مقاومة الخرسانة للحريق

ما هي مقاومة الخرسانة للحريق؟

مقاومة الحريق للخرسانة هي قدرة الخرسانة على مقاومة الحريق أو توفير الحماية ضد الحريق، هذا ينطوي على قدرة العنصر الهيكلي الخرساني على الاستمرار في أداء وظيفة هيكلية محددة أو تقييد النار أو كليهما، المدة الزمنية التي يمكن أن يتحملها عنصر مثل العارضة أو العمود أو الجدار أو الأرضية أو السقف والتي تم تعريفها في طرق الاختبار القياسية لاختبارات الحريق في تشييد المباني والمواد، تسمى تصنيف الحريق.

إنّ خاصية مقاومة الحريق للخرسانة ترجع إلى الخصائص الكامنة التي تحصل عليها من المواد المكونة والركام والإسمنت والألياف وما إلى ذلك، سيشكل تركيبها معًا مادة خاملة تُسمّى الخرسانة وهي خاملة كيميائيًا في طبيعتها، هذا لا يخضع لأيّ رد فعل تحت النار ولا ينتج عنه تطور أي غازات سامة أو سوف تحترق الخرسانة لكنها لن تجلب أيّ غازات سامة على النحو المذكور ولتحصل على تدهور هيكلي أعلى، فإنّ درجة الحرارة العالية مطلوبة.

يتم التحكم في مقاومة الحريق من خلال الخصائص الفيزيائية والحرارية للعنصر الهيكلي، تشمل العوامل التي تحكم الأداء الهيكلي مستوى الإجهاد في الخرسانة والحديد والغطاء الخرساني وميل الركام الحر والرطوبة الحرة إلى التسبب في التشويش وظروف التقييد الجانبية، مع ذلك فإنّ المعلمات التي تتحكم في الأداء الحراري تتضمن نوعًا من الرطوبة الإجمالية الحرة في الخرسانة (الممتصة والشعيرية) وحجم الخرسانة لكل متر مربع من المنطقة المكشوفة.

آلية مقاومة الحريق الخرساني:

خصائص مقاومة الحريق للخرسانة سهلة الفهم، تكون مكونات الخرسانة مثل الأسمنت والمواد المجمعة خاملة كيميائيًا وبالتالي فهي غير قابلة للاحتراق في الغالب والخرسانة تمتلك معدل بطيء لنقل الحرارة، هذا المعدل البطيء للموصلية (نقل الحرارة) هو الذي يمكّن الخرسانة من العمل كدرع فعال للحريق، وليس فقط بين الأماكن المجاورة ولكن أيضًا لحماية نفسها من أضرار الحريق، لذلك تعمل بعض العناصر الهيكلية الخرسانية مثل الجدران في المنزل كدرع للحريق، تحمي الغرف المجاورة من اللهب وتحافظ على سلامتها الهيكلية على الرغم من التعرض للحرارة الشديدة.

كيف تؤثر النار على الهياكل الخرسانية؟

في درجات الحرارة العالية التي تتعرض لها الحرائق، يجف الإسمنت المائي في الخرسانة تدريجياً ويعود إلى الماء (في الواقع البخار) والأسمنت، هذا يؤدي إلى تقليل قوة ومعامل مرونة (صلابة) الخرسانة، في بعض الحرائق يحدث تصدع للخرسانة فتتكسر أجزاء من الخرسانة من بقية الخرسانة وأحيانًا بعنف، مُعظم متطلبات تصنيف مقاومة الحريق تمليها قوانين البناء اعتمادًا على نوع المبنى وإشغاله.

يتم إعطاء تصنيفات النار في ساعات، على سبيل المثال تقييمات مقاومة الحريق المطلوبة للأعمدة في المستشفيات الشاهقة أكثر صرامة بكثير من تلك للمباني ذات الطابق الواحد المستخدمة لتخزين المنتجات أو المواد غير القابلة للاحتراق، في المستشفى الشاهق قد تحتاج الأعمدة إلى تصنيف لمدة أربع ساعات، في حين أن الجدران الخارجية للمبنى الفردي قد تحتاج إلى تقييم لمدة ساعة واحدة فقط.

العوامل المؤثرة على مقاومة الحريق الخرسانية:

1- النوع الكلي:

يمكن تصنيف الركام المستخدم في الخرسانة إلى ثلاث فئات هي الكربونات والسليكات وخفيفة الوزن ويطلق على الحجر الجيري والدولوميت والصخور الجيرية تجمعات الكربونات لأنها تتكون من كربونات الكالسيوم أو المغنيسيوم أو مجموعات من الاثنين، أثناء التعرّض للحريق يتم تجميع هذه الكالسين ثاني أكسيد الكربون وتبقى أكسيد الكالسيوم (أو المغنيسيوم).

نظرًا لأن التكليس يتطلب حرارة، فإنّ التفاعل يمتص بعضًا من حرارة النار ويبدأ التفاعل عند السطح المعرض للحريق ويتقدم ببطء نحو الوجه المقابل والنتيجة هي أن ركام الكربونات يتصرف بشكل أفضل إلى حد ما من ركام الوزن الطبيعي في النار، يحتوي الركام السليكي على مواد تتكون من السليكا وتشمل الجرانيت والحجر الرملي.

عادة ما يتم تصنيع الركام خفيف الوزن عن طريق تسخين الصخر الزيتي أو الأردواز أو الطين، تحتفظ الخرسانة المحتوية على الركام خفيف الوزن والركام الكربوني بمعظم قوتها الانضغاطية حتى حوالي 650 درجة مئوية، تتميز الخرسانة خفيفة الوزن بخصائص عازلة وتنقل الحرارة بمعدل أبطأ من الخرسانة العادية ذات السماكة نفسها وبالتالي توفر بشكل عام مقاومة متزايدة للحريق.

2- محتوى الرطوبة:

محتوى الرطوبة له تأثير معقّد على سلوك الخرسانة في النار، فقد تنفجر الخرسانة التي لم يُسمح لها بالجفاف خاصة إذا كانت الخرسانة غير منفذة للغاية، مثل الخرسانة المصنوعة من دخان السيليكا أو اللاتكس أو إذا كانت نسبة الأسمنت بالماء منخفضة للغاية.

3- الكثافة:

بشكل عام فإنّ الخرسانة ذات أوزان الوحدة الأقل (الكثافة) ستعمل بشكل أفضل في النار، الخرسانة المجففة خفيفة الوزن تؤدي بشكل أفضل في النار من الخرسانة ذات الوزن العادي.

4- النفاذية:

بشكل عام تكون الخرسانات الأكثر نفاذية تؤدي بشكل مرضٍ خاصة إذا كانت جافة جزئيًا.

5- السماكة:

كلَّما كانت الخرسانة أكثر سمكًا أو أكبر كلما كان سلوكها أفضل عند تعرضها للنار.

ماذا يعني تصنيف الحرائق في الخرسانة؟

كما هو محدد في طبعة عام 2000 من قانون البناء الدولي، فإنّ تصنيف مقاومة الحريق يعني الفترة الزمنية التي يحافظ فيها المبنى أو مكون المبنى على القدرة على حريق الحريق أو الاستمرار في أداء وظيفة هيكلية معينة أو كليهما، كما هو محدد من خلال الاختبارات المنصوص عليها في القسم 703 للجدران والأرضيات والأسقف والأعمدة والحزم، الاختبارات المشار إليها هي اختبار الحريق القياسي طرق الاختبار القياسية لاختبارات الحريق في تشييد المباني والمواد، يتطلب هذا المعيار أن تكون العينة المراد اختبارها بحجم معين على الأقل، ما لم يكن الحجم الفعلي أصغر من الحد الأدنى المحدد.

كيف يتم تحقيق تصنيفات الحرائق في الخرسانة؟

كما أشرنا سابقًا يسمح كود البناء الدولي بطرق مختلفة لتحقيق تصنيفات مقاومة الحريق، اختبار الحريق لمكون مبنى معين هو طريقة واضحة وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام التصميمات الإرشادية كما هو مدرج في الكود أو يسمح بإجراء الحسابات التي تتم وفقًا للإجراءات الواردة في الكود، على الرغم من أن قسم الحسابات في الكود يحتوي على بعض الصيغ، إلا أن معظم البيانات يتم جدولتها في شكل سهل الاستخدام وتستند إلى نتائج اختبارات الحريق القياسية.

كمثال، يعرض كود البناء الدولي للحد الأدنى لسُمك الجدران المصبوبة في مكانها أو مسبقة الصب لمختلف تقييمات مقاومة الحريق خيث تتطابق البيانات مع الحد الأدنى لسُمك بلاطات الأرضيات الواردة في كود البناء الدولي لأن القيم تستند إلى معيار نقطة نهاية انتقال الحرارة.

كما لوحظ تشير الكربونات إلى الركام الخشن من الحجر الجيري أو الدولوميت أو صخور الجير تلك التي تتكون من كربونات الكالسيوم أو المغنيسيوم، ويشير الصمغ إلى معظم ركام الوزن الطبيعي ويشير الرمل الخفيف إلى الخرسانة المصنوعة من الرمل ذي الوزن الطبيعي والركام الخشن الخفيف الوزن ويزن بشكل عام بين 1682 و 1922 كيلوجرام لكل متر مكعب.