اقرأ في هذا المقال
- ما هو التشظّي المتفجر للعناصر الانشائية؟
- العوامل المؤثرة في التشظّي المتفجر للعناصر الهيكلية الخرسانية المعرضة للحريق
ما هو التشظّي المتفجر للعناصر الانشائية؟
في الاعوام الأخيرة، زاد استخدام الخرسانة عالية الأداء بشكل كبير في التطبيقات مثل الهياكل الخرسانية سابقة الإجهاد والجسور وهياكل الأسقف ذات الامتدادات الكبيرة وحاويات السوائل الخطرة أو النفايات النووية نظرًا لأدائها الهيكلي المتميز والمتانة العالية. ومع ذلك، لا يزال أداء مقاومة الحريق مصدر قلق، لا سيما فيما يتعلق بالتشظي المتفجر في الحريق. لذلك، من الضروري فهم خصائص التشظّي للخرسانة المعرضة لدرجة حرارة عالية، بحيث يمكن ضمان سلامة تصميم الهيكلية للحريق..
عندما تتعرّض العناصر الخرسانية الإنشائية للنار، فمن الممكن حدوث تشظّي متفجر للخرسانة. يحدث التشظّي المتفجر للخرسانة عندما يتم تغيير الماء الحر (الماء الذي لا يستخدم في تفاعل الترطيب وظل غير مستخدم في الخرسانة) في الخرسانة إلى بخار بسبب تعرّض الخرسانة للحريق، وإذا لم يتم إطلاق البخار في الخرسانة فإنّه يتسبب في ذلك. شظايا متفجرة.
سيتم إزالة الغطاء الخرساني الذي يحمي التعزيز بسبب التشققات المتفجرة وبالتالي ستتعرض القضبان الفولاذية للنيران. هذا يضعف قضبان التسليح ويؤدي إلى تقليل قدرة الحمل القصوى لعنصر الخرسانة المسلّحة. لذلك، من المهم إلى حد كبير فهم طبيعة الانقسام المتفجر للخرسانة والعوامل التي تؤثر عليها. قد تكون هذه العوامل مادية أو هندسية أو هيكلية أو بيئية وسيتم مناقشتها في الأقسام التالية.
العوامل المؤثرة في التشظّي المتفجر للعناصر الهيكلية الخرسانية المعرضة للحريق:
- معدّل تسخين الخرسانة.
- التعرض الحراري للخرسانة.
- حجم قسم عنصر الخرسانة المسلّحة.
- شكل قسم عنصر الخرسانة المسلّحة.
- محتوى الرطوبة لعضو الخرسانة المسلّحة.
- نفاذية عنصر الخرسانة المسلّحة.
- عمر عضو الخرسانة المسلّحة.
- قوة الخرسانة المستخدمة.
- الضغط الانضغاطي على العنصر الخرساني.
- نوع الركام المستخدم في عنصر الخرسانة المسلّحة.
- حجم الركام المستخدم في عضو الخرسانة المسلّحة.
- تكسير عضو الخرسانة.
- التعزيز المستخدم في عنصر الخرسانة.
- الغطاء الخرساني لحديد التسليح.
- التعزيز التكميلي للخرسانة.
- الاضافات المستخدمة مع الخرسانة.
1- معدل تسخين الخرسانة:
يؤثر هذا العامل بشكل كبير على الانقسام المتفجر للظهور الملموس. حيث أن معدل التسخين يزيد من احتمالية وشدة التشظّي المتفجر.
2- التعرض الحراري للخرسانة:
تزداد احتمالية الانقسام المتفجر لحدوث الخرسانة مع زيادة عدد عناصر الخرسانة المسلّحة المعرضة للنيران. على سبيل المثال، تعتبر استجابة البلاطة الخرسانية المسلّحة للحريق أفضل بالمقارنة مع عوارض الخرسانة المسلّحة. هذا لأن جانبًا واحدًا فقط من الأول يتعرض للنار بينما هناك ثلاثة وجوه في الأخير تتعرض للنار. هذا واضح أن الأشكال الخارجية البسيطة التي ليس لها ريش واضح هي خيار أفضل للبناء عند النظر في التعرض للحريق.
3- حجم قسم عنصر الخرسانة المسلّحة:
من غير المرجّح أن يحدث انفجار الشظايا في الجدار الرقيق للغاية، ويُعتقد أن هذا يرجع إلى سهولة تسرب المياه الحرة والزائدة من الخرسانة وانخفاض ضغط المياه المسامية في العضو. يُذكر أن احتمالية حدوث الانفجارات منخفضة في الأجزاء السميكة مثل جدران الاحتواء النووي.
4- شكل قسم عنصر الخرسانة المسلّحة:
يكون التشظي المتفجر للخرسانة أكثر شيوعًا في المقاطع العرضية التي تتغير بسرعة على سبيل المثال الأسطح المستوية والزاوية المستديرة تتفوق على الزوايا على وجه التحديد في الزوايا القصوى عند تعرضها للحريق.
5- محتوى الرطوبة لعضو الخرسانة المسلّحة:
من المحتمل أن يحدث التشظّي المتفجر للخرسانة في الخرسانة ذات القوة العادية مع محتوى رطوبة يزيد عن 2% من حيث الوزن ونادرًا ما يحدث عندما يكون محتوى الرطوبة أقل من 2%. يصعب الحصول عمليًا على هذه الكمية من محتوى الرطوبة. مع مجموعة معينة من الظروف، من غير المرجح أن تتواجد الشظايا المتفجرة في الخرسانة ذات المحتوى الرطوبي أقل من 3% من حيث الوزن بينما تم الإبلاغ عن أن الخرسانة عالية القوة ذات الكثافة العالية مع محتوى رطوبة من 2.3 إلى 3% عانت من التشققات المتفجرة.
ويرجع ذلك إلى قلة النفاذية والمسامية التي تؤدي إلى إعاقة هروب الماء وبالتالي يكون ضغط الماء المسامي كبيرًا وبالتالي فإنّ خطر الانقسام المتفجر كبير على الرغم من أن قوة الشد كبيرة في الخرسانة عالية القوة. يتناقص محتوى الرطوبة بمرور الوقت ممّا يعني تقليل إمكانية حدوث تشظّي متفجر أيضًا. يعتمد محتوى الرطوبة بشكل كبير على البيئة التي يتم فيها إنشاء الهيكل، على سبيل المثال، محتوى الرطوبة للعناصر داخل المباني أصغر من تلك الموجودة في الخارج.
6- نفاذية عنصر الخرسانة المسلّحة:
إنّه يؤثر على معدل إطلاق البخار بشكل كبير، وقد تم إثبات تجريبياً أن حدوث التشظّي المتفجر نادر الحدوث إذا كانت نفاذية الخرسانة أقل من (5 × 10-11 سم 2).
7- عمر عضو الخرسانة المسلّحة:
يُزعم أن احتمال حدوث تشظّي متفجر ناتج عن زيادة عمر عنصر الخرسانة وقد يكون هذا بسبب انخفاض محتوى الرطوبة.
8- قوة الخرسانة المستخدمة في المباني:
ومن المثير للاهتمام، أن حدوث الانقسام المتفجر للخرسانة نادرًا ما يكون متوقعًا في الخرسانة منخفضة القوة. على العكس من ذلك، هناك احتمال كبير لحدوث شظايا متفجرة في الخرسانة عالية القوة.
9- الضغط الانضغاطي على العنصر الانشائي:
تزداد إمكانية التشظّي المتفجر مع زيادة الضغط الانضغاطي والضغط على العنصر. يمكن زيادة الضغط الانضغاطي عن طريق تقليل حجم القسم أو زيادة الحمل المطبّق.
10- نوع الركام المستخدم في عنصر الخرسانة المسلّحة:
ويلاحظ أنه إذا تم استخدام الركام ذِي التمدد الحراري المنخفض، فإنّ احتمالية الانقسام المتفجر للخرسانة تقل. تقل احتمالية التشظّي المتفجر إذا تم استخدام الركام السيليسي والحجر الجيري والبازلت والوزن الخفيف. يتم تطبيق استخدام الركام الجاف لأنه من المرجح أن يحدث التشظّي المتفجر عندما يكون الركام مشبعًا.
11- حجم الركام المستخدم في عضو الخرسانة المسلّحة:
يتضح من خلال الاختبار أنه كلما زاد حجم الركام كلما قل احتمال حدوث تشظّي متفجر للخرسانة.
12- شقوق عضو الخرسانة:
تساعد الشقوق في هروب الرطوبة في الخرسانة. من ناحية أخرى، فهو مصدر لانتشار التشققات.
13- حديد التسليح المستخدم في عنصر الخرسانة:
يحدث التشظّي المتفجر للخرسانة في جزء غير مقوى من العنصر الخرساني ولا يمتد إلى ما وراء طبقات التسليح مثل قفص الركائب والقضبان الطولية في الأعمدة والعوارض.
14- الغطاء الخرساني لحديد التسليح:
من الملاحظ تجريبياً أنه كلما زاد الغطاء الخرساني من احتمال زيادة عنصر الخرسانة إلى التشظّي المتفجر. يُذكر أنه يجب توقع انقسام متفجر للخرسانة إذا كان الغطاء الخرساني أكبر من 40 مم للخرسانة الكثيفة وأكبر من 50 مم للخرسانة خفيفة الوزن. لا يُتوقع حدوث شظايا متفجرة شديدة إذا كان الغطاء الخرساني يساوي أو أقل من 15 ملم. قد يكون هذا بسبب كتلة صغيرة من الخرسانة غير المدعمة.
15- التعزيز التكميلي للخرسانة:
لا يمنع التعزيز التكميلي حدوث التشظّي المتفجر ولكنه يحد من تأثيره. من حين لآخر، يتم توفير تقوية شبكية للحد من تأثير التشظّي المتفجر عندما يكون الغطاء الخرساني أكبر من 40 مم. تسهل التسليح التكميلي عملية إصلاح الخرسانة بعد الحريق.
16- الاضافات المستخدمة مع الخرسانة:
كانت هناك محاولة مستمرة لتعزيز مقاومة الخرسانة للحريق عن طريق إضافة ألياف فولاذية أو ألياف بولي بروبيلين أو عن طريق سحب الهواء.
