اقرأ في هذا المقال
ماذا يحدث للخرسانة عند تعرّضها للحريق؟
تتعرّض الهياكل الخرسانية حتمًا للحريق ودرجات الحرارة المرتفعة خلال فترة خدمتها ممّا يؤدي إلى حدوث تغييرات في خصائص الخرسانة بشكل ضار وفي بعض الأحيان يتسبّب أيضًا في حدوث عطل. لذلك، من المهم إلى حد كبير فهم العوامل التي تتحكّم في أداء الخرسانة أثناء الحرائق. تُلقي هذه المقالة الضوء على العوامل التي تحكم أداء الخرسانة أثناء الحريق.
ما هي العوامل المؤثرة في أداء الخرسانة أثناء الحريق؟
تشمل العوامل التي تتحكم في أداء الخرسانة أثناء الحريق ما يلي:
- نسبة الماء إلى مادة الربط في الخرسانة.
- مُحتوى الرطوبة في الخرسانة.
- نوع الركام المستخدم في إنتاج الخرسانة.
- المواد الإسمنتية التكميلية في الخرسانة.
- الألياف الموجودة في الخرسانة.
1- نسبة الماء إلى مادة الربط في الخرسانة:
من العوامل التي تؤثر على أداء الخرسانة أثناء الحريق نسبة الماء إلى مادة الربط. كلما كانت نسبة الماء إلى مادة الربط أصغر كلما كان أداء الخرسانة المعرّضة للحريق أفضل. ثَبَت أن انخفاض مقاومة الانضغاط ومعامل المرونة للخرسانة بنسبة عالية (0.6) أكبر من تلك الخاصة بالخرسانة ذات النسبة المنخفضة (0.28-0.35).
هذا الاتجاه هو نفسه بالنسبة للخرسانة خفيفة الوزن والخرسانة المصنوعة من مواد بديلة للأسمنت مثل الرماد المتطاير والخبث. يجب ملاحظة أن الخرسانة ذات النسبة المنخفضة من الوزن إلى الكتلة ستعاني من التشظّي عند درجة حرارة منخفضة مقارنة بالخرسانة ذات النسبة العالية من الوزن إلى الكتلة.
2- محتوى الرطوبة في الخرسانة:
يؤثر محتوى الرطوبة بشكل مباشر على أداء الخرسانة أثناء الحريق. يتضّح أن زيادة محتوى الرطوبة من شأنه أن يزيد من إمكانية تشظي الخرسانة بسبب ضغط بخار المسام العالي. يعتمد مستوى المحتوى الرطوبي على الرطوبة النسبية وطبيعة الركام الخشن. إذا كان مستوى الرطوبة النسبية أكبر من ثمانين في المائة، فإنّ الخرسانة ستعاني من التشظّي عند تعرّضها للحريق.
3- نوع الركام المستخدم في إنتاج الخرسانة:
يشغل الركام حوالي 60-70% من حجم الخرسانة، لذلك تؤثر خصائص الركام بشكل كبير على أداء الخرسانة أثناء الحريق. هناك ثلاثة أنواع شائعة من الركام المستخدم لإنتاج الخرسانة وهي الكربونات مثل الحجر الجيري، والسيليسي مثل الجرانيت والحجر الرملي والركام الخفيف الوزن مثل الطين الممتد ورمل سيراميت. يختلف أداء الخرسانة المصنوعة من كل نوع من الركام بسبب خصائص هذه الركام.
ثَبَت أن مقاومة الحريق والتشظّي للخرسانة المصنوعة من ركام الكربونات أكبر من الخرسانة المُنتجة باستخدام الركام السليكي. هذا لأن الحرارة النوعية للركام الكربوني أكبر من الركام السيليسي. كلما زاد الركام المحدد، كانت مقاومة الخرسانة أفضل ضد التشظّي بسبب الحريق. بصرف النظر عن السعة الحرارية الكبيرة، هناك عوامل أخرى تُساهم في تعزيز مقاومة ركام الكربونات للحريق مثل المتانة والليونة.
فيما يتعلّق بالركام الخفيف الوزن، فمن المتوقع أن يظهر أداءً رائعًا أثناء الحريق نظرًا لأن التوصيل الحراري لهذا الركام منخفض وبالتالي تكون مقاومته للحرارة عالية. تم توضيح بناءً على الاختبار، أن الخرسانة المُنتجة باستخدام الركام الخفيف الوزن أو الكربوني المعرض إلى 648.80 درجة مئوية ستحتفظ بمقاومة الانضغاط بينما تفقد الخرسانة المصنوعة من الركام السليكي نصف قوتها الانضغاطية عند تعرّضها لنفس الدرجة من درجة الحرارة.
4- المواد الأسمنتية التكميلية في الخرسانة:
بشكل عام، يعمل مزج المواد الأسمنتية مثل خبث الفرن العالي والرماد المتطاير على تحسين أداء الخرسانة المعرّضة للحريق. لكن تأثير المواد الأسمنتية ليس هو نفسه، كما يؤثر نوع الركام أيضًا على أداء الخرسانة. تم إثباته استنادًا إلى الاختبارات أن مقاومة الانضغاط للخرسانة التقليدية ستفقد تمامًا عند درجة حرارة 1050 درجة مئوية، بينما ستفقد الخرسانة المُنتجة باستخدام الأسمنت بالإضافة إلى استبدال الخبث بنسبة 80% حوالي 82% من مقاومة الانضغاط. بالإضافة إلى ذلك، ستزيد المواد التكميلية من مقاومة الخرسانة للتشظّي أثناء الحريق. على عكس المواد التكميلية الأخرى، فإنّ أدخنة السيليكا سوف تتفوق على الخرسانة العادية عندما تتعرّض لنفس درجة الحريق.
5- الألياف الموجودة في الخرسانة:
بشكل عام، ستؤدي إضافة الألياف إلى تحسين أداء الخرسانة المعرّضة للحريق. على سبيل المثال، يتضّح أن إضافة مادة البولي بروبيلين تزيد من مقاومة الخرسانة للتشظّي. ومع ذلك، فإنّه لا يُعزّز الخصائص الميكانيكية للخرسانة بشكل ملحوظ. يوصى بخلط 0.1 إلى 0.5 بالمائة من البولي بروبلين لتحسين مقاومة التشظّي. ينصح باستخدام ألياف طويلة إذا كان من المتوقع أن تتعرّض الخرسانة لدرجات حرارة عالية.
الألياف الفولاذية هي نوع آخر من الألياف التي يمكن مزجها بالخرسانة. تكون مقاومة التشظّي للخرسانة الممزوجة بألياف الحديد أقل من مقاومة الخرسانة الممزوجة بالبولي بروبيلين، ولكن يتم تحسين الخصائص الميكانيكية للخرسانة بشكل عام. لذلك يمكن القول أن إضافة الألياف من شأنه أن يعزز أداء الخرسانة المعرّضة للحريق.
