آلية مقاومة الخرسانة للحريق

ما هي مقاومة الخرسانة للحريق؟

مقاومة الحريق للخرسانة عالية جدًا عند مقارنتها بمواد البناء الأخرى مثل الخشب والفولاذ. حيث تعتبر الخرسانة مادة مقاومة للحريق بسبب خاصية عدم الاحتراق وقدرتها على مقاومة الانهيار تحت درجات الحرارة العالية.

ستؤدي درجة الحرارة المرتفعة بشكل كبير التي يتعرض لها الهيكل الخرساني إلى إحداث تغيير هائل في الخصائص الميكانيكية والهيكلية الهامة للخرسانة. ولوحظ فشل كبير في الهيكل بسبب تدهور الحريق.

تعود خاصية مقاومة الحريق للخرسانة إلى الخصائص المتأصلة التي تحصل عليها من المواد المكونة والركام والألياف والأسمنت وما إلى ذلك. حيث سيشكل تركيبها معًا مادة خاملة تسمى “الخرسانة”، وهي خاملة كيميائيًا بطبيعتها.

هذا لا يخضع لأي تفاعل تحت النار ولا يؤدي إلى تطور أي غازات سامة أو سامة. كما أنها سوف تحترق الخرسانة ولكنها لن تجلب أي غازات سامة كما هو مذكور، وللحصول على تدهور بنيوي أعلى، يلزم التعرض لدرجات حرارة أعلى.

سلوك الخرسانة في النار:

كما ذكرنا من قبل، فإنّ ارتفاع درجة الحرارة سيحدث بعض التغيير في خصائص الخرسانة. حيث أن درجة الحرارة والجزيئات المكونة للخرسانة هي العوامل الحاكمة وراء سلوك الهياكل الخرسانية تحت النار.

حتى درجة حرارة 95 درجة مئوية، لا يوجد تغيير كبير في خصائص الخرسانة. وفوق هذه درجة الحرارة الحدية المذكورة، سوف يتعرض الأسمنت للانكماش. حيث أن هذا الانكماش بسبب ارتفاع درجة الحرارة ناتج عن الجفاف.

ستجعل هذه العملية الركام يتمدد عند درجات حرارة أعلى ممّا يؤدي بدوره إلى التوسع الكلي للخرسانة. وهذا يؤدي إلى تقليل القوة.

العوامل المؤثرة في مقاومة الخرسانة للحريق:

• مزيج النسب.

• المواد المكونة.

• الغطاء الخرساني للتسليح.

1. تأثير مزيج النسب على مقاومة الخرسانة للحريق:

تأثير نسبة الماء إلى الإسمنت ونسبة الخلط على مقاومة الخرسانة للحريق تشير الدراسات والتجارب التي أجريت على عينات الخرسانة إلى أن المزيج الأصغر سيخضع لانخفاض أكبر في القوة والخصائص تحت درجات الحرارة العالية مقارنةً بالخليط الغني.

2. تأثير الركام على مقاومة الخرسانة للحريق:

المواد المكونة بشكل أساسي للركام المستخدم في تصنيع الخرسانة لها دور مهم في مقاومة الخرسانة للحريق. حيث أن الركام المستخدم في صناعة الخرسانة يمكن أن يكون من النوع الكربوني أو السيليسي.

سيشمل النوع الكربوني للركام الجرانيت والحجر الرملي. وسوف تشتمل مواد الركام السيليسي على السيليكا والجرانيت والحجر الرملي. عند درجة حرارة 650 درجة مئوية، تقل قوة الخرسانة المحتوية على الركام السليكي بنسبة 55%. ولكن في حالة الخرسانة التي تحتوي على ركام كربوني، تستعيد القوة عند 650 درجة مئوية.

ستخضع الخرسانة التي تتكون من ركام كربوني لنقل الحرارة بشكل أبطأ بالمقارنة مع الخرسانة ذات الوزن الطبيعي بنفس السماكة. وهذا هو السبب في أن تراكمات الكربون في الخرسانة تزيد من مقاومة الخرسانة للحريق.

3. تأثير الغطاء الخرساني للتسليح على مقاومة الخرسانة للحريق:

معظم المباني المعرضة للنيران مصنوعة من الخرسانة المسلحة. حيث يلعب الفولاذ المستخدم وترتيبه في الخرسانة دورًا مهمًا في مقاومة الهيكل الخرساني للحريق. وسيخضع الفولاذ للصهر عند تعرضه لدرجة حرارة تتراوح بين 1153 و1538 درجة مئوية.

سيختلف ذلك بناءً على محتوى الكربون في الفولاذ. وَعند تصميم الخرسانة المسلحة، يوصى بتوفير غطاء مناسب لمقاومة الحريق. حيث أن هذا للحفاظ على درجة حرارة التسليح أقل من قيمها الحرجة.

عندما يتعرض هيكل خرساني للنار، تكون درجة الحرارة على سطح الخرسانة أكبر من درجة الحرارة عند نقطة 3 سم داخل كتلة الخرسانة (تقاس من السطح). وهذا هو المكان الذي يتم فيه وضع التسليح.

هذه القيمة المنخفضة داخل الخرسانة بسبب الموصلية الحرارية المنخفضة للمادة. ومن ثم، فمن المستحسن أن يكون لها غطاء أكبر مع وجود تصميم خاص لمقاومة الحريق.

الخرسانة كمادة أثناء الحريق:

الخرسانة لا تحترق، لا يمكن إشعالها ولا تنبعث منها أبخرة سامة عند تأثرها بالنار. ثبت أن الخرسانة تتمتع بدرجة عالية من مقاومة الحريق، ويمكن وصفها في معظم التطبيقات بأنها مقاومة للحريق تقريبًا.

يرجع هذا الأداء الممتاز، بشكل رئيسي، إلى المواد المكونة للخرسانة (الأسمنت والركام) والتي، عند دمجها كيميائيًا داخل الخرسانة، تشكل مادة خاملة بشكل أساسي.

الهياكل الخرسانية أثناء الحريق:

الهياكل الخرسانية تعمل بشكل جيد في النار. ويرجع ذلك إلى الجمع بين الخصائص المتأصلة للخرسانة نفسها، جنبًا إلى جنب مع التصميم المناسب للعناصر الهيكلية لإعطاء أداء النار المطلوب وتصميم الهيكل العام لضمان المتانة.

أداء النار هو قدرة عنصر هيكلي معين (على عكس أي مادة بناء معينة) على أداء وظيفته المصممة لفترة من الوقت في حالة نشوب حريق.