مقاومت بتن در برابر آتش چیست؟

مقاومت بتن در برابر آتش، توانایی بتن برای مقاومت در برابر آتش یا محافظت در برابر آتش است. این مهم شامل توانایی عنصر ساختاری بتنی برای ادامه مقاومت قبل از شکست است. مدت زمانی که عنصری مانند تیر، ستون، دیوار، کف یا سقف می‌تواند آتش را تحمل کند که در ASTM E 119 تعریف شده است، «رتبه آتش» نامیده می‌شود.

مقاومت در برابر آتش توسط هر دو ویژگی فیزیکی و حرارتی عنصر ساختاری کنترل می‌شود. عوامل حاکم بر عملکرد سازه شامل سطح تنش در بتن و فولاد، پوشش بتنی، تمایل سنگدانه‌ها و رطوبت آزاد به ایجاد پوسته پوسته شدن و شرایط مهار جانبی است. با این حال، پارامترهایی که عملکرد حرارتی را کنترل می‌کنند، شامل نوع سنگدانه، رطوبت آزاد در بتن و حجم بتن در هر متر مربع از سطح هستند.

مکانیسم مقاومت بتن در برابر آتش

درک خواص مقاومت بتن در برابر آتش آسان است. اجزای بتن مانند سیمان و مصالح سنگدانه از نظر شیمیایی بی‌اثر هستند و از این رو عمدتاً غیر قابل احتراق می‌باشند و بتن سرعت انتقال حرارت آهسته‌ای دارد. این سرعت کند هدایت و انتقال گرما است که بتن را قادر می‌سازد تا به عنوان یک سپر آتش موثر نه تنها بین فضاهای مجاور عمل کند بلکه از خود در برابر آسیب آتش نیز محافظت نماید.

بنابراین، برخی از عناصر ساختاری بتنی مانند دیوارهای خانه به عنوان سپر آتش عمل می‌کنند، اتاق‌های مجاور را در برابر شعله‌ها محافظت می‌کنند و یکپارچگی ساختاری آن را با وجود قرار گرفتن در معرض گرمای شدید حفظ می‌نمایند.

آتش چگونه بر سازه‌های بتنی تأثیر می‌گذارد؟

در دماهای بالا که در آتش سوزی تجربه می‌شود، سیمان هیدراته در بتن به تدریج آب می‌شود و دوباره به آب (در واقع بخار) و سیمان باز می‌گردد. این امر منجر به کاهش مقاومت و مدول الاستیسیته بتن می‌شود. در برخی از آتش سوزی‌ها، پوسته شدن بتن رخ می‌دهد، بدین معنا قطعات بتن از بقیه آن جدا می‌شوند.

اکثر الزامات درجه بندی مقاومت در برابر آتش بسته به نوع ساختمان و اشغال آن، توسط کدهای ساختمانی تعیین می‌شوند. رتبه بندی آتش بر حسب ساعت داده می‌شود. برای مثال، درجه ‌بندی‌های لازم برای مقاومت در برابر آتش برای ستون‌ها در بیمارستان‌های بلند بسیار دقیق‌تر از ساختمان‌های یک طبقه هستند که برای ذخیره‌ سازی محصولات یا مواد غیر قابل احتراق استفاده می‌شوند.

در بیمارستان‌های مرتفع ممکن است ستون‌ها به رتبه بندی چهار ساعته نیاز داشته باشند، در حالی که در ساختمان‌های تک طبقه دیوارهای خارجی ممکن است فقط به رتبه بندی یک ساعته نیاز داشته باشند.

عوامل موثر بر مقاومت بتن در برابر آتش

فاکتورهای موثر در مقاومت بتن در برابر آتش به شرح زیر هستند:

1- نوع مصالح

سنگدانه‌های مورد استفاده در بتن را می‌توان به سه دسته کربناته، سیلیسی و سبک طبقه بندی کرد. سنگ آهک، دولومیت و سنگ آهک را سنگدانه‌های کربناته می‌نامند زیرا از کربنات کلسیم یا منیزیم یا ترکیبی از این دو تشکیل شده‌اند. در هنگام قرار گرفتن در معرض آتش، این سنگدانه‌ها کلسین، دی اکسید کربن خارج می‌شود و اکسید کلسیم (یا منیزیم) باقی می‌ماند.

از آنجایی که کلسینه کردن به گرما نیاز دارد، واکنش مقداری از گرمای آتش را جذب می‌کند. واکنش از سطح در معرض آتش شروع می‌شود و به آرامی به سمت مقابل پیش می‌رود. نتیجه این است که سنگدانه‌های کربناته تا حدودی بهتر از سایر سنگدانه‌های با وزن معمولی در آتش عمل می‌کنند.

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

2- محتوای رطوبت

محتوای رطوبت تأثیر پیچیده‌ای بر رفتار بتن در آتش دارد. به بتنی که اجازه خشک شدن داده نشده، ممکن است ترک بردارد، به خصوص اگر بتن بسیار نفوذناپذیر باشد مانند بتن‌های ساخته شده با دوده سیلیس یا لاتکس یا اگر نسبت آب به سیمان بسیار پایینی داشته باشد.

3- تراکم

به طور کلی، بتن‌هایی با وزن واحد کمتر، در آتش بهتر عمل می‌کنند، بتن سبک خشک شده در آتش بهتر از بتن با وزن معمولی عمل می‌کند.

4- نفوذپذیری

بتن‌هایی که نفوذپذیری بیشتری دارند، عموماً عملکرد رضایت بخشی داشته، 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.

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 ساختمان توانایی مهار آتش را حفظ می‌کند یا به انجام یک عملکرد سازه ای معین یا هر دو ادامه می‌دهد.

همانطور که توسط آزمایش‌های تجویز شده در بخش 703 تعیین می‌شود، برای دیوارها، کف، سقف، ستون‌ها و تیرها، آزمایش‌هایی که به آنها اشاره شده، تست استاندارد آتش سوزی، ASTM E119، آزمایش‌های آتش سوزی مصالح ساختمانی هستند. این استاندارد مستلزم آن است که نمونه مورد آزمایش حداقل اندازه معینی داشته باشد، مگر اینکه اندازه واقعی کوچکتر از حداقل تعیین شده باشد.

رتبه بندی آتش چگونه به دست می‌آید؟

همانطور که قبلا اشاره شد، IBC-2000  روش‌های مختلفی را برای دستیابی به درجه بندی مقاومت در برابر آتش اجازه می‌دهد. آزمایش آتش سوزی یک جزء ساختمانی خاص یک روش واضح است. متناوباً، طرح‌های تجویزی که در کد ذکر شده، ممکن است مورد استفاده قرار گیرند یا محاسبات انجام شده مطابق با رویه‌های ارائه شده در کد مجاز هستند.

 اگرچه بخش محاسبات در کد شامل چند فرمول است، اما بیشتر داده‌ها به شکلی با کاربرد آسان جدول ‌بندی شده‌اند و بر اساس نتایج آزمایش‌های آتش استاندارد (ASTM E119) هستند. به عنوان مثال، جدول یک داده‌های 720.2.1.1 IBC-2000 را برای حداقل ضخامت دیوارهای ریخته شده در محل یا پیش ساخته برای درجه بندی‌های مختلف مقاومت در برابر آتش نشان می‌دهد. داده‌ها با حداقل ضخامت دال‌های کف ارائه شده در جدول 720.2.2.1 یکسان هستند، زیرا مقادیر بر اساس معیار نقطه پایانی انتقال حرارت می‌باشند.

نوع بتن  1 ساعت 1.5 ساعت 2 ساعت 3 ساعت 4 ساعت
سیلیسی 3.5 4.3 5 6.2 7
کربنات 3.2 4 4.5 5.7 6.6
ماسه سبک 2.7 3.3 3.8 4.6 5.4
بتن سبک 2.5 3.1 3.6 4.4 5.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 1: حداقل ضخامت دال برای رتبه بندی مقاومت در برابر آتش

 

همانطور که در بالا ذکر شد، کربنات به سنگدانه‌های درشت سنگ آهک، دولومیت یا سنگ آهک اطلاق می‌شود، آنهایی که از کربنات کلسیم یا منیزیم تشکیل شده‌اند. سیلیسی به اکثر سنگدانه‌های با وزن معمولی دیگر اشاره دارد. ماسه سبک به بتن‌هایی گفته می‌شود که با ماسه با وزن معمولی و سنگدانه‌های درشت سبک ساخته می‌شوند و معمولاً بین 1682 تا 192 کیلوگرم بر متر مکعب وزن دارند. بتن سبک به بتنی اطلاق می‌شود که با سنگدانه‌های درشت و ریز سبک و با وزن بین 1361 تا 1842 کیلوگرم بر متر مکعب ساخته می‌شود.

بتن در آتش
کلام آخر

یکی از مزایای عمده بتن، مقاومت در برابر آتش است. اما در زمان آتش سوزی باید تدابیر لازم را برای حفظ کیفیت و مقاومت بتن انجام داد. این مهم با رتبه آتش تشخیص داده می‌شود تا بتوان حداکثر زمان مقاومت بتن در برابر آتش را تخمین زد. به ویژ عواملی مانند نوع بتن یا پوشش بتن می‌توانند تاثیر زیادی در نحوه مقاومت بتن نسبت به آتش داشته باشند.

منابع:
https://theconstructor.org/