تاثير الحرائق على المنشآت الخرسانية

تاثير الحرائق على المنشآت الخرسانية

لاشك في أن الخرسانة المسلحة تتميز بمقاومتها الجيدة للحريق بالمقارنة بالصلب والخشب وكان هذا أحد أسباب انتشار استخدامها  كمادة إنشائية منذ اواخر القرن الماضي.
وتصنف الجمعية الأمريكية للوقاية من الحريق NFPA (أهم جمعية علمية في مجال الحماية من الحريق على مستوى العالم) المنشآت من حيث مقاومتها للحريق إلى خمس فئات مرتبة تنازلياً من حيث الأفضلية، وتضع الهياكل الخرسانة المسلحة المترابطة في الفئة الأولى (Class A)، وتصفها بأنها مقاومة للحريق Fire Resistive وهذه الصفة لا تعني إنها لا تتأثر بالحريق ولكن تعني أنها تستطيع مقاومة هذا التأثير لمدة معينة، وذلك على اساس فرض بديهي وهو أن تكون مصممة ومنفذة بطريقة سليمة.

ولكن ذلك لا يعني أنها لا تتصدع إذا تعرضت لحريق يدوم عدة ساعات ولذا  كان من الضروري معرفة تأثير درجات الحرارة المرتفعة علي الخرسانة وصلب التسليح بهدف:-
1- معرفة مدي التصدع وانخفاض المقاومة إذا تعرض المنشأ الخرساني للحريق فعلا.
2- تصميم  الأعضاء الخرسانة لمقاوم الحريق لمدة معينة يحددها الكود.

حيث تتأثر مقاومة الخرسانة للضغط بالارتفاع الشديد لدرجة الحرارة حيث تفقد جزء من مقاومتها عندما تتعدي درجة الحرارة 200-250 درجة مئوية ولكن التصدع يبدأ من درجة حرارة  300درجة مئوية عندما يبلغ الفاقد في المقاومة حوالي 30% من مقاومة الضغط للخرسانة وتستمر زيادة الفاقد فى المقاومة مع ارتفاع درجة الحرارة حيث يصل إلى 70% في حالة زيادة درجة الحرارة عن 500درجة مئوية وتستمر كذلك عند تبريدها أثناء اطفاء الحريق وإذا لم تزد الحرارة  المعرضة لها الخرسانة عن300 م فإنها غالبا ما تستعيد معظم مقاومتها مع الوقت.

أثناء الحريق تبدأ الخرسانة في التشقق حيث يحدث تمدد في الخرسانة و التي تعتمد على نوع وكمية الرمل المستخدم في الخلطة الخرسانية وكذلك يعتمد على نوع الحصى ونسبة الاسمنت والماء في الخلطة الخرسانية. ويوجد عامل اخر قد يساعد على ظهور حالة التمدد في الخرسانة معتمدة على عامل عمر الخرسانة بعد انتهاء الحريق فيحدث تساقط الخرسانة السطحية في نصف الساعة الاولى من الحريق و تحدث انشطارات للطبقات السطحية الرفيعة من الخرسانة خصوصا عندما تتعرض الى درجات حرارة مرتفعة فيحدث للاسطح انشطار طبقة واحدة وراء الاخرى فيطلق على هذا النوع لتساقط للخرسانة السطحية بالتساقط الانشطاري عند احتواء الخرسانة على نسبة من الرطوبة.
ويوجد نوع اخر ويطلق عليه بالتقشير ففي هذه العملية يحدث انفصال تدريجي للطبقات السطحية خاصة في الاعمدة والجسور في هيكل المبنى والذي يحدث فيها شروخا متوازية قد تساعد في حدوث انفصال تدريجي للطبقات السطحية في الخرسانة.

ونتيجة لانخفاض معامل انتشار الحرارة داخل الخرسانة فإن درجة الحرارة داخل القطاع الخرسانة تقل بدرجة كبيرة عن درجة حرارة السطح وبذلك ينحصر التصدع فى الطبقات السطحية للخرسانة إلاإذا دام الحريق عدة ساعات زالذي ينتج عنه نقص معاير المرونة للخرسانة.

كذلك فإن لون الخرسانة يتفير طبقا لدرجة حرارة الحريق كما يلي:
1- اللون الوردي لدرجات الحرارة الأقل من 300 درجة مئوية.
2-لون رمادي فاتح لدرجات الحرارة من 600 إلى 900 درجة مئوية.
3-لون كريمي غامق لدرجات الحرارة الأكعلى من 900 درجة مئوية.

أما بالنسبة معامل مرونة الخرسانة فإنه ينخفض إلى 60% من قيمته الأصلية في درجات الحرارة حتى 300م ويصل الإنخفاض إلي 20%  من قيمته الأصلية لدرجات الحرارة الأعلى من ذلك.
كما ينخفض معاير القص للخرسانة فينخفض إلى 60% من قيمته الأصلية في درجات الحرارة حتى 300م وتقل نسبة بواسون بإرتفاع درجات الحرارة وهي النسبة بين الانفعال العرضي إلى الانفعال الطولي عندما يؤثر على العينة إجهاد ضمن حدود المرونة.

و نتيجة لمقاومة الخرسانة العالية للحرارة و إختلاف معملات التمدد بين الخرسانة و الحديد تبدأ التشققات في الظهور على سطح الخرسانة.وتعتمد حدة تأثير الحرارة علي العوامل التالية:-
1- درجة الحرارة القصوى
2- معدل ارتفاع درجة الحرارة
3- طول مدة الحريق (مدة تعرض الخرسانة للحريق)
4- هل الخرسانة محملة (معرضة للإجهادات)أم لا؟
5- نوعية الركام
6- رتبة الخرسانة
7- نسبة الماء للأسمنت في الخلطة

وعند ازديات درجة حرارة الحريق لأكثر من 500 درجة مئوية تقل قيمة إجهاد الخضوع للحديد لتصل إلى مابين 50 و 70% من قيمتها في درجات الحرارة الأقل من 550 درجة مئوية وتصل إلى ما بين 20 و 30% من قيمتها لدرجات الحرارة الأعلى من 700 درجة مئوية
ويقل معامل المرونة لصلب التسليح حتى 80% من قيمته في درجات الحرارة 480 مئوية ثم يبدأ في الإنهيار بسرعة كبيرة لدرجات الحرارة الأعلى من ذلك إذا استمر الحريق لفترة طويلة مما يتسبب في حدوث انبعاجات و ترخيم في العناصر الخرسانية و الحديد.

وتتميز الخرسانة بقدرتها على إستعادة مقدار كبير من قوتها في حالة عدم تجاوز درجة حرارة الخرسانة 700 درجة مئوية و أثناء تبريد الخرسانة حيث يكتسب الحديد مقاومته المفقودة و تبدأ التشققات في الإنغلاق و لكن يبقى الترخيم الناتج أثناء الحريق و الإنبعاجات الحادثة في الحديد

أثبتت الإختبارات القياسية أن قطاعات الأعمدة الخرسانية المسلحة تحقق مدداً زمنية للتحمل تزيد حتى على ما تطلبته الأكواد العالمية نظراً لأن ظروف الحرائق الفعلية أخف كثيراً من ظروف الاختبار القياسي فإن مدة التحمل في الحرائق الفعلية تزيد كثيراً عن مدة التحمل في الاختبار القياسي، وتختلف المدة الفعلية من حريق لآخر تبعاً لشدته.