۱ – مقدمه
مقاومت تیرچه در برابر حریق، در ساختمان‌سازی مدرن، استفاده از تیرچه‌های بتنی پیش‌ساخته (precast concrete joists) یا تیرچه‌های صنعتی، بسیار رایج شده است. این تیرچه‌ها با استفاده از خط تولید تیرچه در کارخانه‌ها تولید می‌شوند و سپس به‌وسیله دستگاه تیرچه صنعتی به‌صورت انبوه ساخته و مونتاژ می‌گردند. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این نوع سازه‌ها، مقاومت در برابر حریق است، زیرا بتن ذاتاً ماده‌ای غیرقابل‌احتراق است و در دمای بالا دچار تحلیل تدریجی می‌شود ولی نه شعله‌ور شدن سریع.
۲ – ساختار و تولید تیرچه در کارخانه
در کارخانه‌هایی که به تولید تیرچه به صورت صنعتی می‌پردازند، فرآیند تولید تحت شرایط کاملاً کنترل‌شده و با استفاده از دستگاه‌های پیشرفته انجام می‌شود. این دستگاه‌ها شامل مراحل مختلفی است که هر کدام نقش مهمی در کیفیت و مقاومت نهایی تیرچه دارند.
یکی از اجزای اصلی خط تولید، قالب‌ریزی دقیق است که شکل و ابعاد تیرچه را تعیین می‌کند. پس از قالب‌ریزی، بتن ویژه با ترکیب خاصی شامل سیمان، آب، سنگدانه‌ها و افزودنی‌ها به داخل قالب تزریق می‌شود. این بتن باید دارای خواص مکانیکی مناسب و قابلیت چسبندگی بالا باشد.
در ادامه، عملیات پیش‌تنیدگی کابل‌ها یا میلگردها صورت می‌گیرد. پیش‌تنیدگی به افزایش مقاومت کششی و کنترل خیز تیرچه کمک می‌کند و باعث افزایش عمر مفید سازه می‌شود. کابل‌ها یا میلگردها بر اساس طرح اجرایی در داخل قالب قرار گرفته و با نیروی مشخصی کشیده می‌شوند.
ادامه
پس از قالب‌ریزی و پیش‌تنیدگی، عملیات پخت بتنی آغاز می‌شود که معمولاً در دمای کنترل‌شده و تحت شرایط خاصی انجام می‌گردد تا بتن گیرش مناسبی پیدا کند و مقاومت آن به حد مطلوب برسد. دمای پخت تأثیر بسیار زیادی روی سرعت و کیفیت هیدراسیون سیمان و در نهایت مقاومت تیرچه دارد.
یکی از پارامترهای کلیدی در تولید تیرچه، میزان پوشش میلگرد با بتن (concrete cover) است که نقش حفاظتی در برابر خوردگی و انتقال حرارت دارد. این پوشش باید به اندازه کافی باشد تا میلگردها از عوامل محیطی و شرایط حرارتی محافظت شوند.
ترکیب مصالح مصرفی نیز اهمیت ویژه‌ای دارد؛ برای مثال، استفاده از سنگدانه‌های کربناته مانند آهک در بتن باعث افزایش مقاومت تیرچه در برابر حرارت و آتش می‌شود. علت این موضوع واکنش حرارتی کلسینه‌شدن است که در اثر جذب گرما مقداری از حرارت را می‌گیرد و مانع از افزایش سریع دمای بتن می‌شود.
همچنین در کارخانه‌ها از دستگاه‌هایی برای تنظیم دانه‌بندی و رطوبت بتن استفاده می‌شود تا ترکیب مواد دقیق و یکنواخت باشد و همواره کیفیت ثابتی در محصول نهایی حاصل شود. در مجموع، کنترل دقیق هر مرحله در فرآیند تولید تیرچه می‌تواند تضمین‌کننده مقاومت، پایداری و دوام تیرچه در کاربردهای مختلف ساختمانی باشد.
۳ – رفتار تیرچه در دمای بالای آتش
۳ – رفتار تیرچه در دمای بالای آتش-
هدایت حرارتی پایین: بتن رسانایی حرارتی پایینی دارد؛ بنابراین گرما به کندی از سطح تابیده‌شده عبور می‌کند و از انتقال سریع آن به میلگرد جلوگیری می‌کند. در نتیجه، حرارت به تأخیر می‌افتد و زمان کافی برای تخلیه امن فراهم می‌آید.
-
عدم احتراق: بتن قابل‌احتراق نیست و هیچ گاز سمی از آن خارج نمی‌شود، بنابراین تأثیر منفی ناگهانی ندارد.
-
کاهش مقاومت با افزایش دما: مقاومت میلگردها با افزایش دما تا بیش از حدود ۵۰۰–۵۵۰ درجه کاهش می‌یابد. بنابراین ضخامت و پوشش مناسب بتن ضروری است.
-
ترکیدن ناگهانی (Spalling): بتن با رطوبت بالا یا چگالی زیاد، ممکن است در اثر گرما و فشار داخلی دچار ترکیدن شود. استفاده از الیاف پلی‌پروپیلن یا فولادی در بتن می‌تواند این خطر را کاهش دهد.
۴ – استانداردهای مقاومت در برابر حریق
مهندسان طبق استانداردهای IBC یا Eurocode یا AS3600 برای بتن، نیازمند تعیین Fire Resistance Level (FRL) هستند که شامل سه معیار: استحکام سازه‌ای (Structural adequacy)، تمامیت (Integrity) و عایق‌کاری حرارتی (Insulation) است.
مثلاً برای تیرچه‌های باربر در کف، معمولاً نیاز به حداقل FRL برابر با ۹۰/۹۰/۹۰ (دقیقه) است. جداول IBC و PCI MNL 124 ضخامت‌های پیش‌نویس‌شده بر اساس نوع بتن و مقاومت حرارتی را ارائه می‌دهند.
۵ – بهبود عملکرد مقاومت در برابر حریق تیرچه
راهکارهای بهبود شامل موارد زیر است:
-
انتخاب ترکیب مناسب بتن: استفاده از سنگدانه کربناته، کنترل رطوبت، کاهش پوزولان‌ها مانند سیلیکا فیوم (<۱۰٪)
-
استفاده از الیاف داخلی: ترکیب الیاف پلی‌پروپیلن (۰.۱۰–۰.۱۵٪ حجم) یا الیاف فولادی یا ترکیبی برای کاهش اسپالینگ.
-
افزایش پوشش بتن روی میلگرد: حداقل فاصله بین میلگرد و سطح باید به گونه‌ای باشد که دمای میلگرد زیر حدود ۵۰۰ درجه باقی بماند.
-
جزئیات جمع‌بندی و درزها: در طراحی خط تولید تیرچه و دستگاه تیرچه صنعتی باید درزها با مهر و عایق مناسب (fire‐rated sealant) بسته شوند تا گسترش دود و حرارت جلوگیری شود.
-
پوشش‌های خارجی یا نماهای مقاوم در برابر آتش: استفاده از لایه‌های حفاظتی یا شبکه‌های مش فولادی بیرون از تیرچه در پروژه‌هایی با نیاز FRL بالا.
۶ – بررسی نمونه‌ها و نتایج تجربی
مطالعات و آزمایشات واقعی نشان می‌دهند:
-
تیرچه‌های بتن سبک با هسته پرسی یا منعطف با مقاومت بالا (High‑Strength Concrete) حتی تا ۱۱۰ MPa هم می‌توانند با طراحی مناسب، مقاومت مناسبی در برابر حریق داشته باشند. توصیه‌ها شامل کنترل رطوبت، ترکیب مناسب، فاصله بستن میلگرد، الیاف و پوشش محافظ هستند.
-
در سیستم‌های تیرچه چوب‌مهندسی (مانند I-joist)، عملکرد در برابر آتش بسیار ضعیف‌تر از تیرچه‌های چوب سنتی است؛ با این حال استفاده از پوشش‌های intumescent یا پوشش‌های ضدحریق می‌تواند آن را به سطح تقریبی چوب سنتی برساند.
۷ – ارزیابی پس‌ازآتش تیرچه‌ها
وقتی تیرچه‌ها در معرض آتش‌سوزی واقعی قرار می‌گیرند، انجام یک ارزیابی دقیق و جامع از وضعیت آن‌ها بسیار حیاتی است تا بتوان میزان آسیب و امکان ادامه استفاده از آن‌ها را تعیین کرد. این ارزیابی بسته به نوع تیرچه (چوبی یا بتنی پیش‌ساخته) تفاوت‌هایی دارد که در ادامه به مهم‌ترین نکات آن اشاره می‌شود.
تیرچه‌های چوبی یا پیچیده
– عمق تغییر رنگ یا char: تغییر رنگ چوب که ناشی از سوختن سطحی آن است، نشان‌دهنده میزان نفوذ حرارت است. عمق قسمت char شده باید با دقت اندازه‌گیری شود زیرا هر چه عمق سوختگی بیشتر باشد، مقاومت سازه‌ای تیرچه بیشتر تحت تأثیر قرار می‌گیرد.
– تغییر در مقاومت خمشی و خیز: بررسی مقاومت خمشی تیرچه و میزان خیز آن (deflection) پس از آتش‌سوزی اهمیت بالایی دارد. این کار معمولاً با استفاده از تجهیزات دقیق مانند تراز لیزری انجام شده، که به کمک آن‌ها می‌توان تغییرات بسیار کوچک در شکل و سختی تیرچه را شناسایی کرد. کاهش مقاومت یا افزایش خیز می‌تواند نشان‌دهنده آسیب‌دیدگی ساختاری باشد.
تیرچه‌های بتنی پیش‌ساخته
– بررسی ترک‌ها و شکستگی‌ها: پس از آتش‌سوزی، احتمال بروز ترک‌های سطحی یا داخلی در بتن وجود دارد. عمق و وسعت این آسیب‌ها باید با دقت بررسی شود.
– ترمیم‌پذیری بتن: در بسیاری از موارد، بتن ترک‌خورده در لایه‌های سطحی و با عمق کم قابل برداشت است و با انجام عملیات بتونه‌کاری، پوشش‌دهی مجدد یا تزریق مواد ترمیمی می‌توان مقاومت و پوشش محافظتی آن را بازگرداند.
– حدود ترمیم: بتن معمولاً اگر آسیب عمیق یا جدی ندیده باشد، امکان ترمیم دارد؛ اما آسیب‌های شدید مانند تخریب گسترده یا از دست رفتن انسجام بتن، ممکن است نیاز به تعویض کامل تیرچه باشد.
۸ – نقش خط تولید تیرچه و دستگاه تیرچه صنعتی در کنترل کیفیت مقاومت به حریق
۸ – نقش خط تولید تیرچه و دستگاه تیرچه صنعتی در کنترل کیفیت مقاومت به حریقدر خط تولید تیرچه صنعتی، شرایط زیر قابل کنترل هستند:
-
کیفیت ترکیب بتن (نسبت آب‑سیمان، نوع سنگدانه)
-
رطوبت پیش از پخت
-
ضخامت پوشش بتن روی میلگرد
-
قرار دادن الیاف ضد اسپالینگ
-
جزئیات درزگیری و قالب‌گیری دقیق
-
تست کنترل کیفیت نهایی قبل از ارسال به پروژه
تمام این پارامترها باعث می‌شوند تیرچه‌هایی که از دستگاه تیرچه خارج می‌شوند، مقاومت قابل‌قبول یا حتی بالا در برابر حریق داشته باشند. بنابراین استفاده از کارخانه‌های دارای خط تولید استاندارد، در بهبود عملکرد ضدحریق تیرچه بسیار مؤثر است.
۹ – مزایا و محدودیت‌ها
مزایا:
-
بتن غیرقابل‌احتراق است و زمان بسیار خوبی برای تخلیه و احتراز از آسیب فراهم می‌کند.
-
انتقال حرارت بسیار کند است و قابلیت انسداد حریق را دارد.
-
دود یا گاز سمی تولید نمی‌شود.
-
مقاومت سازه‌ای دیرتر کاهش می‌یابد.
-
در بسیاری از کشورها، جداول استاندارد ضخامت برای مقاومت مشخص شده و قابل به‌کارگیری است.
محدودیت‌ها و چالش‌ها:
-
بتن با رطوبت زیاد ممکن است دچار اسپالینگ ناگهانی شود.
-
اگر ضخامت پوشش روی میلگرد کافی نباشد، دمای میلگرد به بالاتر از حدود بحرانی می‌رود و مقاومت کاهش می‌یابد.
-
تیرچه‌هایی بدون کیفیت ساخت (بدون کنترل دقیق خط تولید تیرچه) ممکن است نتایج قابل‌قبولی نداشته باشند.
-
در شرایط بارهای نامتعارف یا بارهای زیاد، رفتار در برابر حریق نیازمند تحلیل دقیق و طراحی ویژه است.
۱۰ – نتیجه‌گیری نهایی
در نهایت، مقاومت تیرچه در برابر حریق به عوامل زیر بستگی دارد:
-
کیفیت بتن و نوع سنگدانه
-
ضخامت مناسب پوشش بتن روی میلگرد
-
ترکیب رطوبت و الیاف ضد اسپالینگ
-
طراحی مناسب برای پوشش جزئیات و درزها
-
کنترل دقیق پارامترها در خط تولید تیرچه صنعتی
-
تست و استانداردهای FRL طبق نیاز پروژه
استفاده از دستگاه تیرچه صنعتی همراه با اجرا در شرایط کارخانه‌ای و کنترل‌شده، باعث می‌شود تیرچه‌ها تا حد قابل‌توجهی در برابر آتش مقاوم باشند. این مهم در طراحی سازه‌ای مطابق مقررات ملی ساختمان، استانداردهای بین‌المللی مانند IBC یا Eurocode و صاف‌تر کردن فرآیند تولید با رعایت دقیق جزئیات فنی اهمیت حیاتی دارد.
بدون دیدگاه