بر طبق تحقيقات،عمده ترين آزمايشات تئوري و اجرايي در آمريكا مي باشد و يكي از اين آزمايشات مقايسه بتن سبك دانة LWAC نسبت به بتن معمولي NDC مي باشد،كه بايستي يادآوري گردد كه LWAC مقاومتش در برابر آتش نسبت به NDC بسيار بيشتر است،طي تحقيقات تا امروز به نتايج متضادي رسيده شده است .تاثير نيروها و تركيبات آتش بر روي بتن ها متفاوت است، بدليل اينكه سلولز آتش و هيدروكربن آتش با توجه به تركيبات مربوطة خودشا
بتن ضد اتش
چكيده:
با عنايت به اينكه جامعه عمران ما به اين مطلب كه بتن معمولي حدود يكساعت طول مي كشد كه دماي پوشش آن از ۱۰۰۰ به ۵۰۰ درجه سانتيگراد تحت گرما مي رسد، آگاهي دارند، لذا اگر تحت شرايطي اين زمان بيشتر گردد باعث رشد و توسعه بتن مي گردد كه در اين تحقيق به مقايسه مصالح بتن سبك دانه (LWAC) با مصالح دانه بندي بتن معمولي (NDC)در مقابل آتش پرداخته گرديده است، كه عامل مقاومت بتن نوع( LWAC) در مقابل آتش سبب منفعت هاي كثيري از جمله كاهش هدايت گرمايي به سمت آرماتورها ، افزايش دادن ظرفيت رطوبت و كاهش دادن نفوذ پذيري و غيره براي بتن مي گردد، كه در ادامه اين تحقيق طي نمودارهايي به بررسي وتحليل نيروها و فشارهاي وارد به انواع بتن سبك دانه ذكر شده اشاره گرديده است.
كلمات كليدي: مقامت در برابر آتش ، نسبت آب به سيمان ، هدايت گرمايي ، بتن سبك دانه ، رطوبت ، نفوذ پذيري ، دما.
مقدمه:
بر طبق تحقيقات،عمده ترين آزمايشات تئوري و اجرايي در آمريكا مي باشد و يكي از اين آزمايشات مقايسه بتن سبك دانة LWAC نسبت به بتن معمولي NDC مي باشد،كه بايستي يادآوري گردد كه LWAC مقاومتش در برابر آتش نسبت به NDC بسيار بيشتر است،طي تحقيقات تا امروز به نتايج متضادي رسيده شده است .تاثير نيروها و تركيبات آتش بر روي بتن ها متفاوت است، بدليل اينكه سلولز آتش و هيدروكربن آتش با توجه به تركيبات مربوطة خودشان، اثر مختلفي بر روي بتنهاي مختلف از خودشان نشان مي دهند .دركل تحقيق ارائه شده،محوريت موضوع بر روي حفظ يكپارچگي بتن هاي مربوطه و جلوگيري از متلاشي شدن انواع بتن ها مي باشد.
ارزيابي تحقيقات:
به طور كلي داده هاي اطلاعاتي به نام هاي”چكيدة شيميايي” يا”خلاصه”كه در انتشارات جهاني در سال هاي ۱۹۶۷،۱۹۶۹ وجود دارد،عنوان مي گردد.اين دو نوع اطلاعات جهت تحقيقات و بررسي در موضوعات مختلف به كاربرده مي گردد، در اين مقله از مراجع مختلفي استفاده گرديده است كه شامل مراجع مرتبط و بي ارتباط مي باشند،كه در اين ارتباط از ۱۱ مرجع مورد اطمينان بيش از حد استفاده گرديده است،كه در انتها ارائه مي گردد.
انواع سوخت:
سوخت سلولز اغلب بر اساس معیار استاندارد سوخت”ایزو”نامیده می گردد.در اروپا آزمایش مطابق معیار ایزو 834 انجام می گردد،که برابر din 4102می باشد.شکل 1،2 را مشاهده کنید.در ایالات متحده و کانادا سوخت استاندارد سلولز
مطابق با ASTM E119 انجام می گردد.میزان سوخت تقریبآ با میزان ایزو 834 برابر است ولی در ASTM E119 دقایق اولیه سوخت درجه حرارت بیشتري را نشان می دهد.در صفحات بعدي این سه نوع سوخت دلالت بر سوخت
سلولز دارند.
تفاوت اصلی میان سوخت هیدروکربن و سوخت سلولز آن است که دماي سوخت هیدرو کربن در دقایق اولیه با سرعت بیشتري بالا می رود یعنی شتاب بالا رفتن دما در آن بیشتر است.علاوه بر آن،حداکثر دما در سوخت هیدرو کربن 1100) درجۀ سانتیگراد) در مقایسه با سوخت سلولز (حدود 1050 درجۀ سانتیگراد)بیشتر می باشد.یادآوري 1نشان می دهد که زمان استاندارد در مقابل منحنی هاي دما در نوع سوخت از چه قرار است، یادآوري 2:محاسبۀ دماي طبیعی یک حجم واقعی را نشان می دهد که در یک سطح ایجاد فاصله می کنند.
نتايج كلي:
۱. تقريبآ تمامي منابعي كه بر اين باورند كه بتن حجم سبك واقعي نسبت به بتن حجيم طبيعي ، مقاومت بهتري در مقابل سوخت دارد،بر اساس ميزان برابري سوخت و سوخت سلولزي مي باشند.تمام منابع كه نظرية مخالف اين نتيجه گيري را ارائه مي دهند،اساسآ بر پاية سوخت هيدروكربن استوارند.اگر ساختارهاي LWAC نسبت به ساختارهاي NDC مقاومت بيشتري در برابر سمخت داشته باشند،فرو شدن رو نمي دهد، بنابراين در مقابل دماي كمتر و پايين تر انتقال گرماي كمتر در LWAC رخ مي دهد و پوشش مقاومت بهتري روي آن واقع شود، اين
نتايج در آزمايشهاي مقاومت طبيعي LWAC در سوخت طبيعي سلولز انجام مي گردد، اما در سوخت بيشتر سوخت هيدرو كربن در طي سوخت ممكن است پوشش آن دچار خرد شدگي گردد.در ادبيات شيمي و به طور كلي زمين شناسي ،چندين عامل در خرد شدگي بتن در حين آتش سوزي دخيل مي باشند،كه از جمله:
فشار بخار مرتبط با رطوبت و قابليت جذب حجم مواد و مصالح،
رطوبت موجود در سوراخ ها و منافذ،
فشار اوليه مارد بر لاية در معرض فشار
تلاش هايي جهت جلوگيري از خرد شدن سنگ ها :
آغشته نمودن حجم هاي سبك وزن براي جلوگيري از مكش آب در حين ذخيره يا از حجم تازه آن باعث كاهش رطوبت محتويات مادة سخت بتن مي گردد، براي افزايش توانايي آزاد شدن آب يا بخار حين سوخت ، چندين آزمايش با مواد سخت بتن انجام ميگردد و با افزودن فيبرهاي PP يا فيبر پلي پروپيلن همراه است.نظريه آن است كه ذوب فيبرهاي PP باعث آزاد گرديدن كانال ها يا مجراها مي گردد.چندين آزمايش با استفاده از سوخت غير فعال محافظتي انجام شده است.علاوه بر پارامتر هاي مواد،ميزان دما تاثير زيادي بر نتايج آزمايش هاي سوخت بر جاي مي گذارد.فشارهاي زياد و متراكم در لاية در معرض فشار مادة سخت بتن تاثير زيادي بر خرد شدن سنگ هاي آن مي باشد.
۲. سوخت هيدرو كربن:
بر اساس آزمايش هاي نروژي ها LWAC نسبت به NDC در آتش سوزي بيشتر خرد مي گردد، دلايل اصلي آن كه مقايسة بين LWAC و NDC مي باشد، به شرح زير مي باشد:
رطوبت بيشتر مواد محتوي(حجم سبك وزن ممكن است مثل جاذب آب عمل نمايد و بنابراين موجب افزايش ميزان بخار آب گردد(،
قابليت جذب كمتر كه منجر به ايجاد فشار بخار بالاتر در LWAC مي گردد ،
قابليت رسانايي پايين تر(كه منجر به درجة بالاتر دما مي گردد(.
واقعيت اين است كه LWAC در مقايسه با بتن حجيم معمولي داراي مقاومت كشش كمتري مي باشد و همين باعث شكنندگي بسيار بيشتر بتن LWACمي گردد.
بيشتر آزمايش هايي كه در ارتباط با آتش يوزي هيدروكربن روي مي دهند، آزمايش هاي نروژيها روي بتن هاي متراكم سبك وزن با نسبت پايين w/cمي باشد (شامل 15-5 درصد بخار سيليكا) و حجم هاي سبك وزن مورد استفاده Leca and liapor(گل پهن شده) مي باشند.آزمايش سوخت روي هر دو نوع كوچك و نمونه هاي بتن غير مقاوم و تيرك ها و قالب هاي مقاوم انجام شد.در چندين آزمايش ميزان رطوبت لاية خارجي بتن در زمان آزمايش اندازه گيري شد،علاوه بر آن افزايش دما در لايه هاي مختلف بتن ها و بتن مقاوم اندازه گيري مي گردد،در اين آزمايش ها هيچ بتن سبك وزني بدون فيبر هايPP يا عامل حفاظتي و ضد آتش غير فعال تا دو ساعت بيشتر در برابرسوخت هيدرو كربن و بون خرد شدگي قابل توجهي دوام نمي آورد.
سوخت سلولزي:
به طوري كه از منابع برداشت مي گردد، بتن حجيم سبك وزن نسبت به بتن حجم معمولي در مورد آتش مقاومت بيشتري دارد، ما فرض مي نماييم كه اين تجربيات فقط بر اساس آزمايش با سوخت سلولزي انجام شده است (نوع سوخت در تمام منابع كاملآ تعيين شده است( البته در آزمايش هاي بتن حجيم سبك وزن ، ميزان w/cدر اين منابع وجود ندارد،به منظور ايجاد مقاومت و تراكم،امكان دارد اكثر آزمايش هاي مربوط به بتن هاي متراكم سبك وزن w/c بالاتري را داشته باشد،بنابراين در مقايسه با نوع تراكم نروژي ها قابليت بالاتر دارند، اما بتن هاي حجيم سبك وزن قابليت جذب كمتري دارند.
دليل اصلي مقاومت بهتر بتن هاي متراكم سبك وزن LWAC در مقايسه با NDC اين است كه بخاطر هدايت گرمايي كمتر عايق كاري LWACبهتر باقي مي ماند،يعني گرماي كمتر يتن مقاوم باعث كاهش فشارهاي گرمايي مي گردد،در سوخت هيدرو كربن با درجه حرارت بالاي سطح در مقايسه با سوخت ايزو قابليت هدايت گرمايي پايين تر است،بنابراين،باعث افزايش درجه حرارت در لاية خارجي بتن LWACمي گردد،و اين خطر خرد شدن را به طرز قابل توجهي افزايش مي دهد.بنابراين ساختارهاي LWAC نسبت به ساختارهاي NDCمقاومت بيشتري در برابر آتش از خود نشان مي دهند و هيچ خرد شدني در آنها ديده نمي گردد.برخي از محققين كه مقاومت بهتري از LWACدر برابر آتش را گزارش داده اند و مي گويند برخي پارامتر ها يا معيارهاي قطعي يا بحراني بر ميزان مقامت LWACدر برابر آتش موثر است،اول اينكه،تمامي آنها معتقدند كه خطر خرد شدن در زمان افزايش رطوبت و در مواقع مهم و بحراني افزايش مي يابد.برخي ديگر معتقدند حجم بيشتر سيمان در خمير LWACدر مقايسه با NDC(با ميزان برابري w/c ) ممكن است فايده اي براي دماي كمتر LWACداشته باشد.آزمايشات انجام شده ،ميزان مقاومت LWAC در برابر آتش در مقايسه با NDCمي بايست در شرايط وجود ، نور انجام شود(نوع آتش،رطوبت، w/c ، قابليت جذب و …)
پارامترهاي بحراني و حساس:
رطوبت بحراني محتويات:
مراجع ميزان رطوبت محتويات بتن را در ارتباط بانحوه عمل در طي سوخت اندازه گيري شده و يا نظر سنجي مينمايند.منابع بسياري بر اين باورند كه رطوبت محتويات در بتن سخت عامل مهم تاثير گذار روي مقاومت در برابر آتش سوزي به شمار مي رود،وقتي رطوبت محتويات افزايش مي يابد ميزان آب بخار شدني زياد مي گردد،افزايش رطوبت محتويات منجر به افزايش فشار منفذ و درجه حرارت حين سوخت مي گردد، آزمايشهاي متعدد كاهش رطوبت محتويات را نشانگر كاهش ميزان خرد شدن بتن مي دانند، LWAC اغلب در مقابل آتش سوزي عمل بدتري نسبت به NDC از خود نشان مي دهند،واين به خاطر توانايي سبك وزن براي جذب آب براي بخار آب مي باشد،آب در تراكم سبك وزن با از حجم هاي قبلا مرطوب حاصل مي گردد و يا از طريق جذب آب بتن تازه يا نفوذ از طريق محيط انجام مي گردد،مرطوب بودن حجم تراكم از قبل و يا ذخيرة رطوبت در بتن LWACخطر خرد شدن آن را افزايش ميدهد، براي كاهش جذب و مكش آب طي ذخيره يا در زماني كه بتن تازه ساخته شده به كاربرده مي گردد، مولفاني، چند پيشنهاد مي كنند كه انبوه بتن هاي سبك وزن را آغشته سازند.اگر بتن سبك وزن آغشته شود، رطوبت محتويات در بتن LWACبرابر يا سطح مشابه NDCبا ميزان برابر سيمان در خمير فرض مي گردد.
در مراجع معتبر به آزمايش هاي سوخت سلولز اشاره گرديده است،(رطوبت بحراني محتويات)كه اين ميزان براي بتن سخت باعث جلوگيري از خرد گرديدن آن مي گردد،در منابعي ديگر دقيقا روشن نيست كه آيا پيشنهادات ارائه شده به NDC باز مي گردد و يا به LWAC يك مولف ادعا مي نمايد كه ميزان رطوبت بحراني بتن سخت LWAC، 7 درصد حجم دارد،با اين حال خرد شدن ممكن است در رطوبت پايين ۵ درصد حجم (يعني ۲ درصد وزن)هم روي دهد.دو تن از اساتيدعمران بر اين اعتقاد دارند، كه حداقل خطر خرد گرديدن و زيان در زير خط بحراني محتويات واقع شده است.
بر خلاف اين منابع مولفان ديگر معتقدند كه رطوبت بحراني محتويات پايين تر از ۷ درصد حجم دارد، فيپ معتقد است كه حجم رطوبت بحراني براي بتن سخت ۵ درصد حجم دارد(يعني حدود ۳-۲ درصد وزن). توصيه هاي بسيار جدي به اين مطلب گرديده است كه،توسط كميتة انگليسي در سال ۱۹۸۷ ارائه گرديده است،آنها پيشنهاد كردند كه حجم رطوبت مي بايست پايين تر از ۳ درصد حجم كل باشد، تا از خرد گرديدن و پوكيدن بتن جلوگيري گردد و حد مشابهي توسط فيپ بيان گرديده است.در آزمايش هاي نروژي ها با سوخت هيدرو كربن ، ميزان زطوبت بسيار بيشتر از سطوح بحراني پيشنهادي است،برخي مولفان چنين مي گويند كه حجم رطوبت بالا است و مدعي هستند كه اين دليل اصلي شكستگي بتن در اثر كشيدگي زياد LWAC به شمار مي آيد،ديگر مولفان حجم و رطوبت را اندازهگيري نموده و در اين آزمايش ها حجم رطوبت بين 11-3 درصد وزن متفاوت مي باشد (5-25 درصد حجم) تمام اين كشش بالا در بتن هاي سبك وزن نشانگر خرد گرديدن وسيع طي سوخت هيدروكربن است و حتي در رطوبت بين ۵تا ۷ درصد حجم درصد حجم در سطح بتن خرد گرديدن روي مي دهد.حجم رطوبت در درون بتن در بسياري موارد بيشتر از رطوبت در سطح بتن مي باشد،به عنوان مثال حجم رطوبت درون برخي بلوك هاي كهنه پر فشار LWAC حدود ۲ درصد وزن بيشتر از رطوبت در سطح بتن برآورد مي گردد.بر اساس تفاوت هاي ميان تيرچه بلوك هاي بتني جوان تر، رطوبت آنها۴ درصد وزن (در حدود ۷ درصد حجم) برآورد گرديده است، بنابراين در ارزيابي رطوبت بحراني،اين اختلاف مي بايست در نظر گرفته شود،حجم رطوبت درون بتن مي بايست به عنوان يك مرجع مورد استفاده قرار گيرد.
در كارهاي ”مالهوترا”،او مدعي گرديده است كه در بسياري از ساختمان ها حجم رطوبت طبيعي بيشتر از حجم رطوبت بحراني مي باشد، او در مثالي به اندازه گيري هاي يك ساختمان دو ساله اشاره مي نمايد كه حجم رطوبت آن حدود7.5 درصد حجم بتن مي باشد.همچنين مولفان ديگر معتقدند كه ساختمان درون منازل با بتن هاي LWACباعث كاهش خطر خرد گرديدن بتن ها مي گردند و همچنين باعث كاهش زمان محتويات رطوبتي مي گردد.در خارج از ساختمان LWACنشانگر رطوبت بالاتر از حجم بحراني مي باشد،اين فرضيه، كه قبلا اندازه گيري هاي يك ساختمان قديمي را با تيرچه بلوك هاي پر قدرت LWAC نشان مي دهدرا مورد تائيد قرار مي دهد:درون بتن حجم رطوبت حدود ۸ درصد وزن دارد(تقريبآ ۱۵ درصد حجمي) و ميزان رطوبت در بتن هاي جوانتر حدود 15.5 درصد وزني مي باشد كه اين مقدار تقريبآ ۲۸ درصد حجمي برآورد مي گردد و بر اساس خرد گرديدن بتن معمولي به واسطة يكسال از مورخ تكميل مشهود و قابل اغماض با بتن LWACمي باشد.
قابليت جذب يا نفوذ پذيري:
يك توافق كلي راجع به اين واقعيت وجود دارد كه قابليت جذب يكي از خصوصيات بسيار مهم است كه در طي سوخت بر خرد شدن بتن اثر بخش مي باشد.منابع كار اندازه گيري يا ارائة نظريات را راجع به نفوذ پذيري بتن و نحوة عمل آنها در حين سوخت را انجام مي دهند.همگي آنها معتقدند كه نفوذپذيري اندك براي مقاومت در برابر آتش يك عامل منفي است.نفوذ پذيري پايين منجر به افزايش فشار بخار حين گرم شدن مي گردد و اين ممكن است به عنوان فرضيه اي نشان داده شود.
افزايش w/c (بوسيلة افزايش حجم آب در بتن تازه) هم باعث افزايش حجم رطوبت و هم نفوذ پذيري بتن سخت شده مي گردد.افزايش حجم رطوبت تاثير منفي بر مقاومت در برابر آتش در حالي كه افزايش نفوذپذيري اثري مثبت خواهد داشت.به صورت فرضيه اي اين حالت ممكن است پيدا كردن w/cبحراني را امكان پذير سازد.اين كار توسط فرد انجام گرديد كه w/c بايستي بالاتر از 0.55 باشد تا به يك NDC پيشنهاد كرده كه با نفوذ پذيري كافي و بالا ،مقاومت در برابر سوخت هيدروكربن را ارائه دهد،علاوه بر اين آغشته نمودن حجم هاي سبك وزن را پيشنهاد نموده تا از مكش آب از بتن تازه جلوگيري گردد.حجم بخار سيليكا و شرايط بهبود وضعيت بر نفوذ پذيري و حجم رطوبت وقتي w/cبحراني موثر مي باشد.
در مراجعه به آزمايش هاي نروژيان با سوخت هيدروكربن، w/c بتن LWAC با ميزان هاي 0.4-0.3 و با 15-5 درصد بخار سيليكا متفاوت مي باشد،در تمام آزمايش ها LWACدچار خرد شدن گسترده مي گردد و اين در صورتي امكان پذير مي باشد كه هشدارهاي لازم رعايت گردد(همانند فيبر PPو يا عامل محافظتي غير فعال كنندة آتش).
آنچه مهم مي باشد اين است كه تاثير مهم بر خرد گرديدن LWAC با w/c در حدود 0.3 و 0.4 امكان پذير نمي باشد.داشتن ميزان صفر بخار سيليكا تا ۵ درصد به ترتيب،اثر مهمي بر خرد شدن بتن ندارد.به اين ترتيب w/cبحراني مي بايست حداقل بالاتر از 0.4 باشد تا براي حضور در برابر سوخت هيدروكربن آماده گردد.اين امكان نيز وجود دارد كه ميزان قابليت جذب بتن حين سوخت افزايش يابد،چندتن از مولفان استفاده از فيبر PP(پلي پروپيلن) را براي مقابله با آتش سوزي هيدرو كربني پيشنهاد مي كنند.فيبرها در حين تركيب شدن بتن افزوده مي شوند،فيبرهاي PP نقطة ذوب حدود ۱۴۰ درجة سانتيگراددارند و اين نظريه كه فيبرها طي آتش سوزي آب مي گردد و كانال هايي را در بتن سخت شده در جايي كه بخار ممكن است خارج گردد،به موجوديت مي پيوندد.
آزمايش با فيبر PP نتيجة بسيار مثبتي داشت به اين معني كه در بتن هاي متراكم سبك وزن پر مقاومت نروژي اين نتيجه مثبت بوده است و با افزودن 0.1 تا 0.25 حجم فيبر PPبه بتن خطر خرد شدن آن را به طرز قابل توجهي كاهش ميدهد.برخي آزمايش ها نشان مي دهند كه مي توان خطر خرد شدن را با افزودن نوع درست و ميزان صحيح فيبر PP از ميا برداشت،نتايج نشان مي دهند كه كاهش خرد شدگي با كاهش ضخامت و افزايش طول و ميزان فيبرهايPP مرتبط مي باشد.
ميزان بار وارده هنگام آتش سوزي:
در هنگام آتش سوزي يك عامل مهم در جهت مقابله پر بودن بتن مي باشد،كه عامل اساسي در اين ارتباط مي باشد،منابع كار اندازه گيري يا ارائة فرضيات را با توجه به اين عنوان انجام داده اند،واين يك توافق كلي بر اين واقعيت مي باشد كه فشارهاي تراكمي ابتدايي در لاية بيروني به واسطة وارد شدن بار به قسمت هاي خارجي آن مي باشد و باعث افزايش خرد شدگي در حين آتش سوزي مي باشد،برخي اساتيد ادعا مي كنند كه افزايش فشارهاي تراكمي باعث كاهش مقاومت در برابر آتش مي گردد،برخي ديگر معتقدند كه بزرگي فشارهاي تراكمي اهمييت بسيار كمتري نسبت به آنچه كه نشان مي دهند،دارد.
مطابق نظرية چندين مولف مشاهده گرديد كه،خسارات بيشتر مربوط به بلوك هاي بتني كه از قبل فشار ديده اند نسبت به بلوك هاي بتني از قبل فشار ديده،دچار خرد شدگي گسترده مي گردند و اين خرد شدگي به خاطر در معرض فشار جزيي قرار گرفتن مي باشد،بنابراين هيچ آزمايش مقايسه اي بين LWAC and NDC در اين رابطه انجام نگرديده است.بنابراين موقعيت فشار بار وارده ،عامل مهمي در ارتباط با نحوة عمل بتن در حين آتش سوزي به شمار مي آيد و اجراي آزمايش هاي آتش تحت شرايط واقعي و ممكن توصيه مي گردد، همچنين اندازة نمونه و فشارهاي متراكم كننده در لاية در معرض فشار بسيار مهم مي باشد.