مکانیسم آسیب ناشی از آتش سوزی در سازه های بتن آرمه و روش ارزیابی آن

آتش باعث ترک خوردگی و خورد شدگی سطح، تجزیه شیمیایی، ایجاد ترک های ریز و پوسته شدن بتن می شود. این اثرات می توانند به طور قابل توجهی خواص بتن سازه ای را تغییر دهند، مقاومت و دوام آن را کاهش دهند و رفتار سازه را عوض کنند. ارزیابی خسارات ناشی از آتش سوزی برای تعیین وضعیت سازه بسیار مهم است. ارزیابی آسیب‌ها به عنوان پایه‌ای برای تصمیم‌گیری در مورد نیاز به تخریب سازه استفاده می‌شود. احتمال تخریب سازه کم است زیرا بتن مقاومت خوبی در برابر آتش دارد، یا می توان آن را با به کار گیری تکنیک های خاص تعمیر کرد.

مکانیسم های آسیب ناشی از آتش سوزی

1. ترک سطحی

معمولاً در سنین اولیه بتن به دلیل جمع شدن لایه سطحی شبکه ای از ترک های سطحی ریزدر آن ایجاد می شود. آنها به دلیل رطوبت کم، آتش سوزی، ناسازگاری حرارتی، آفتاب داغ یا خشک شدگی ایجاد می شوند. عمق این ترک ها 3 میلی متر و قطر شبکه های آنها کمتر از 50 میلی متر است.

2. تجزیه شیمیایی

افزایش دما در هنگام آتش سوزی منجر به تبخیر آب و کم آبی خمیر سیمان می شود که هم هیدروکسید کلسیم و هم آلومینات کلسیم موجود در بتن را تجزیه می کند. فرآیند تجزیه پس از تبخیر آب مویینگی و آزاد صورت می گیرد. تغییر شیمیایی و فیزیکی و کم آبی خمیر سیمان در اثر آتش سوزی منجر به تغییر رنگ بتن بر اساس درجه حرارت آتش می شود. این تغییر رنگ را می توان نشانه ای از دمای مجاز دانست و با توجه به آن آسیب ناشی از آتش سوزی را تخمین زد، جدول 1 می تواند به عنوان راهنما استفاده شود.

جدول 1 استفاده از رنگ بتن برای تعیین درجه حرارت و ارزیابی وضعیت بتن

3. ترک های ریز و پوسته شدن

پوسته پوسته شدن با ایجاد ترک های کوچک و سپس جدا شدن لایه های سطحی بتن به دلیل تغییر سریع دما، مانند اتفاقی که در آتش سوزی می افتد، شروع می شود و منجر به نمایان شدن آرماتورهای فولادی و تغییر شکل سریع آن در اثر گرما می شود. هنگامی که دمای آتش حدود 600 درجه سانتیگراد باشد، نیمی از مقاومت تسلیم فولاد از بین می رود. اگر میلگردهای تقویت کننده از محدوده دمایی 450 تا 600 درجه سانتیگراد خنک شوند، بر اساس نوع تولید میلگرد فولادی، می توان مقاومت تسلیم آن را کاملاً بازیابی کرد. پوسته پوسته شدن ناشی از دمای بالا می تواند سبب تخریب کامل با سرعت آهسته یا انفجار ناگهانی قطعات کوچکتر یا بزرگتر بتن با ضخامت کمتر از چند سانتی متر در مراحل اولیه گرمایش شود.

روشهای ارزیابی

1. تحقیقات مقدماتی

1.1 تمیز کردن

تمیز کردن رسوبات دود به میزان قابل توجهی اهمیت دارد زیرا چنین رسوباتی پوسته پوسته شدن و ترک های ناشی از آتش سوزی را می پوشانند. علاوه بر این، تمیز کردن ساختمان مشاهدات واضح‌تر و شناسایی دقیق‌تر اعضای آسیب دیده و مخدوش را تسهیل می‌کند. برای نظافت می‌توان از روش‌های مختلفی مانند واتر بلاست، دمش یخ خشک و شستشوی شیمیایی استفاده کرد. دمش یخ خشک و شستشوی شیمیایی مطلوب ترند زیرا آسیب های ثانویه به ساختار بتن با این تکنیک های تمیز کردن بسیار بعید است.

1.2 بازرسی بصری

بازرس بصری باید ترک ها، پوسته شدن، تغییر شکل ها، ناهماهنگی ها، اعوجاج ها و بیرون زدگی آرماتورهای فولادی را ثبت کند. همچنین، هندسه و انحراف برخی از اعضای مشکوک سازه باید اندازه گیری و مستند شود.

1.3 شدت آتش

شدت حریق را می توان با مشاهده ساختمان و شرایط مصالح پس از آتش سوزی تخمین زد. بازرسی محتوای ساختمان و دانستن نقطه ذوب برخی از مواد می تواند به عنوان راهنمایی برای تعیین حداکثر دمای آتش استفاده شود.

1.4 آزمون های میدانی

اگر مراحل قبلی تحقیقات اولیه اطلاعات کافی برای تعیین شدت آتش سوزی و تصمیم گیری در مورد فعالیت های آتی به دست ندهند، آزمایشات میدانی ساده مانند ضربه چکش و اسکنه در ترکیب با بازرسی بصری برای ارزیابی آسیب های ناشی از آتش سوزی در سازه بتنی در نظر گرفته می شوند. کوبیدن چکش به مصالح بتن و توجه به صدای حاصله یکی از روش های رایج است. بتن خوب و سخت معمولاً یکپارچه است در حالی که بتن ضعیف پوک و توخالی است و صدای خاصی ایجاد می کند. از اسکنه برای بازرسی نواحی نرم شده روی سطح بتن استفاده می شود

2. بررسی دقیق

بررسی دقیق خسارات بتن ناشی از آتش سوزی بر اساس یافته ها و توصیه های ارزیابی اولیه انجام می شود. در بررسی های دقیق، هم آزمایش های غیر مخرب و هم آزمایش های مخرب دخالت دارند.

2.1 آزمایش های غیر مخرب

آزمایش‌های غیرمخرب مانند سرعت پالس، اکو ضربه، رادار، پروب ویندسور و چکش ریباند را می‌توان برای تعیین ویژگی‌های خاص بتن مانند مقاومت فشاری استفاده کرد.

2.2 روش های آزمایش مخرب

روش‌های آزمایش مخرب در مقایسه با آزمایش‌های غیرمخرب به زمان و تلاش بیشتری نیاز دارند و در فرآیند نمونه‌گیری احتیاط لازم است. انواع مختلفی از تست های مخرب برای اهداف مختلف در دسترس هستند. آنها را می توان در آزمایشگاه یا در محل انجام داد و اطلاعات دقیقی در مورد خواص مواد، عمق آتش سوزی و محل ترک ها فراهم کرد. به عنوان مثال، مغزه‌گیری که در آزمایشگاه آزمایش می‌شود، عمدتاً برای تعیین نسبت پواسون، مدول الاستیسیته و مقاومت فشاری بتن استفاده می‌شود. نمونه‌های هسته‌ باید با دقت از مکان‌هایی گرفته شوند که تأثیر آن‌ها بر مقاومت حداقل است، اما همزمان داده‌ های لازم را نیز ارائه می‌کنند.

نمونه های هسته از مناطقی که در معرض آتش نبوده اند و مناطقی که در معرض آتش بوده اند گرفته می شوند. نتایج هر دو آزمایش برای به دست آوردن اطلاعات قابل اعتماد در مورد تغییرات ناشی از دمادر بتن مقایسه می شوند. علاوه بر این، نمونه‌های هسته را می‌توان برای دستیابی به اطلاعاتی در مورد ترک‌خوردگی در داخل یک عضو، اتصال به فولاد تقویت‌کننده و دمای داخلی که با تغییر رنگ آشکار می‌شود، استفاده کرد. 

جدول 2 روش های آزمایشی را ارائه می دهد که برای تعیین وضعیت بتن آسیب دیده از آتش استفاده می شوند.

جدول 2- روش های آزمایش مورد استفاده برای به دست آوردن جزئیات وضعیت بتن آسیب دیده در آتش

جدول 3- شرایط مصالح، قابل استفاده برای تخمین دمای سازه در هنگام آتش سوزی