مقاومت بتن در برابر آتش در اصل توانایی بتن برای مقاومت در برابر آتش یا محافظت شدن در برابر آتش است. این ویژگی شامل توانایی عنصر سازه ای بتن برای ادامه عملکرد ساختاری خاص یا محدود کردن آتش و یا هر دو می باشد.
مدت زمانی که عنصری مانند تیر، ستون، دیوار، کف و یا سقف می توانند آتش را تحمل کنند، درجه بندی آتش نامیده می شود.
مقاومت در برابر آتش توسط خواص فیزیکی و حرارتی عنصر سازه کنترل می گردد. عوامل حاکم بر عملکرد سازه که شامل سطح تنش در بتن و فولاد، پوشش بتنی، میزان تراکم و رطوبت آزاد می شوند، موجب سوختن و آتش سوزی و همچنین شرایط مهار جانبی هستند.
با این حال، پارامترهایی که عملکرد حرارتی را کنترل می کنند شامل موارد زیر هستند:
نوع سنگدانه، رطوبت آزاد در بتن (که دربرگیرنده رطوبت جذب شده و همین طور رطوبت مویرگی می باشد) و حجم بتن در متر مربع از سطح
بررسی مکانیزم مقاومت بتن در برابر آتش
درک خواص مقاومت بتن در برابر آتش آسان است. اجزای بتن مانند سیمان و مصالحی چون سنگدانه ها از نظر شیمیایی بی اثر هستند و از این رو غالبا قابل احتراق نیستند و بتن دارای سرعت پایین در انتقال حرارت است.
این سرعت کند رسانایی (انتقال کند حرارت) است که بتن را قادر می سازد تا نه تنها بین فضاهای مجاور به عنوان یک سپر آتش به طور موثر عمل کند؛ بلکه خود را در برابر صدمات ناشی از آتش محافظت نماید. بنابراین برخی از عناصر سازه ای بتنی مانند دیوارها در خانه ها به عنوان یک سپر آتش عمل می کنند و از اتاق های مجاور در برابر شعله های آتش محافظت کرده و با وجود قرار گرفتن در معرض گرمای شدید، یکپارچگی ساختاری خود را حفظ می کنند.
آتش چگونه بر سازه های بتنی تأثیر می گذارد؟
در دمای بالایی که در آتش سوزی تجربه می شود، سیمان هیدراته در بتن به تدریج کم آب شده و به آب (در واقع بخار) و سیمان باز می گردد. این امر منجر به کاهش مقاومت و ضریب ارتجاعی (سختی) بتن می شود.
در برخی از آتش سوزی هایی که در سازه های بتنی رخ می دهد، گاهی اوقات قطعات بتن به شدت از هم جدا می شوند.
بسته به نوع ساختمان و سطح تصرف آن، بیشتر الزامات درجه بندی مقاومت در برابر آتش توسط کدهای ساختمانی تعیین می گردد.
عوامل موثر بر مقاومت بتن در برابر حریق کدامند؟
1. نوع تراکم بتن
سنگدانه های مورد استفاده در بتن را می توان به سه دسته کربناته، سیلیس و سبک تقسیم بندی کرد.
سنگدانه های کربناته
سنگ آهک و دولومیت سنگدانه های کربناته نامیده می شوند؛ زیرا از کربنات کلسیم یا منیزیم یا ترکیبی از این دو تشکیل شده اند. هنگام قرار گرفتن در معرض آتش، این کلسین ها – دی اکسید کربن از بین می روند و اکسید کلسیم (یا منیزیم) باقی می ماند.
از آنجا که آهک سازی (آهکی کردن) نیاز به گرما دارد، این واکنش مقداری از حرارت آتش را جذب می کند. واکنش از سطح در معرض آتش شروع می شود و به آرامی به طرف مقابل پیشروی می کند. نتیجه این است که سنگدانه های کربناتی تا حدی بهتر از دیگر سنگدانه های با وزن معمولی در آتش سوزی عمل می کنند.
سنگدانه های سیلیس
سنگدانه های از نوع سیلیس شامل موادی است که از سیلیس تشکیل شده و ترکیبی از گرانیت و ماسه سنگ است.
سنگدانه های سبک
این سنگدانه‌ها معمولا با گرم کردن سنگ، تخته سنگ یا خاک رس تولید می شوند. در یک نگاه کلی می توان گفت: بتن حاوی سنگدانه های سبک و سنگدانه های کربناته، مقاومت فشاری خود را تا حدود 650 درجه سانتی گراد حفظ می کنند.
همان طور که می دانید یکی از ویژگی های بتن سبک، عایق بودن آن است و گرما را با سرعت کمتری نسبت به بتن با وزن معمولی و با ضخامت یکسان منتقل می کند و بنابراین به طور کلی مقاومت بتن را در برابر آتش افزایش می دهد.
2. محتوای رطوبت داخلی بتن
رطوبت تأثیر پیچیده ای بر رفتار بتن در آتش دارد. بتنی که به آن اجازه خشک شدن داده نشده باشد، ممکن است دچار ریزش شود؛ به ویژه اگر بتن بسیار نفوذ ناپذیر باشد. مانند بتن هایی که با بخار سیلیس یا لاتکس ساخته شده اند یا نسبت آب به سیمان بسیار پایینی دارند.
3. چگالی (تراکم) بتن
بطور کلی، بتن هایی با وزن واحد کمتر (تراکم پایین تر) در آتش بهتر عمل می کنند. از همین روی بتن سبک خشک شده در مقایسه با بتن با وزن معمولی در آتش بهتر عمل می کند.
4. نفوذ پذیری بتن
بتن هایی که نفوذ پذیری بیشتری دارند به ویژه اگر خشک باشند، عموما رضایت بخش تر عمل می کنند.
5. ضخامت بتن
هر چه بتن ضخیم تر یا عظیم تر باشد، هنگام قرار گرفتن در معرض آتش، رفتار و حرکت آن بهتر است و مقاومت بیشتری از خود نشان خواهد داد.
رتبه آتش در بتن به چه معناست؟
همان طور که در نسخه 2000 کد بین المللی ساختمان (IBC-2000) تعریف شده است، “درجه مقاومت در برابر آتش” به معنی مدت زمانی است که یک ساختمان یا اجزای آن توانایی محدود کردن آتش را خواهند داشت و یا به انجام عملکرد سازه ای مشخص ادامه داده و یا هر دو این موارد را با هم به انجام می رساند.
رتبه بندی آتش سوزی در بتن چگونه انجام می شود؟
رتبه بندی آتش سوزی بر اساس ساعت معین می شود. به عنوان مثال، الزامات درجه بندی مقاومتی لازم برای ستون های بیمارستان های با ارتفاع زیاد بسیار سختگیرانه تر و دقیق تر از مواردی است که برای ساختمان های یک طبقه که عموما برای ذخیره سازی محصولات یا مصالح غیر قابل احتراق مورد استفاده قرار می گیرند، لحاظ می شوند.
در بیمارستان های مرتفع، ستون ها ممکن است به رتبه چهار ساعته نیاز داشته باشند؛ در حالی که در ساختمان های یک طبقه دیوارهای بیرونی ممکن است فقط به رتبه یک ساعته نیاز داشته باشند.
رتبه بندی مقاومت در برابرآتش چگونه انجام می شود؟
روش های مختلفی برای دستیابی به رتبه بندی مقاومت در برابر آتش وجود دارد. آزمایش مقاومت بتن در برابر آتش یک مولفه مهم ساختمانی است که با روش های کاملا واضح انجام می شود. از سویی ممکن است از طرح های تجویزی یا محاسبات به روش های خاصی که در گروه کدهای مجاز ساختمانی قرار دارند نیز استفاده شود.
