(عوامل موثر بر عملکرد بتن در هنگام آتش سوزی)
سازه های بتنی به طور اجتناب ناپذیری در طول عمر خود در معرض آتش سوزی و دمای بالا قرار می گیرند، که تغییراتی مضر در خواص بتن ایجاد می کند و همچنین گاهی باعث خرابی می شود. بنابراین، درک عواملی که عملکرد بتن را در هنگام آتش سوزی کنترل می کنند بسیار مهم است. این مقاله عواملی را که بر عملکرد بتن در حین آتش سوزی تاثیرگذار هستند را، مشخص می کند.
شکل 1: عناصر بتنی در معرض آتش
در این مقاله می خوانید:
عوامل موثر بر عملکرد بتن در هنگام آتش سوزی
نسبت آب به ماده اتصال
رطوبت بتن
نوع سنگدانه مورد استفاده برای تولید بتن
مواد سیمانی تکمیلی
الیاف در بتن
عوامل موثر بر عملکرد بتن در هنگام آتش سوزی
عواملی که عملکرد بتن را در هنگام آتش سوزی کنترل می کنند عبارتند از:
• نسبت آب به ماده اتصال دهنده
• میزان رطوبت
• نوع سنگدانه مورد استفاده برای تولید بتن
• مواد سیمانی تکمیلی
• الیاف
نسبت آب به ماده اتصال
یکی از عواملی که بر عملکرد بتن در هنگام آتش سوزی تأثیر می گذارد، نسبت آب به ماده اتصال دهنده است. هر چه نسبت مقدار W/B کمتر باشد، عملکرد بتن در معرض آتش سوزی بهتر است. ثابت شده است که کاهش مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته بتن، با نسبت w/b بالا (0.6)، بیشتر از بتن با نسبت w/b پایین (0.28-0.35) است. این روند همچنین برای بتن سبک و بتن ساخته شده با مواد جایگزین سیمان مانند خاکستر بادی و سرباره هم یکسان است. باید توجه داشت که بتن با نسبت w/b کم در دمای پایین تر، در مقایسه با بتن با نسبت w/b بالا، دچار پوسته شدن می شود.
رطوبت بتن
محتوای رطوبت به طور مستقیم بر عملکرد بتن در هنگام آتش سوزی تأثیر می گذارد. نشان داده شده است که افزایش رطوبت، به دلیل فشار بالای بخار بر منافذ، باعث افزایش احتمال ریزش بتن می شود. میزان تاثیر رطوبت، بر اساس مقدار سطح رطوبت نسبی و ماهیت سنگدانه های درشت است. اگر سطح رطوبت نسبی بیشتر از هشتاد درصد باشد، بتن هنگام قرار گرفتن در معرض آتش دچار پوسته پوسته شدن می شود.
نوع سنگدانه مورد استفاده برای تولید بتن
سنگدانه حدود 60 تا 70 درصد حجم بتن را اشغال می کند، بنابراین خواص سنگدانه به طور قابل توجهی بر عملکرد بتن در هنگام آتش سوزی تأثیر می گذارد. سه نوع سنگدانه رایج برای تولید بتن وجود دارد که عبارتند از: کربناته مانند سنگ آهک، سیلیسی مانند گرانیت و ماسه سنگ، و سنگدانه های سبک مانند رس منبسط شده و ماسه سرامیت.
شکل 2: سنگدانه کربناته برای بتن
شکل 3: سنگدانه ماسه سنگ
شکل 4: سنگدانه سبک
عملکرد بتن ساخته شده از هر نوع سنگدانه، به دلیل خواص این سنگدانه ها متفاوت است. نشان داده شده است که مقاومت در برابر آتش و پوسته شدن بتن ساخته شده از سنگدانه کربناته، بیشتر از بتن تولید شده با سنگدانه سیلیسی است. دلیل آن این است که گرمای ویژه سنگدانه های کربناته از سنگدانه های سیلیسی بیشتر است. هر چه گرمای ویژه سنگدانه بیشتر باشد، مقاومت بتن در برابر پوسته شدن در اثر آتش سوزی بهتر است. به غیر از ویژگی ظرفیت گرمایی زیاد، عوامل دیگری نیز وجود دارد که به افزایش مقاومت در برابر آتش سنگدانه های کربنات کمک می کند، مانند دوام و شکل پذیری. تا آنجایی که سنگدانه سبک وزن است، انتظار می رود که عملکرد عالی در هنگام آتش سوزی از خود نشان دهد، زیرا هدایت حرارتی چنین سنگدانه ای کم است و بنابراین مقاومت آن در برابر گرما بالا است. بر اساس آزمایشات نشان داده شده است که بتن تولید شده با استفاده از سنگدانه های سبک وزن یا کربناته در معرض حرارت 648.80 درجه سانتیگراد، مقاومت فشاری خود را حفظ می کند، در حالی که بتن ساخته شده از سنگدانه های سیلیسی نیمی از مقاومت فشاری خود را در معرض همان درجه حرارت از دست می دهد.
مواد سیمانی تکمیلی
به طور کلی، استفاده از مواد سیمانی مانند سرباره کوره بلند و خاکستر بادی عملکرد بتن در معرض آتش را بهبود می بخشد. اما تاثیر مواد سیمانی با هم یکسان نیست و علاوه بر آن نوع سنگدانه استفاده شده نیز بر عملکرد بتن تاثیر می گذارد. بر اساس آزمایشات نشان داده شده است که تمام مقاومت فشاری بتن معمولی، در دمای 1050 درجه سانتیگراد کاملاً از بین می رود، در حالی که بتن تولید شده با استفاده از سیمان، به علاوه ی 80 درصد جایگزینی سرباره، حدود 82 درصد از مقاومت فشاری خود را از دست می دهد و نه صد درصد آن را. علاوه بر این، مواد تکمیلی باعث افزایش مقاومت بتن در برابر پوسته شدن در هنگام آتش سوزی می شود. بر خلاف سایر مواد تکمیلی، بتن دارای دود سیلیس نسبت به بتن معمولی زمانی که در معرض همان درجه از آتش قرار می گیرد بهتر عمل می کند.
شکل 5: خاکستر بادی برای مقاومت در برابر آتش بتن
شکل 6: دود سیلیس برای مقاومت در برابر آتش بتن
الیاف در بتن
به طور کلی، افزودن فیبر عملکرد بتن در معرض آتش را بهبود می بخشد. به عنوان مثال، نشان داده شده است که افزودن پلی پروپیلن باعث افزایش مقاومت بتن در برابر پوسته شدن می شود. اما با این حال، خواص مکانیکی بتن را به میزان قابل توجهی افزایش نمی دهد. توصیه می شود که مقدار (0.1 تا 0.5) درصد پلی پروپیلن را برای بهبود مقاومت بتن در برابر پوسته شدن مخلوط کنید. اگر پیش بینی شود که بتن در معرض دمای بالایی قرار خواهد گرفت، استفاده از الیاف بلند توصیه می شود. الیاف فولادی نوع دیگری از الیاف است که می تواند با بتن مخلوط شود. مقاومت در برابر پوسته شدن بتن مخلوط با الیاف فولادی کمتر از بتن مخلوط شده با پلی پروپیلن است، اما خواص مکانیکی بتن به طور کلی بهبود خواهد یافت. بنابراین، می توان گفت که افزودن الیاف باعث افزایش عملکرد بتن در معرض آتش می شود.
شکل 7: الیاف پلی پروپیلن برای افزایش مقاومت بتن در برابر آتش
منبع:
theconstructor.org
گردآوری شده توسط تیم ترجمه شرکت سفید بام کرمانیان
بیشتر بخوانید:
رتبه بندی مقاومت در برابر حریق عناصر سازه ای بتن و بنایی
مقاومت بتن دربرابر آتش چیست؟ مکانیسم و عوامل
