تاثیر عایق بر عملکرد بتن تقویت شده در برابر آتش چگونه است؟
با وجود مقاومت و استحکام بالای بتن در برابر عوامل محیطی، برای افزایش مقاومت بتن در شرایط خاص مانند زمان حریق، از برخی عایق‌ها استفاده می‌شود. از جمله این عایق‌ها می‌توان به گروه عایق‌های FRP اشاره کرد. برای بررسی تاثیر عایق بر عملکرد بتن تقویت شده در برابر آتش از مدل‌های واقعی و نیز محاسبات ریاضی و مدل‌های رایانه‌ای استفاده می‌شود. در این مطلب از ستوده بتن بر اساس تحقیقات واقعی نکاتی را در این زمینه با شما در میان گذاشته‌ایم.
کامپوزیت FRP چیست؟
کامپوزیت FRP نام گروهی از کامپوزیت‌ها است که از یک ماتریس پلیمری تقویت شده با الیاف در اشکال گوناگون ساخته می‌شوند. در واقع این مواد دارای دو جزء رزین‌های FRP و الیاف FRP هستند. این کامپوزیت‌ها کاربردهای متعددی در صنعت ساختمان و برخی از صنایع دیگر دارند. با این حال یکی از کاربردهای اصلی آن‌ها تقویت بتن برای استفاده در سازه‌ها است. این کامپوزیت‌ها را می‌توانند همچون پوششی روی سطوح بتنی تیرها، ستون‌ها و دال‌ها قرار داد و یا از آن‌ها در داخل بتن استفاده کرد.
برخی از کاربردهای کامپوزیت FRP عبارتند از:
- ساخت پل‌های راه آهن
- ساخت ساختمان‌هایی با کاربری‌های مسکونی، تجاری، اداری و آموزشی
- ساخت سدها و کانال‌های آب
- ساخت مخازن ذخیره آب
- ساخت دودکش‌های صنایع
- ساخت برج‌های خنک‌کننده
- ساخت سیلوها
تاثیر عایق FRP بر عملکرد بتن تقویت شده در برابر آتش از نظر نوع
کامپوزیت‌های FRP از دو جزء ماتریس و الیاف تشکیل شده‌اند که الیاف بخش عمده این کامپوزیت‌ها را تشکیل می‌دهد. نقش الیاف در این مواد، افزایش مقاومت مکانیکی است. مشهورترین انواع کامپوزیت FRP دو گروه فیبر کربنی یا CFRP و گروه الیاف شیشه‌ای یا GFRP هستند.
گروه کامپوزیت‌های CFRP مقاومت حرارتی بالایی دارند. به‌گونه‌ای که این عایق‌ها را در گروه الیاف ضد انفجار و آتش‌سوزی نیز قرار داده‌اند. الیاف این کامپوزیت دارای اتم‌های کربن زنجیره‌ای متصل هستند که در داخل ماتریسی از جنس رزین‌های پلیمری FRP قرار می‌گیرند. این گروه از کامپوزیت‌ها در برابر خوردگی نیز مقاومت بالایی دارند.
گروه کامپوزیت‌های GFRP دارای الیاف شیشه‌ای با ضخامتی در حدود 10 میکرون هستند. کامپوزیت‌های این گروه استحکام کششی و شیمیایی بالایی دارند. به‌همین‌دلیل از این گروه در سازه‌های محیطهای صنعتی، صنایع دریایی و حتی هوافضا استفاده می‌شود.
عوامل موثر بر تاثیر عایق FRP بر عملکرد بتن تقویت شده در برابر آتش
با وجود ویژگی‌های برتر عایق‌های FRP، این عایق‌ها دارای آستانه تحمل خاصی در برابر حرارت هستند و همچنین دماهای بالا باعث ایجاد تغییراتی در آن‌ها می‌شود. بنابراین مهندسان ساختمان باید با تاثیر عایق FRP بر عملکرد بتن تقویت شده در برابر آتش آشنا باشند. از سوی دیگر باید بدانید که نوع رزین FRP، نوع الیاف و محل قرارگیری الیاف از جمله عواملی هستند که در عملکرد عایق FRP در بتن تقویت شده در برابر آتش موثر می‌باشند.
تاثیر عایق FRP بر عملکرد بتن تقویت شده در برابر آتش در دماهای مختلف
نگرانی اساسی در مورد عایق‌های FRP دمای تجزیه و نیز دمای انتقال شیشه‌ای است. دمای انتقال شیشه‌ای دمایی است که از این دما به بالاتر، پلیمرها از حالت سخت و شیشه‌ای به حالتی نرم‌تر درمی‌آیند و ویژگی‌های آن‌ها تغییر می‌کند. این دما به‌طور متوسط در مورد عایق‌های FRP در حدود 120 درجه است. دمای تجزیه آن‌ها نیز معمولا بین 300 تا 500 درجه سانتی‌گراد است. در مورد آستانه تجزیه نیز، وقتی به این دما می‌رسیم، پیوندهای شیمیایی رزین FRP از هم می‌گسلند. مشکل دیگر نیز در مورد این دما، انتشار گازهای سمی و در محیط و نیز کاهش استحکام عایق است.
بررسی تاثیر عایق FRP بر عملکرد بتن تقویت شده در برابر آتش
مطالعات مختلفی در مورد عملکرد عایق‌های FRP بر عملکرد بتن تقویت شده در برابر آتش انجام شده است. برخی از این تحقیقات از روش‌های تحلیلی و ریاضی استفاده کرده‌اند. اما این تحلیل‌ها نشان‌دهنده عملکرد واقعی در زمان آتش‌سوزی نیستند. بنابراین برخی از تحقیقات مدل‌های واقعی را بررسی می‌کنیم.
تحقیق ویلیامز و همکاران در سال 2006 نشان داد که استفاده از 38 میلی متر از عایق FRP تا 4 ساعت از عناصر بتن در برابر شرایط محیط شبیه‌سازی شده آتش‌سوزی تا حد بالایی حفاظت می‌کند. در واقع اگرچه عایق FRP نمی‌تواند از رسیدن رزین اپوکسی خود به دمای انتقال شیشه‌ای جلوگیری کند، اما می‌تواند به‌طور موثری از بتن و آرماتورهای آن در برابر افزایش دما محافظت کند.
تحقیق دیگری که در این زمینه انجام شد، تحقیق جی و همکاران در سال 2013 بود. در این تحقیق از نوع عایق‌های FRP با فیبرهای کربنی در ضخامت‌های مختلف استفاده شد. نتیجه عمومی تحقیق این بود که این عایق‌ها می‌توانند از بتن تقویت شده تا دمایی در حدود 715 درجه سانتی گراد محافظت کنند. همچنین وقتی ضخامت عایق به حدود 90 میلی‌متر برسد، اپوکسی داخل عایق نیز دیرتر دچار از هم گسیختگی پیوندهای شیمیایی خود می‌شود.
یک تحقیق دیگر نیز در سال 2020 بر روی ستون‌های فلزی انجام شد. نتیجه این تحقیق نشان داد که عایق‌های FRP فیبر کربنی می‌توانند در طول 30 دقیقه آتش‌سوزی دمای این ستون‌ها را در محدوده زیر 100 درجه سانتی‌گراد نگه دارند. همچنین ظرفیت بابری ستون در مدت 60 دقیقه در همان حد استاندارد این نوع از ستون‌ها باقی می‌ماند.
نکته پایانی این که با وجود تاکید بیشتر در استفاده از عایق‌های FRP فیبر کربن، هر دو مدل الیاف کربنی و الیاف شیشه‌ای در آزمایشات واقعی تا شرایط 30 دقیقه از آتش‌سوزی عملکرد مشابهی برای محافظت از بتن تقویت شده داشتند.
خرید انواع بتن آماده برای پروژه‌های ساخت‌وساز از ستوده بتن
اگر نیاز به تامین بهترین انواع بتن با ویژگی‌های مختلف برای پروژه‌های عمرانی و ساختمانی در شرق تهران دارید، ستوده بتن آماده ارائه خدمات متنوع به شما است. ما در این مجموعه از ناوگانی مجهز برای ارسال بتن به محل پروژه شما در کمترین زمان ممکن استفاده می‌کنیم. شما همچنین می‌توانید برای برنامه‌ریزی و دریافت خدمات مشاوره رایگان برای خرید بتن با همکاران ما در ستوده بتن تماس بگیرید. امکان ثبت سفارش بتن آماده از طریق سایت نیز برای شما فراهم شده است.