نظارت و ارزیابی پوشش های مقاوم در برابر حریق

ارزیابی پوشش‌های مقاوم در برابر آتش

حفظ و پایداری دیوارها، ستون‌ها، سطوح و سقف‌ها و سایر قسمت‌های یک ساختمان در شرایط آتش‌سوزی یکی از مهم‌ترین موارد ایمنی سازه‌های مورداطمینان و محفوظ هست که تهدیدی برای ساکنین و یا ساختمان‌های اطراف نبوده و محل امن، آسایش و مورد اعتماد است. ضمن اینکه این مسئله بسیار حائز اهمیت است که یک وحدت و یکپارچگی برای ارزیابی ایمن‌سازی سازه‌های یکسان و موارد مشابه ایجاد گردیده و معیاری برای یکسان‌سازی میزان ایمنی سازه‌ها وجود داشته باشد. بدین منظور، خواص مقاومت مواد و کاربردشان در سازه‌های مختلف در مقابل حریق، بر اساس طیفی از استانداردها، در موارد و کاربردهای گسترده و تحت شرایط متفاوت، ارزیابی می‌شود. برای تدوین این استانداردها، آتش باشدت و حدود کنترل‌شده‌ای را در دوره‌های زمانی معینی در معرض مواد ضد حریق قرار می‌دهند. کارایی مواد و اجزاء آن‌ها، بر اساس مدت‌زمان مقاومت در برابر آتش و رفتارشان قبل از اولین نقطه بحرانی، مورد مشاهده و ارزیابی قرار می‌گیرد. نتایج گزارش‌شده در هر نوع از آتش، مورد قضاوت قرارگرفته و اعلام می‌شوند. روش‌ها به‌عنوان آزمایش استاندارد حریق نامیده می‌شوند و کارایی‌ها بر اساس مدت‌زمان‌هایی (۲، ۴، … ساعت) که در معرض آتش قرارگرفته و ایستادگی نمایند، ارزیابی می‌شوند. ایمنی ساختمان‌ها در برابر آتش، دو هدف ایمنی جانی و ایمنی مالی را در بردارد. به‌طور ساده در مورد اهداف ایمنی می‌توان گفت ایمنی جانی با محافظت افراد در برابر دود و ایمنی مالی به‌وسیله کنترل گرمای ناشی از آتش‌سوزی به دست می‌آید. ۵ روش اصلی طراحان برای رسیدن به اهداف ایمنی در برابر آتش الف) پیشگیری ب) شبکه‌های هشدار حریق پ) طراحی مناسب مسیرهای خروج ت) فضا بندی مناسب ساختمان و جلوگیری از گسترش آتش‌سوزی ث) پیش‌بینی وسایل مناسب دستی و خودکار فرونشانی آتش‌سوزی و شناسایی خطرات شامل ارزیابی سازه و ساختمان گسترش آتش‌سوزی در ساختمان برای درک بهتر ارتباط بین آزمون‌های آتش و پدیده واقعی آتش‌سوزی، لازم است تا رفتار آتش در یک فضای بسته و نحوه گسترش آتش‌سوزی در ساختمان شناخته شود. پس از شروع آتش‌سوزی در یک فضای بسته، به شرطی که مواد سوختنی و اکسیژن به مقدار کافی موجود باشد، مراحل زیر طی می‌شود: مرحله رشد ابتدا یک ماده براثر حادثه‌ای افروخته‌شده و شعله‌های کوچکی از آتش ایجاد می‌نماید. این شعله‌های موضعی به‌تدریج رشد کرده، با بازتابش حرارت موجب سوختن بیشتر ماده مشتعل شوند. با بزرگ‌تر شدن شعله‌ها و افزایش میزان حرارت آزادشده، دمای سایر مواد قابل اشتعال در نزدیکی شعله‌ها افزایش‌یافته و به دمای شعله‌وری می‌رسد. به‌علاوه شعله‌ها می‌توانند بر روی نازک‌کاری‌های قابل اشتعال پیشروی نمایند. به‌این‌ترتیب مواد بیشتری دچار آتش‌سوزی شده و باعث رشد آن می‌شوند. در این مرحله گازهای قابل اشتعال تا حدود زیادی فضای داخل اتاق را اشغال می‌نمایند. اشتعال حالت پایدار با رسیدن شعله‌های آتش به سقف، گسترش قارچی شکل آتش در زیر سقف آغاز می‌شود. در این زمان، حرارت از طریق سقف به تمام فضای بسته تابش نموده، باعث افزایش بیشتر دمای آن‌ها می‌شود. متعاقباً گازهای قابل اشتعال همانند مونواکسید کربن به دمای شعله‌وری رسیده و كل فضای بسته در زمان بسیار کوتاهی دچار آتش‌سوزی می‌گردد. این لحظه بحرانی، نقطه گرگرفتگی یا فلش آور نامیده می‌شود. پس از مدتی، آتش‌سوزی به‌شدت نسبت ثابتی خواهد رسید که بستگی به عواملی از قبیل ابعاد و شکل هندسی اتاق، دسترسی به مواد سوختنی و میزان تهویه دارد. این مرحله به نام مرحله سوختن حالت پایدار یا اشتعال حالت پایدار نامیده می‌شود. فروکشی پس‌ازاینکه بیشتر مواد سوختنی مشتعل شده و مقدار آن‌ها رو به تقلیل رفت، ابعاد حريق شروع به کاهش نموده، درنهایت فروش خواهد کرد. در شکل شماره ۱، مراحل مذکور نمایش داده‌شده است. منحنی شکل ۱ اصطلاح منحنی رشد حریق نامیده می‌شود. واکنش مواد در برابر آتش به‌وسیله این آزمون‌ها میزان مشارکت یک فراورده در گسترش آتش ارزیابی می‌شود. از آزمون‌های مهم واکنش در برابر آتش می‌توان قابلیت افروزش، قابلیت سوختن، پیشروی شعله بر روی فرآورده (نازک‌کاری)، مقدار و شدت رهایش گرما و مقدار دود و گازهای سمی را نام برد. روش‌های آزمون در مراجع مختلف آمده است. اقسام حریق آتش سلولزی تقسیم‌بندی نوع حریق بر اساس منبع سوخت حریق هست. تفاوت اصلی در درجه حرارت ایجادشده در محیط نبوده بلکه در مدت‌زمان رسیدن درجه حرارت محیط به درجه حرارت هست. حریق سلولزی در ساختمان‌هایی همانند دفتر کار، بیمارستان‌ها، هتل‌ها، مراکز خرید، مدارس و… به وجود می‌آید؛ درحالی‌که حریق‌های هیدروکربنی به‌واسطه مواد شیمیایی و سوخت‌هایی مانند گاز با سوخت‌های مایع در انبارهای مواد شیمیایی، مراکز صنعتی و تأسیسات صنایع نفت و گاز و پتروشیمی ایجاد می‌شوند. همچنین زیرشاخه سومی از حریق هیدروکربنی وجود دارند که حریق در یک تونل هست. حریق سلولزی از سوختن انواع مواد سلولزی و سوخت‌های جامد آلی که پایه سلولزی دارند به وجود می‌آیند. این نوع حریق در مقایسه با حریق هیدروکربنی آرام تر به نقطه توسعه می‌رسد اما زمان فروکش نمودن این نوع حریق نسبت به حریق هیدروکربنی نیاز به زمان بیشتری دارد. معمولا در آتش‌سوزی سلولزی تغییرات دما به ۳ بخش رشد، توسعه حریق و دوره فروکش تقسیم می‌شود. در زمان شروع آتش‌سوزی حرارت از مرکز آتش شروع و باعث اشتعال مواد دیگر می‌شود. پس از یک ساعت دمای حریق به ۹۲۰ درجه سانتی‌گراد‌می رسد که شیب ملایمی به سمت بالا دارد تا به ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد برسد. آتش هیدروکربنی این حريق ناشی از سوخت‌های هیدروکربنی و ترکیبات شیمیایی هست که عمدتا در صنایع نفت ، گاز و پتروشیمی رخ می‌دهد. ویژگی اصلی آن رسیدن دما در مدت کمتر از ۸ دقیقه به ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد است که در طی ۲۰ دقیقه به بالاتر از ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد رسیده و سپس ثابت می‌مانند. در این دما مقاومت فولاد به‌شدت کاهش پیداکرده و موجب تخریب سازه می‌شود. همچنین در مورد مخازن نگهداری ترکیبات هیدروکربنی (در اثر جذب گرما در هنگام حریق) فشار داخلی مخزن به‌سرعت افزایش می‌یابد که اگر این فشار بیش از مقاومت مکانیکی مخزن شود می‌تواند باعث انفجار گردد. رفتار سازه فلزی حفاظت نشده در برابر حریق هنگامی‌که یک سازه فولادی در مقابل آتش قرار می‌گیرد به‌تدریج قابلیت تحمل بار خود را از دست می‌دهد به‌نحوی‌که در دمای ۴۲۷ درجه سانتی‌گراد مقاومت تحمل بار فولاد ۵۰ درصد و در ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد ۶۰ درصد کاهش می‌یابد. مطابق استانداردهای اروپایی بایستی در طراحی مخازن و تأسیسات پالایشگاه‌ها دمای بحرانی ۴۲۷ درجه سانتی‌گراد و برای قسمت‌هایی نظیر پایه‌های نگهداری لوله‌ها دمای بحرانی ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد در نظر گرفته شود. زیرا افزایش دمای یک مخزن بسیار خطرناک‌تر از افزایش دمای پایه لوله‌ها است لذا مخزن باید در دمای پایین‌تر حفظ شود. در صورت عدم حفاظت سازه سطح سازه فلزی ظرف مدت ۵ تا ۱۵ دقیقه به دمای ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد خواهد رسید. رفتار سازه بتنی حفاظت نشده در برابر حریق بتن به‌عنوان یک مصالح ساختمانی پرمصرف، مقاوم و پایدار در شرایط جوی مختلف استفاده می‌گردد ولی کاهش مقاومت مکانیکی بتن در اثر افزایش دما از معضلات رفتار بتن هنگام آتش‌سوزی هست. مقاومت مکانیکی بتون در مقابل افزایش دما پس از دمای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد به‌شدت کاهش می‌یابد و با افزایش دما تا ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد این مقاومت به ۵۰ درصد مقدار اولیه کاهش می‌یابد. همچنین براثر تبخیر آب تبلور موجود و در اثر ایجاد ترک و خردشدگی، دما به داخل بتن منتقل‌شده و باعث افزایش دما در فولادهای داخلی می‌گردد و بتون متلاشی خواهد شد و بدین ترتیب سازه بتونی تخریب می‌گردد. اهمیت حفاظت سازه‌های بتونی به‌ویژه در مواردی که خطر حریق وجود دارد کاملاً مشخص هست. مقاومت در برابر آتش توانایی یک فرآورده یا عنصر ساختمانی برای ادامه عملکرد خود و جلوگیری از گسترش آتش‌سوزی از فضای محل وقوع به فضاهای مجاور، با آزمون‌های مقاومت در برابر آتش ارزیابی می‌شود. بنابراین، آزمون مقاومت در برابر آتش به مرحله گسترش‌یافته حريق مربوط است. واژه مقاومت در برابر آتش لزوما ارتباط مستقیم باقابلیت اشتعال مواد ندارد، به‌عنوان‌مثال مقاومت یک سازه چوبی می‌تواند بالاتر از مقاومت سازه فولادی باشد. برای انجام آزمون مقاومت در برابر آتش اصولاً از سه نوع کوره مختلف استفاده می‌شود: ١- کوره افقی برای اجزای افقی (كف، سقف، تیر و…) ۲- کوره عمودی برای اجزای قائم (دیوار، تیغه، درها و…) ٣- کوره ستونی برای آزمایش ستون (استاندارد ۸۲۹۹) دسته‌بندی تصرف‌ها بر اساس بار محتویات قابل‌احتراق برای بکار بستن برخی مقررات این دستورالعمل ، که به‌منظور حفاظت بناهای دارای بار حریق مشابه تنظیم‌شده است، تمام تصرف‌ها بر اساس میانگین وزن محتویات قابل‌احتراق در مترمربع زیربنای ساختمان، در چهار گروه به شرح ذیل دسته‌بندی می‌شوند. ۱-گروه تصرف‌های کم‌خطر بناهایی که به دلیل نوع تصرف، بار محتویات قابل‌احتراق در آن‌ها تا ۵۰ کیلوگرم در مترمربع زیر بن باشد، تصرف کم‌خطر شناخته می‌شوند. شامل بناهایی با تصرف مسکونی، آموزشی فرهنگی، درمانی مراقبتی، تجمعی، اداری/ حرفه‌ای و آن دسته بناهای با تصرف صنعتی و انباری که بار محتویات قابل‌احتراق در آن‌ها از ۵۰ کیلوگرم در مترمربع کمتر است. ۲-گروه تصرف‌های میان خطر بناهایی که به دلیل نوع تصرف، بار محتویات قابل‌احتراق در آن‌ها تا ۵۰ تا ۱۰۰ کیلوگرم در مترمربع زیربنا باشد، تصرف میان خطر شناخته می‌شوند. شامل بناهای با تصرف تجاری و آن دسته بناهای با تصرف صنعتی و انباری که دارای چنین باری هستند. ٣-گروه تصرف‌های پرخطر بناهایی که به دلیل نوع تصرف، بار محتویات قابل‌احتراق در آن‌ها تا ۱۰۰ تا ۱۵۰ کیلوگرم در مترمربع زیربنا باشد، تصرف پرخطر شناخته می‌شوند. شامل آن دسته بناهای با تصرف صنعتی و انباری که دارای چنین باری هستند. ۴-گروه تصرف‌های بسیار پرخطر بناهایی که به دلیل نوع تصرف، دارای مواد و مصالح بسیار آتش‌زا، سمی، سویا، خورنده و انفجاری باشند و بناهایی که به دلیل نوع تصرف، بار محتویات قابل‌احتراق در آن‌ها ۱۵۰ کیلوگرم در مترمربع زیربنا و بیشتر باشد، تصرف بسیار پرخطر شناخته می‌شوند. شامل تمام بناهای با تصرف مخاطره‌آمیز و آن دسته بناهای با تصرف صنعتی و انباری که دارای چنین باری هستند. سیستم‌های فعال این سیستم‌ها به هنگام آتش‌سوزی (حرارت، دود و یا نور ناشی از حریق) فعال می‌شوند؛ مانند سیستم‌های اعلام حریق یا سیستم‌های خودکار اطفای حریق. این سیستم‌ها بدون شک بسیار مؤثر می‌باشند اما به‌تنهایی برای مقابله با حریق کافی نیستند. سیستم‌های غیرفعال در این سیستم‌ها با اعمال پوشش ضد حریق بر روی سازه، از متلاشی شدن آن در اثر افزایش دما ممانعت به عمل می‌آید تا مدت‌زمان کافی برای رهایی از حریق و همچنین ارائه خدمات آتش‌نشانی فراهم شود. سیستم غیرفعال برای محافظت از سازه‌های فلزی و بتونی طراحی و اعمال می‌شود. با اعمال این سیستم دمای سازه (در مدت‌زمان معین) به دمایی که باعث خم شدن و ریزش فولاد یا باعث متلاشی شدن ساختار بتون می‌شود، نخواهد رسید. این پوشش‌ها تا زمانی که در برابر حرارت، حریق و شعله مستقیم آتش نباشند غیرفعال هستند. به هنگام وقوع حریق، سیستم‌های فعال و غیرفعال مکمل یکدیگر می‌باشند. سه عامل مهم در بررسی هر نوع ضد حریق الف- احتراق‌پذیری ب- مقدار گسترش حریق در سطح ج- مشارکت در انتشار حریق انواع مواد مقاوم در برابر حریق درمجموع می‌توان از سه نوع اصلی مواد مقاوم حریق نام برد. • مواد عایق • مواد جاذب انرژی • پوشش‌های منبسط شونده (پف کننده) پوشش‌های مقاوم در برابر حریق که در تأسیسات، صنایع و ساختمان‌ها کاربرد دارند – پوشش‌های بر پایه رزین‌های آلی متورم شونده coating Intumescent – پوشش‌های بر پایه مواد نسوز معدنی – vermiculite cementitius coating بسیاری از مواد رایج در حقیقت به‌نوعی با مکانیسم ترکیبی از انواع ۱و ۲ عمل می‌نمایند و حاوی مقادیری از هر دو گروه مواد عایق و جاذب انرژی می‌باشند. پوشش‌های منبسط شونده تا حدودی مقادیر اندک از انرژی را جذب می‌نماید. بیشترین مصرف مواد عایق که دارای خواص حرارتی عالی است مربوط به الياف معدنی همانند پشم سنگ و سنگ‌دانه‌های منبسط شونده مانند ورمیکولیت Vermiculite و پرلیت است. از مواد رایج با مکانیسم جذب انرژی نیز می‌توان گچ و سیمان پرتلند را نام برد که در حین گرمایش، بخارآب آزاد می‌نمایند. نوع سوم پوشش‌ها، پوشش ضد حریق متورم شونده یا حجیم شونده هست که به‌محض رسیدن اولین شعله به سطح آن شروع به تورم می‌نماید و یک فوم جامد مشکی‌رنگ باضخامت تقریبی 5 / 2 سانتی‌متر ایجاد می‌شود که فوم پف‌کرده حاوی میلیون‌ها سلول کوچک، بسته و مقاوم در برابر حریق است. فوم به‌عنوان عایق، تماس شعله با زیر لایه را به تعویق می‌اندازد و به‌عنوان یک مانع تأخیر انداز از گرم شدن سریع و احتراق سطح زیرین جلوگیری به عمل می‌آورد. این فوم عایق تا حدود دو ساعت از رسیدن حرارت به سطح زیرین جلوگیری می‌نماید و گسترش شعله را به تأخیر می‌اندازد. درواقع مصالح و موادی که در محیط قرار دارند، می‌توانند با اولین شعله، توسعه حریق را به دنبال داشته باشند، استفاده و اعمال پوشش ضد حریق بر روی آن می‌تواند زمان سوختن چندثانیه‌ای را به ساعت تبدیل کند که این خود در شرایط بحران آتش‌سوزی، یک فرصت حیاتی غیرقابل‌تصور بشمار می‌رود. انتخاب مصالح روش اصلی برای طبقه‌بندی واکنش در برابر آتش، روش استاندارد ایران ۸۲۹۹ می‌باشد. اصول روش طبقه‌بندی در گزارش پروژه تعیین الزامات واکنش در برابر آتش برای مصالح در تصرف‌ها و فضاهای درمانی و عمومی (برای سازمان مجری) ارائه‌شده است. آزمون‌های اصلی موردنیاز برای این روش طبقه‌بندی عبارت‌اند از: قابلیت افروزش، قابلیت نسوختن، عامل مشتعل منفرد (SBI) ، کالری متری بمبی، مهم‌ترین آزمون موردنیاز برای این طبقه‌بندی (به‌خصوص برای طبقات میانی)، آزمون SBI است. (استاندارد ۸۲۹۹) روش‌های مقاوم‌سازی میزان مقاومت هر عضو سازه‌ای مقاوم‌سازی شده یا میزان ضخامت ماده موردنیاز برای مقاوم‌سازی یک عضو در برابر آتش می‌بایست بر اساس یکی از استانداردهای بین‌المللی 476 BS، 263 UL، AS TM E 119 یا EN صورت پذیرد. در این خصوص می‌بایست نحوه آزمون، نمونه مورداستفاده، کوره و سایر موارد کاملاً مطابق استانداردهای ذکرشده باشد و اداره استاندارد ایران یا یک سازمان استاندارد بین‌المللی بر انجام آزمون نظارت داشته باشد یا آزمایشگاه مزبور را به تائید برساند. نحوه مقاوم‌سازی بر اساس روش‌های جایگزین این بخش امکان‌پذیر است. الزامات واکنش در برابر آتش برای مصالح نازک‌کاری مشخصات مصالح نازک‌کاری در برابر آتش بسیار مهم است. درصورتی‌که پیشروی سطحی شعله بر روی نازک‌کاری بالا باشد، می‌تواند باعث گسترش حریق به فضاهای مجاور شود. این موضوع نه‌تنها کنترل و اطفای حریق را دشوار می‌سازد، بلکه باعث گسترش بیشتر حریق می‌شود. پوشش‌های محافظت‌کننده در برابر آتش برای سازه فولادی برای تأمین مقاومت لازم در برابر آتش در ساختمان، دو مورد زیر در طراحی و اجرای ساختمان موردتوجه و رعایت قرار گیرد : 1. باید از مصالح نازک‌کاری مناسب با خطر کم یا قابل‌قبول ازنظر گسترش آتش‌سوزی استفاده شود. این موضوع به ارتفاع ساختمان، کاربری آن و نوع فضاها بستگی دارد. به‌عنوان‌مثال، مصالح نازک‌کاری راه‌های خروج و پله‌ها باید حتماً از نوع ایمن باشد. 2. مقاومت اجزای سازه‌ای و جداکننده‌ها در برابر آتش باید بر اساس مقررات و متناسب با ارتفاع و کاربری ساختمان (و فضاها) تأمین شود. معمولاً برای اجزای سازه‌ای ساختمان به مقاومت 1 یا 2 ساعت در برابر آتش نیاز است (البته می‌تواند بسته به مورد کمتر یا بیشتر نیز باشد). محافظت اعضای سازه‌ای فولادی به‌وسیله پوشش‌ها می‌توان به دو صورت تماسی و یا غشایی صورت گیرد. درروش تماسی پوشش مقاوم حریق به‌صورت مستقیم بر روی سطح موردنظر پاشیده می‌شود. به‌عنوان‌مثال برای ستون فولادی، ماده مقاوم حریق در این روش مستقیماً روی ستون اجراشده و از شکل پروفیل تبعیت می‌کند (توجه به ایجاد چسبندگی مؤثر ضروری است). پوشش‌های متورم شونده Intumescent (ویژه حریق‌های سلولزی) این پوشش، همچون رنگ‌های صنعتی باضخامت ۵۰۰ – ۱۰۰۰ میکرون و با روش اسپری یا رولر قابل‌اجرا است و برای قسمت‌های داخلی ساختمان‌ها و سازه‌های در معرض دید نظیر المان‌های فلزی سقف‌های با طراحی فضایی بکار می‌رود و در اثر حرارت آتش متورم شده و یک‌لایه عایق در برابر حرارت آتش ایجاد می‌کنند. این دسته از پوشش‌ها به‌هیچ‌وجه برای پتروشیمی‌ها و پالایشگاه‌ها توصیه نمی‌گردند. پوشش‌های Vermiculite (ویژه حریق‌های هیدروکربنی) این پوشش‌ها جهت انواع حریق‌های ناشی از سوختن ترکیبات شیمیایی و هیدروکربنی مورداستفاده قرار می‌گیرد که از سوختن انواع مواد نفتی و گازهای طبیعی و انواع روغن‌ها ایجاد می‌گردد. این پوشش‌ها بر پایه مواد نسوز معدنی بسیار سبک با روش اسپری، باضخامت حدود ۴- ۱ سانتی‌متر قابل‌اجرا هستند. اعمال این پوشش‌ها روی کلیه سطوح فلزی و بتنی، مخازن افقی، عمودی و کروی بسیار ساده هست، چسبندگی بسیار عالی به سطح دارند و در برابر حریق‌های هیدروکربنی در دمای ۱۶۰۰ الى ۱۸۰۰ درجه سانتی‌گراد، به مدت حداقل و حداکثر ۴ ساعت مقاوم هست.

به بالای صفحه بردن