تاثیر میکروسیلیس در بتن در برابر آتش

تاثیر میکروسیلیس بر آتش

سازه بایستی قادر به حفظ پایداری و مقاومت خود در زمان آتش سوزی برای محافظت از جان انسانها باشد. بتن از سالها پیش به عنوان اساسی ترین مصالح ساختمانی شناخته شده است. از گذشته های دور، بتن را دارای خواص ضد حریق میدانستند. به همین سبب بیشترین نگرانی از سازه های بتنی در زمان آتش سوزی مربوط به آرماتورها و جاری نشدن آنها بوده است. اما با توسعه تکنولوژی بتن، نگاهها به بهبود خواص مکانیکی بتن برای افزایش مقاومت آن در برابر حریق معطوف شد. نتایج تحقیقاتی که در گذشته انجام شده، بیانگر این مسئله است که بتنهای پرمقاومت عملکرد مناسب تری نسبت به بتنهای معمولی به هنگام حریق دارند. یکی از پوزولان هایی که سالهاست تاثیر مثبت آن روی افزایش  مقاومت و سایر خواص مکانیکی بتن شناخته شده، میکروسیلیس است. 

مقاومت در برابر آتش مفهومی است که در رابطه با اعضای ساختمان و نه خود ماده مطرح میشود؛ اما نکته قابل توجه آن است که خواص ماده بر عملکرد آن عضو سازه تاثیری غیر قابل چشم پوشی می گذارد. 

 

تاثیر آتش بر بتن 

هنگامی که بتن در معرض آتش قرار می گیرد، دو مزیت از خود بروز میدهد: غیر قابل احتراق است (در مقایسه با چوب ) عایق مناسبی است (در مقایسه با فولاد) با این حال، دو مشکل اساسی در این زمینه وجود دارد: اول آنکه هنگامی که بتن در معرض آتش قرار می گیرد، خواص مکانیکی آن به علت افزایش دمایی که مصالح تجربه میکنند و تغییرات فیزیکی و شیمیایی آنها، کاهش مییابد، و دوم پدیده ای است که به نام ورقه ورقه شدن انفجاری شناخته میشود و در پی آن بخشی از بتن از بین میرود و ابعاد عضو بتنی کاهش مییابد و فولاد که بایستی توسط کاور بتنی محافظت شود، در معرض حرارت مستقیم قرار میگیرد و کارایی خود را از دست میدهد. در نتیجه، باربری عضو بتنی به خطر می افتد.

از بین رفتن خواص مکانیکی بتن، میتواند به علت تغییرات زیر در خود مصالح رخ دهد:

1-تغییرات فیزیکی و شیمیایی در خمیر سیمان

2-تغییرات فیزیکی و شیمیایی در سنگدانه ها

 

ناسازگاری حرارتی بین خمیر سیمان و سنگدانه ها ناشی از برابر نبودن ضریب انبساط حرارتی این دو میباشد

همچنین عوامل محیطی زیر نیز بر خواص مکانیکی بتن تحت آتش دخیل هستند

1-مقدار درجه حرارت

2-نرخ گرمایش

3-بارگذاری وارده

4-آب بندی سطح بتن، که بر میزان تبخیر رطوبت بتن موثر است

 

تا پیش از دهه 1970 دانشمندان با انجام آزمایشهایی به نتایج عجیبی رسیده بودند؛ و آن اینکه بتن در زمان تحمل دمای بالاتر از 100 درجه سانتیگراد همچنان گسیخته نمیشود. علت عجیب بودن این نتایج آن بود که تفاوت کرنش سنگدانه ها و انبساط خمیر سیمان تحت حرارت آنقدر زیاد است که در محدوده کرنش های الاستیک قرار نمی گیرد. تا آنکه با معرفی پارامتر"کرنش حرارتی" پاسخ این سوال پیدا شد. کرنش حرارتی در حین نخستین گرمایی که (و نه سرما) تحت بارگذاری به بتن میرسد، افزایش مییابد.

 از آنجایی که دمای بالای 100 درجه سانتیگراد صرفا تابعی از دما و (نه زمان) میباشد، مدلسازی ریاضی آن برای یک آتش سوزی کوتاه مدت، کاری آسان است. کاهش مقاومت فشاری بتن تا دمای حدود ۸۴ درجه سانتیگراد، پس از سرد شدن قابل بازگشت است. بر این اساس، نرخ کاهش مقاومت گرمایی بتنی که تا دمای  300-200 درجه سانتیگراد گرم می شود، بیشتر از نرخ کاهش مقاومت گرمایی بتن در آغاز است. اکثر بتن ها، بیشترین کاهش مقاومت را در دمای 300 درجه سانتیگراد تجربه میکنند؛ البته این موضوع به نوع سنگدانه ها و خمیر سیمان و طرح مخلوط نیز بستگی دارد.

 شبیه پدیده های دیگر، عوامل زیادی، پاسخ بتن به آتش را کنترل میکنند. ترکیب بتن از این لحاظ با اهمیت است؛ زیرا هم خمیر سیمان و هم سنگدانه شامل اجزایی هستند که بر اثر حرارت تجزیه میگردند. تراوایی بتن، اندازه قطعه و روند افزایش حرارت نیز با اهمیت می باشند؛ زیرا آنها حاکم بر توسعه فشارهای داخلی، که از محصولات گازی ناشی از تجزیه ایجاد میشوند، هستند.

آزمایشهای آتش نشان داده اند که میزان ریز ترکها، و در نتیجه مقاومت بتن، و رفتار واقعی بتن در معرض دمای زیاد، نتیجه چندین عامل همزمان وابسته به هم است

تاثیرات آتش بر سایر خواص مکانیکی بتن

کاهش شدید ضریب کشسانی بتن در دمای 500 درجه سانتیگراد
کاهش چسبندگی بتن و آرماتور که پس از دمای 400 درجه سانتیگراد، سبب لغزش آرماتور میگردد 

بهینه ترین درصد تاثیر میکروسیلیس در بتن در برابر آتش

نکته مشترکی که در تمام طرح های ساخته شده مشهود است، کاهش مقاومت فشاری بعد از قرار گرفتن در معرض حرارت میباشد.
بهینه ترین درصد میکروسیلیس برای حصول بتن با بیشترین مقاومت در دمای 25 درجه سانتیگراد (دمای اتاق)  7/8 درصد میباشد. در حالی که با افزایش دما این درصد کاهش یافته و در نهایت در دمای 1000 درجه به 5/8 درصد رسیده است. دلیل تاثیر میکروسیلیس در بتن در برابر آتش را باید در مقیاس میکروسکوپی مورد بحث و تحلیل قرار داد چرا که این ماده شیمیایی در دماهای مختلف ممکن است دچار تغییرات و واکنشهای شیمیایی شود و در واکنش با سیمان عملکردهای متفاوتی از خود نشان دهد.