مقاومت بتن در برابر آتش چیست؟ مکانیسم و عوامل

عنوان:
مقاومت بتن در برابر آتش چیست؟ مکانیسم و عوامل

مقاومت بتن در برابر آتش، میزان توانایی بتن برای مقاومت و یا محافظت در برابر آتش است. این شامل توانایی عنصر بتنی، برای ادامه انجام عملکرد ساختاری خاص خود هنگام آتش سوزی، یا محدود کردن اثرات آتش و یا هر دو گزینه است.
مدت زمانی را که یک عنصر مانند تیر، ستون، دیوار، کف یا سقف می تواند آتش را تحمل کند، و در ASTM E 119 تعریف شده است، رتبه آتش آن عنصر نامیده می شود.
مقاومت در برابر آتش، توسط دو ویژگی فیزیکی و حرارتی عنصر ساختاری کنترل می شود. عوامل حاکم بر عملکرد سازه عبارتند از: سطح تنش در بتن و فولاد، پوشش بتنی، میزان تمایل سنگدانه ها و رطوبت آزاد به ایجاد پوسته پوسته شدن و شرایط مهار جانبی.
با این حال، پارامترهایی که عملکرد حرارتی را کنترل می کنند شامل: نوع سنگدانه، رطوبت آزاد در بتن (هم جذب شده و هم مویرگی)، و حجم بتن در هر متر مربع از سطح در معرض دید است.

آنچه در این مقاله می خوانید:
 مکانیسم مقاومت در برابر آتش بتن
 آتش چگونه بر سازه های بتنی تأثیر می گذارد؟
 عوامل موثر بر مقاومت بتن در برابر آتش
 رتبه بندی آتش به چه معناست؟
 رتبه بندی آتش چگونه به دست می آید؟

مکانیسم مقاومت در برابر آتش بتن
درک خواص مقاومت در برابر آتش بتن آسان است. اجزای بتن مانند سیمان و مصالح سنگدانه از نظر شیمیایی بی اثر هستند و از این رو عمدتاً غیر قابل احتراق هستند و بتن سرعت انتقال حرارت آهسته ای دارد.
این سرعت کند هدایت (انتقال گرما) است که بتن را قادر می سازد تا به عنوان یک سپر آتش موثر نه تنها بین فضاهای مجاور عمل کند، بلکه از خود نیز در برابر آسیب آتش محافظت کند. بنابراین، برخی از عناصر ساختاری بتنی، مانند دیوارهای یک خانه به عنوان سپر آتش عمل می کنند، اتاق های مجاور را از شعله محافظت می کنند و یکپارچگی ساختاری آن را با وجود قرار گرفتن در معرض گرمای شدید حفظ می کنند.

شکل 1: مکانیسم مقاومت در برابر آتش بتن

آتش چگونه بر سازه های بتنی تأثیر می گذارد؟
در دماهای بالایی که در آتش سوزی تجربه می شود، سیمان هیدراته موجود در بتن به تدریج آب می شود و دوباره به صورت بخار و سیمان به بتن باز می گردد. این امر منجر به کاهش مقاومت و مدول الاستیسیته (سفتی) بتن می شود.
در برخی از آتش سوزی ها، پوسته شدن بتن رخ می دهد و گاهی اوقات شدت گرفته و قطعات بتن از بقیه عناصر جدا می-شود. اکثر فاکتورهای درجه بندی مقاومت در برابر آتش، بسته به نوع ساختمان و کاربری آن، توسط کدهای ساختمانی تعیین می شود.
رتبه بندی آتش بر حسب ساعت داده می شود. برای مثال، درجه‌بندی‌های لازم مقاومت در برابر آتش، برای ستون‌ها در بیمارستان‌های بلند، بسیار دقیق‌تر از ساختمان‌های یک طبقه ای است که برای ذخیره‌سازی محصولات یا مواد غیر قابل احتراق استفاده می‌شوند.
در بیمارستان های مرتفع ممکن است ستون ها به رتبه بندی چهار ساعته نیاز داشته باشند، در حالی که در ساختمان های تک طبقه دیوارهای خارجی ممکن است فقط به رتبه بندی یک ساعته نیاز داشته باشند.

شکل 2: تأثیر آتش بر سازه بتنی

عوامل موثر بر مقاومت بتن در برابر آتش

1- نوع مصالح
سنگدانه های مورد استفاده در بتن را می توان به سه دسته کربناته، سیلیسی و سبک طبقه بندی کرد. سنگ آهک، دولومیت و سنگ آهک را سنگدانه های کربناته می نامند، زیرا از کربنات کلسیم یا منیزیم یا ترکیبی از این دو تشکیل شده اند. در هنگام قرار گرفتن در معرض آتش، این سنگدانه ها کلسین و دی اکسید کربن خارج می شود و اکسید کلسیم (یا منیزیم) باقی می ماند.
از آنجایی که کلسینه کردن به گرما نیاز دارد، این واکنش مقداری از گرمای آتش را جذب می کند. واکنش از سطحی که در معرض آتش است شروع می شود و به آرامی به سمت طرف مقابل پیش می رود. بطور کلی سنگدانه های کربناته تا حدودی بهتر از سایر سنگدانه های با وزن معمولی در آتش عمل می کنند.

شکل 3: سنگدانه سنگ آهک

سنگدانه های سیلیسی شامل موادی متشکل از سیلیس و گرانیت و ماسه سنگ می باشند. سنگدانه های سبک معمولاً با حرارت دادن شیل، تخته سنگ یا خاک رس تولید می شوند. بتن حاوی سنگدانه های سبک وزن و سنگدانه های کربناته بیشترین مقاومت فشاری خود را تا حدود 650 درجه سانتیگراد حفظ می کند.
بتن سبک دارای خواص عایق است و گرما را با سرعت کمتری نسبت به یک بتن با وزن معمولی، با همان ضخامت منتقل می کند و بنابراین به طور کلی مقاومت در برابر آتش را افزایش می دهد.

2. محتوای رطوبت
محتوای رطوبت تأثیر پیچیده ای بر رفتار بتن در آتش دارد. بتنی که به آن اجازه خشک شدن داده نشده است ممکن است خورد و شکسته شود. این عارضه به خصوص در بتنی که بسیار نفوذناپذیر باشد، مانند بتن های ساخته شده با دوده سیلیس یا لاتکس، و یا بتنی که نسبت آب به سیمان بسیار پایینی داشته باشد رخ خواهد داد.

3. تراکم
به طور کلی، بتن هایی با وزن واحد کمتر (یا همان تراکم کمتر)، در آتش بهتر عمل می کنند؛ یک بتن سبک خشک شده در آتش بهتر از یک بتن با وزن معمولی عمل می کند.

4. نفوذپذیری
بتن هایی که میزان نفوذپذیری بیشتری دارند عموماً عملکرد رضایت بخشی دارند، به ویژه اگر تا حدی خشک باشند.

5. ضخامت
هر چه بتن ضخیم‌تر یا حجیم‌تر باشد، رفتار آن در هنگام قرار گرفتن در معرض آتش بهتر است.

همچنین بخوانید: عوامل موثر بر عملکرد بتن در هنگام آتش سوزی

رتبه بندی آتش به چه معناست؟
همانطور که در ویرایش 2000 آیین نامه بین المللی ساختمان (IBC-2000) تعریف شده است،”رده بندی مقاومت در برابر آتش” به معنای “مدت زمانی است که یک ساختمان یا جزء ساختمانی، توانایی مهار آتش خود را حفظ می کند، یا به انجام یک عملکرد سازه ای معین می¬پردازد، و یا هر دو ویژگی را حفظ می کند.
همانطور که توسط آزمایش های مقرر در بخش 703 تعیین می شود؛ برای دیوارها، کف ها، سقف ها، ستون ها و تیرها، به انجام آزمایش هایی توصیه می شود، بنام تست استاندارد آتش سوزی ASTM E119، که همان تست آتش سوزی مصالح ساختمان است.

این استاندارد مستلزم آن است که نمونه مورد آزمایش حداقل اندازه مشخص را داشته باشد، مگر اینکه اندازه واقعی کار نهایی کوچکتر از حداقل تعیین شده در استاندارد باشد.

رتبه بندی آتش چگونه به دست می آید؟
همانطور که قبلا اشاره شد، IBC-2000 روش های مختلفی را برای دستیابی به درجه بندی مقاومت در برابر آتش، در دسترس قرار می دهد. آزمایش آتش سوزی بر روی یک جزء ساختمانی خاص، یک روش واضح است. و روش دیگر، استفاده از طرح‌های تجویزی که در این استاندارد ذکر شده است، و استفاده از محاسبات انجام شده مطابق با رویه‌های مشخص در استاندارد نیز مجاز است.
اگرچه بخش “محاسبات” در کد شامل چند فرمول است، اما بیشتر داده‌ها به شکلی با کاربرد آسان جدول‌بندی شده‌اند و بر اساس نتایج آزمایش‌های آتش در استاندارد (ASTM E119) است.
به عنوان مثال، جدول 1 داده های 720.2.1.1 IBC-2000 را، برای حداقل ضخامت دیوارهای اجرا شده در محل، یا دیوارهای پیش ساخته، برای درجه بندی های مختلف مقاومت در برابر آتش نشان می دهد. این داده ها با حداقل ضخامت دال های کف ارائه شده در جدول 720.2.2.1 یکسان هستند، زیرا مقادیر بر اساس معیار نقطه پایانی انتقال حرارت است.

کربنات به سنگدانه های درشت سنگ آهک، دولومیت یا سنگ آهک اطلاق می شود، که از کربنات کلسیم یا منیزیم تشکیل شده اند.
سیلیسی به اکثر سنگدانه های با وزن معمولی دیگر اشاره دارد.
شن و ماسه سبک وزن به بتن هایی گفته می شود که با ماسه با وزن معمولی و سنگدانه های درشت سبک ساخته می شوند و معمولاً بین ۱۶۸۲ تا ۱۹۲۲ کیلوگرم بر متر مکعب وزن دارند.
سبک وزن به بتن اطلاق می شود که با سنگدانه های درشت و ریز سبک و با وزن بین 1361 تا 1842 کیلوگرم بر متر مکعب ساخته می شود.

همچنین بخوانید: مقاومت سازه ها و مصالح بتنی در برابر آتش

منبع:
theconstructor.org

گردآوری شده توسط سفید بام کرمانیان