن در معرض حریق با افزایش زمان لازم برای رسیدن به دمای بحرانی (Tcrit) محافظت می شوند. بسته به نوع قطعه سازه و باری که به آن وارد می شود، این می تواند حدود 500 تا 750 درجه سانتیگراد باشد.

تاریخچه

در طول تاریخ، در پروژه های مختلف بیش از پنجاه سال است که از پوشش‌های انبساطی (افزایش حجم ‌دهنده) برای محافظت از سازه‌های فولادی در برابر تأثیر گرمای بیش از حد استفاده می‌شد. از آن زمان، این پوشش های ضد حریق به شدت پالایش شده اند تا با بالاترین الزامات طراحی، بصری، فنی، بهداشت و محیط زیست مطابقت داشته باشند.

یک پوشش ضدحریق مبتنی بر آب از سازه فولادی Berliner Bogen""، در یک ساختمان اداری هشت طبقه با فضای ناخالص 43000 متر مربع که در سال 2001 تکمیل شد، محافظت می کند.

محدوده طراحی

• پوشش‌ضدحریق به دلیل پوشش دهی صافشان با پوشش‌های معمولی تفاوتی ندارند.
• این پوشش‌های ضد حریق تنها چند میلی‌متر ضخامت دارند و در راستای پروفیل اعمال می‌شوند.

انعطاف پذیری و تطبیق پذیری

• پوشش‌های حفاظتی در برابر آتش را می‌توان تقریباً در همه محیط‌ها، بویژه محیط‌هایی که بیشترین و مداوم ترین استفاده را دارند، از استخرهای شنا گرفته تا نیروگاه‌ها، اعمال کرد.
• سیستم های پوششی ضد حریق وجود دارد که می توان آنها را برای قطعات چدنی یا فولادی و حتی گالوانیزه اعمال کرد.

ساختمان ده طبقه "Deichtor-Center"  در هافنسیتی هامبورگ با پوشش حفاظتی در برابر آتش محافظت می شود.

کیفیت فنی و اقتصادی

• این پوشش‌های ضدحریق با خاصیت مقاوم در برابر ضربه و خشک شدن سریع، به همراه خاصیت مقاومت در برابر خوردگی و آتش ترکیب و با دوره‌های طولانی مقاومت در برابر آتش معمولا تا سه ساعت مورد بهره برداری قرار میگیرند.
• مواد با خواص محافظت در برابر حریق که به نسبت هزینه های ناشی از آتش سوزی، کم هزینه محسوب میشوند، سهم کلیدی در حفظ ارزش یک ساختمان دارند.
• پوشش ها را می توان در محل یا کارگاه اجرا کرد. پوشش های اعمال شده در کارگاه باعث می شود کار مونتاژ سریع و مستقل از شرایط آب و هوایی انجام شود.
• پوشش ضد حریق در طول عمر طولانی خود عملاً بدون نیاز به تعمیر و نگهداری می باشد.
• به دلیل وزن ذاتی کم و چگالی پایین، پوشش های حفاظتی در برابر حریق لازم نیست برای اهداف محاسبه بار ساختاری در نظر گرفته شوند.

پوشش‌های حفاظتی در برابر حریق، تنها چند میلی‌متر ضخامت دارند و در راستای پروفیل اعمال می‌شوند.

مناسب برای مردم، مناسب برای محیط زیست

• سیستم های حفاظتی متعدد موجود امکان انتخاب هدفمند را بر اساس معیارهای مرتبط با سلامت و محیط زیست فراهم می کند.
• به لطف ضخامت های جزئی فیلم، می توان از اقدامات حفاظتی با مواد و منابع فشرده اجتناب کرد.
• پوشش‌های حفاظتی در برابر حریق جهت به دست آوردن زمان کافی برای تخلیه و نجات جان انسان‌ها مفید هستند!

چندین لایه برای محافظت کامل

پوشش های ضد حریق معمولا از یک، دو یا سه لایه کاملاً هماهنگ با یکدیگر تشکیل شده است. پارامترهای  مورد نیاز برای سیستم حفاظت در برابر آتش در تاییدیه فنی مربوطه آلمان، تاییدیه فنی اروپا (ETA) ذکر شده است.

پرایمر

پرایمر عمدتاً به منظور محافظت در برابر خوردگی و در عین حال به عنوان پوششی و چسبی برای رنگ متورم عمل می کند.

لایه متورم شونده

لایه متورم شونده، هسته سیستم پوشش را تشکیل می دهد. رنگ اعمال شده در این بخش ظرفیت باربری طولانی مدت اجزای ساختاری را در مواقع آتش سوزی تضمین می کند. ضخامت لایه لازم به نوع و ظرفیت بار اجزای سازه و دوره مقاومت در برابر آتش مورد نیاز بستگی دارد.

روکش

پوشش رویی اعمال شده در نهایت به منظور رنگ آمیزی و محافظت از لایه متورم شونده در برابر هوا و بارهای مکانیکی عمل می کند. در صورت لزوم، یک سیستم دو لایه را می توان برای مناطق داخلی سازه انتخاب کرد که در مورد آن هیچ پوشش رویی اعمال نمی شود.

یک سیستم سه لایه حفاظت در برابر حریق از یک پرایمر، یک لایه متورم شونده و یک لایه رویه تشکیل شده است.

عناصر

پوشش های ضد حریق شامل مواد پوششی بدون حلال، بر پایه حلال یا آب هستند. آخرین نوع ذکر شده عمدتاً برای مناطق داخلی با الزامات کیفیت هوای پیشرفته استفاده می شود. سیستم های ترموپلاستیک و آلی به عنوان چسب استفاده می شود؛ به عنوان یک ماده مبتنی بر وینیل استات[1]، اکریلیک یا اپوکسی. مواد فعالی به این مواد افزوده می‌شود که واکنش نشان می‌دهند و وقتی در معرض آتش قرار می‌گیرند، به عنوان یک لایه " کربنی زغالی" عایق تشکیل می‌دهند. رنگ ماده، به ویژه پوشش رویی، از طریق رنگدانه های اضافه شده به دست می آید.

پلی فسفات های غیر سمی آمونیوم از جمله موادی هستند که پوشش های محافظ بر اساس آن ها ساخته می شوند.

ایجاد یک لایه محافظ

هنگامی که پوشش در معرض آتش قرار می گیرد، رنگ متورم در دمای بین 120 تا 200 درجه سانتیگراد منبسط می شود و حجم آن به میزان قابل توجهی افزایش می یابد و یک زغال کربنی با منافذ ریز و پایدار تشکیل می دهد. به این فرآیند تورم گفته می شود. به دلیل ضریب انتقال حرارتی بسیار کم، زغال سنگ کربنی جزء سازه ای ساختمان را عایق می کند به طوری که این جزء با سرعت کندتر گرم می شود و دوره زمانی رسیدن به دمای بحرانی (Tcrit) که حدوداً 500 تا 750 درجه سانتیگراد است، افزایش میابد.

دی اکسید کربن و آب به عنوان محصولات جانبی تولید می شوند. علاوه بر این، مقادیر حداقل آمونیاک، مونوکسید کربن و اکسیدهای نیتروژن در هنگام آتش سوزی آزاد می شود. به دلیل غلظت بسیار پایین آنها، می توان آنها را در مقایسه با محصولات حاصل از بارهای آتش واقعی ناچیز در نظر گرفت و تهدیدی برای محیط زیست یا سلامتی ایجاد نمی کند.

پوشش های حفاظتی در برابر آتش هنگامی که در معرض آتش سوزی قرار می گیرند، یک زغال کربنی عایق تشکیل می دهند که گرم شدن اجزای ساختاری فولادی را به تاخیر می اندازد.

طبق استاندارد DIN 4102 ، برای اطمینان از اینکه رنگ متورم قادر به دستیابی به کارایی کامل خود در مواقع اضطراری باشد، برای جلوگیری از مانع بودن اجزای ساختاری و سازه های فولادی مجاور جهت انبساط پوشش ها، و جهت جلوگیری از هرگونه انتقال حرارتی، باید در طول (حداقل 30 سانتی متر) پوشش داده شوند.

پوشش محافظ حریق، گرم شدن جزء سازه ای فولادی را به تاخیر می اندازد (نمایش شماتیک).

الزامات کاربری

پوشش‌های ضد حریق برای محافظت از سازه‌های فولادی ساده و پیچیده در برابر ضربه آتش بسیار مناسب هستند، به طوری که کاربردهای آن تقریباً نامحدود است. بسیاری از سیستم های پوشش برای مناطقی با شرایط سخت مانند بیمارستان ها، مهدکودک ها و شرکت های مواد غذایی مناسب هستند. برای مناطق پرتنش مانند نیروگاه ها، پتروشیمی ها و استخرهای شنا، محصولات مناسبی نیز وجود دارد.

اعمال پوشش های ضد حریق معمولا برای پروژه های نوساز نیز امکان پذیر است. آماده سازی اولیه اجزای ساختاری فولادی یا چدنی از طریق سند بلاست یا موارد دیگر ممکن است مورد نیاز باشد. با توجه به انتخاب و آماده سازی مناسب برای اعمال محصول، در مواقعی که سازه به بهره برداری رسیده و نیاز به تغییر کاربری دارد نیز میشود پوشش ضدحریق را اعمال کرد.

الزامات عمومی و اختصاصی

در تاییدیه‌های فنی آلمان، که سیستم‌های پوشش برای آن‌ها نیز تحت عنوان یک بررسی زیست‌محیطی و بهداشتی قرار می‌گیرند، منطقه کاربرد پوشش‌های ضد حریق به وضوح مشخص شده است. موارد زیر تحت پوشش تأییدیه‌های فنی عمومی نیستند و بنابراین نیاز به ارزیابی مستقل حفاظت از آتش و در صورت لزوم تأیید اختصاصی فراخور آن پروژه، برای موارد زیر دارند:

• مقاطع کامل (گرد و مربع) به صورت مهاربندی متقاطع، میله کششی و بادبند
• اعضای کششی به صورت مقاطع با شکل بسته (مانند لوله ها یا مقاطع های جعبه ای شکل)
• اعضای کششی به صورت مقاطع باز که ظرفیت باربری آنها در حالت سرد بیش از 78 درصد است.

ساختمان اداری Dockland""  در بندر هامبورگ، که توسط یک پوشش حفاظتی محافظت می شود به شکل متوازی الاضلاع بر روی آب مانند کمان یک کشتی قرار دارد.

تعیین مساحت

باید توجه کرد که فقط مناطقی که باید پوشش داده شوند برای اهداف تعیین هزینه در نظر گرفته می شوند. اجزای سازه ای که در معرض آتش نیستند، به عنوان مثال ممکن است از طریق ادغام آنها در سقف بتن مسلح، لازم نیست پوشش داده شوند. برخی از نمونه ها در تصاویر زیر نشان داده شده است

فقط مناطقی که نیاز به پوشش (قرمز) دارند برای اهداف تعیین هزینه در نظر گرفته می شوند.

سیستم مناسب برای هر کاربری

اینکه کدام سیستم‌های حفاظت در برابر حریق برای شرایط کاربرد خاص مناسب‌تر هستند و ضخامت پوشش‌ها به چند عامل بستگی دارد، باید مورد بررسی قرار بگیرد. بنابراین ابتدا باید پارامترهای کلی تعیین شوند، این پارامترها برای مثال بر اساس فهرست سوالات زیر می تواند مورد ارزیابی قرار بگیرد:

1. کاربرد داخلی یا خارجی؟

تا جایی که المان های طراحی مورد نظر نباشد در کاربردهای داخلی اغلب می‌تواند از پوشش رویه صرف نظر کند، درصورتی که برای محیط های بیرونی کاملاً ضروری است.

30000 متر مربع "گذرگاه اروپا" در هامبورگ که در سال 2009 تکمیل شد، می تواند 120 مغازه و کسب و کار را در خود جای دهد. فضای اداری بالای پاساژ قرار دارد. ساختار فولادی چشمگیر این پاساژ توسط یک پوشش ضد حریق مبتنی بر حلال محافظت می شود.

2.کدام درجه بندی آتش مدنظر است؟