راهنمای کامل مقایسه انواع پوشش های ضد حریق

اهمیت پوشش‌ های ضد حریق در سازه‌ های فولادی

سازه های فولادی به دلیل افت شدید مقاومت مکانیکی در برابر دماهای بالا، نیازمند سیستم های محافظت غیرفعال در برابر حریق هستند

پوشش های ضدحریق به عنوان یکی از متداول ترین و موثرترین روش های محافظت غیرفعال، نقش کلیدی در افزایش زمان پایداری سازه در شرایط اتش سوزی ایفا می کنند. با این حال، تنوع گسترده پوشش های ضد حریق از نظر ترکیب، مکانیسم عملکرد، شرایط کاربرد و استانداردهای آزمون، انتخاب صحیح آنها را به چالشی مهندسی تبدیل کرده است .

کاهش مقاومت مکانیکی فولاد در حریق

فولاد یکی از پرکاربردترین مصالح سازه ای در پروژه های ساختمانی و صنعتی، در شرایط بهره برداری عادی دارای مقاومت مکانیکی بالا و رفتار قابل پیش بینی است. با این حال، رفتار فولاد در برابر حرارت به طور اساسی متفاوت است. افزایش دما در آتش سوزیموجب کاهش مدول الاستیسیته و تنش تسلیم فولاد شده و در دماهای حدود 500-600  درجه سانتی گراد، ظرفیت باربری اعضای فولادی به کمتر از 50درصد مقدار اولیه کاهش می یابد.این پدیده میتواند منجر به کمانش، تغییر شکل های بزرگ و در نهایت فروپاشی سازه می شود.

در این میان، سیستم های محافظت غیرفعال در برابر حریق passive fire protection با هدف کنترل نرخ افزایش دمای فولاد و افزایش زمان مقاومت حریق سازه به کار گرفته می شود .

پوشش های ضد حریق یکی از مهم ترین اجزای این سیستم ها هستند که با ایجاد یک لایه عایق حرارتی، انتقال گرما از محیط آتش گرفته به عصو فولادی را به تاخیر می اندازند.

با وجود اهمیت بالای پوشش های ضدحریق، در بسیاری از پروژه ها انتخاب این پوشش ها بدون تحلیل کافی و صرفا بر اساس صخامت اسمی، زمان مقاومت اعلام شده یا ملاحظات اقتصادی انجام می شود. این رویکرد میتواند منجر به انتخاب نادرست پوشش، کاهش سطح ایمنی و افزایش ریسک شکست سازه در شرایط حریق می شود .

اهمیت نوع حریق در طراحی محافظت حریق:

یکی از مهم ترین عوامل موثر در انتخاب و طراحی پوشش ضد حریق، نوع حریق محتمل در پروژه است. رفتار حرارتی پوشش های ضدحریق به شدت به نرخ افزایش دما، شدت شار حرارتی و مدت زمان قرارگیری در معرض آتش وابسته است.

انواع حریق

حریق سلولوزی:

حریق سلولزی ناشی از سوختن مواد آلی جامد مانند چوب، کاغذ، منسوجات، پارچه و مببلمان است. این نوع حریق در ساختمان های مسکونی، اداری، تجاری، بیمارستان ها و مراکز آموزشی رایج است.

ویژگی اصلی حریق سلولوزی عبارتند از:

• رسیدن دما به حدود 800 تا 1000 درجه سانتی گراد پس از 60 تا 120 دقیقه
• شدت شار حرارتی نسیتا پایین تر نسبت به حریق های صنعتی

منحنی های استانداردی مانند استانداردهایی مانند ISO 834 و EN 1363 برای شبیه سازی این نوع حریق استفاده میشوند. بسیاری از پوشش های ضدحریق ساختمانی، به ویژه پوشش های اینتومسنت لایه نازک و ملات های معدنی، بر اساس این سناریوی حریق طراحی و آزمون میشوند.

حریق هیدروکربنی HYDROCARBON FIRE

حریق هیدروکربنی در اثر اشتعال مواد نفتی، گازی و شیمیایی رخ می دهد و عمدتا ئدر صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، پالایشگاه ها سکوهای دریایی و تاسیسات فرآیندی مشاهده می شوند.

ویژگی های کلیدی این نوع حریق عبارتند از:

• افزایش سریع دما (رسیدن به بیشی از 1000 درجه اسنتی گراد در کمتر از 5 دقیقه)
• شدت شار حرارتی بسیار بالا
• اعمال شوک حرارتی شدید به پوشش و فولاد

به دلیل این شرایط سخت، بسیاری از پوشش هایی که در حریق سلولوزی عملکرد مناسبی دارند، در برابر حریق هیدروکربنی به سرعت تخریب می شوند. استاندارد UL 1709 به عنوان مرجع اصلی آزمون پوشش های ضدحریق در شرایط حریق هیدروکربنی شناخته می شوند.

پیامد انتخاب نادرست پوشش ضد حریق:

یکی از خطاهای رایج در پروژه ها، استفاده از پوشش های تایید شده برای حریق سلولزی در محیط هایی با ریسک حریق هیدروکربنی است. اسن اشتباه می تواند باعث پوسته شدن یا ریزش پوشش در دقایق اولیه حریق، افزایش سریع دمای فولادی، از دست رفتن کامل زمان مقاومت طراحی شده شود. بنابراین تطابق نوع پوشش با سناریوی حریق، یک الزام مهندسی غیرقابل چشم پوشی است.

استانداردهای ارزیابی عملکرد پوشش های ضد حریق:

نقش استاندارد در طراحی مهندسی محافظت حریق: استانداردهای آزمون پوشش های ضدحریق، چارچوبی علمی برای ارزیابی عملکرد واقعی این پوشش ها در شرایط شبیه سازی شده حریق فراهم می کنند. بدون استناد به استاندارد معتبر، داده های عملکردی پوشش فاقد اعتبار مهندسی خواهند بود.

استاندارد UL 1709: این استاندارد برای ارزیابی عملکرد پوشش های ضد حریق تدوین شده است و یکی از سختگیرانه ترین استانداردهای آزمون پوشش ضدحریق در جهان است. این استاندارد شرایط حریق هیدروکربنی با رشد سریع دما و شوک حرارتی شدید را شبیه سازی می کند.

ویژگی های مهم این استاندارد عبارتند از : تمرکز بر دوام پوشش در شوک حرارتی، ارزیابی چسبندگی پوشش به فولاد، بررسی پایداری مکانیکی پوشش در دماهای بالا

پوشش هایی که موفق به اخذ تاییدیه UL 1709 می شوند، عمدتا از نوع اینتومسنت اپوکسی یا پوشش های صنعتی خاص هستند.

استاندارد EN13381-4 : این استاندارد به بررسی عملکرد سیستم های  محافظت غیرفعال اعمال شده بر اعضای فولادی می پردازد  و داده های لازم برای محاسبه پوشش بر اساس جرم سطحی فولاد را فراهم میکند.

این استاندارد بیشتر در پروژه های ساختمانی و زیرساختی کاربرد دارد و برای پوشش های غیر واکنشی مانند ملات های ضدحریق و برخی پوشش های معدنی استفاده می شود.

دسته بندی انواع پوشش های ضدحریق:

• پوشش های اینتومسنت INTUMESENT FIREPROOFING COATING:

مکانیزم عملکرد پوشش های اینتومسنت:

این پوشش ها از جمله سیستم های محافظت عیرفعال واکنشی هستند که در دمای بالا وارد فرآیند شیمیایی کنترل شده می شوند. در هنگام مواجهه با حرارت، این پوشش ها متورم شده و به یک لایه فومی متخلخل با رسنایی حرارتی بسیار پایین تبدیل می شوند. این لایه  فومی به عنوان یک مانع حرارتی  عمل کرده و انتقال گرما به فولاد را به طور قابل توجهی کاهش می دهد .

فرآیند اینتومسنس معمولا شامل سه مرحله می باشد:

• فعال سازی حرارتی (حدود 200 الی 250 درجه سانتی گراد)
• تجزیه عامل کربن ساز و آزادسازی گازها
• تشکیل لایه فومی پایدار و عایق

کیفیت این لایه فومی (چگالی، یکنواختی و پایداری مکانیکی) نقش تعیین کننده ای در عملکرد نهایی پوشش دارد.

• پوشش های اینتومسنت لایه نازک  :THIN-FILM INTUMESENT 

پوشش های اینتومنست لایه نازک عمدتا بر پایه رزین های اکریلیک و با وینیل ساخته میشوند و ضخامت آنها در شرایط عادی بین 300 تا 1500 میکرون است. این پوشش ها بیشتر در ساختمان های مسکونی، اداری و تجاری مورد استفاده قرار میگیرند.

وزن بسیار کم و عدم افزایش بار مرده، ظاهری یکنواخت و امکان اجرای رنگ نهایی تزئینی، مناسب برای سازه های نمایان معماری، اجرای نسبتا آسان در محیط های بسته از مزایای این ماده می باشد.

از محدودیت های این ماده عبارت است از: حساسیت بالا به رطوبت و و شرایط محیطی، مقاومت محدود در برابر ضربه و سایش، عملکرد ضعیف در شرایط حریق با رشد سریع دما، نیاز به سیستم رنگ محافظ در فصای باز

این پوشش عمدتا بر اساس منحنی حریق سلولوزی آزمون شده اند و استفاده از آنها در محیط های صنعتی با ریسک حریق هیدروکربنی توصیه نمی شوند.

• پوشش های اینتومنست اپوکسی EPOXY INTUMESENT :

این پوشش نسل پیشرفته تری از سیستم های واکنشی هستند که برای شرایط حریق شدید طراحی شد اند. این پوشش ها معمولا ضخامت بالاتری (3 تا 10 میلی متر) نسبت به نوع لایه نازک دارندو از مقاومت مکانیکی و شیمیایی بالاتری برخوردار هستند.

این ماده عملکرد عالی در برابر حریق هیدروکربنی داشته با قابلیت اخذ تاییدیه UL1709 و مقاومت بالا در برابر رطوبت، مواد شیمیایی و محیط های خورنده و پایداری مکانیکی مناسب در شوک حرارتی.

هزینه اولیه بالا ماده، حساسیت بالا به آماده سازی سطح و شرایط اجرا و وزن بالا نسبت به پوشش های لایه نازک از محدودیت های این ماده می باشد.

این پوشش ها گزینه‌ی اصلی محافظت حریق در پالایشگاهها، پتروشیمی هاو سکوهای فراساحلی محسوب می شود.

• پوشش ها و ملات های ضد حریق پاششی  SPRAY-APPLIED FIREPROOFING:

پوشش های غیرواکنشی شامل ملات های معدنیف سیمانی و الیافی هستند که بدون تغییر فاز شیمیایی، با ایجاد یک لایه‌ی ضخیم و عایق، انتقال حرارت به فولاد را کاهش می دهند. این پوشش ها معمولا به صورت پاششی یا ماله ای اجرا می‌شوند

این محصول بسیار اقتصادی برای سطوح وسیع و اجرای سریع  می باشد. وزن این ماده در برابر محصولات مشابه بالاتر بوده و عمدتا تحت ارزیابی en13381-4 قرار می گیرند .

• پوشش های ضدحریق سیمانی و الیافی تقویت شده:

این پوشش ها ترکیبی از سیمان، الیاف معدنی یا سرامیکی و افزودنی های خاص هستند که برای افزایش مقاومت مکانیکی و دوام طراحی شده است. از ویژگی های این ماده مقاومت حرارتی مناسب، چسبندگی بهتر نسبت به ملات های سبک و حساس به شرایط اجرایی و کیورینگ می باشد .

معیارهای کلیدی برای مقایسه پوشش های صد حریق:

برای مقایسه صحیح پوشش های ضدحریق، باید معیارهای زیر به صورت همزمان بررسی شوند.

1. نوع حریق طراحی شده (سلولزی یا هیدروکربنی)

2. نرخ افزایش دما قابل تحمل

3. استاندارد آزمون معتبر

4. رفتار پوشش در شوک حرارتی

5. چسبندگی به فولاد در دماهای بالا

6. ضخامت و وزن پوشش

7. دوام محیطی

8. مقاومت در برابر ضربه و سایش

9. قابلیت تعمیر و نگهداری

10. شرایط

11. اجرا و کنترل کیفیت 

12. هزینه جرخه عمر

جدول مقایسه پوشش های ضدحریق :

اشتباهات مهندسی رایج در انتخاب پوشش صد حریق:

• انتخاب پوشش براساس قیمت اولیه

• عدم تطابق نوع پوشش با سناریوی ضدحریق

• بی توجهی به شرایط محیطی پروژه

• استفاده از دیتاشیت بدون گزارش معتبر

• اجرای نادرست و عدم کنترل ضخامت واقعی

منابع:

• UI1709
• EN13381-4
• ISO 834
• SFPE HANDBOOK OF FIRE PROTECTION ENGINEERING

سو.الات متداول مقایسه انواع پوشش ضد حریق

1. چرا شناخت نوع حریق (سلولزی یا هیدروکربنی) در انتخاب پوشش ضد حریق اهمیت دارد؟
   زیرا رفتار حرارتی و شدت آتش در حریق سلولوزی و هیدروکربنی کاملا متفاوت است. در حریق سلولزی، افزایش دما تدریجیبوده و پوشش های ضدحریق زمان کافی برای فعال شدن و ایجاد لایه عایق دارند. اما در حریق هیدروکربنی، دما در مدت زمان بسیار کوتاهی به بیش از 1000 درجه سانتی گراد می رسد و شوک حرارتی شدیدی به سازه وارد می شود. بسیاری از پوشش هایی که برای حریق سلولوزی طراحی شده اند، در برابر این شوک حرارتی پایدار نیستند و به سرعت تخریب می شوند

   ---

2. تفاوت اصلی پوشش های اینتومسنت لایه نازک و اینتومسنت اپوکسی در چیست؟
   تفاوت اصلی این دو نوع پوشش در حوزه کاربرد، مقاومت مکانیکی و عملکرد آن ها در برابر شدت حریق است. پوشش های اینتومسنت لایه نازک عمدتا برای ساختمان های مسکونی و اداری و در شرایط حریق سلولوزی استفاده می شوند و مزیت اصلی آنها وزن کم و ظاهر مناسب است. در مقابل پوشش های اینومسنت اپوکسی برای محیط های صنعتی با ریسک حریق هیدروکربنی طراحی شده اند. ضخامت بیشتری دارند، در برابر رطوبت، موادشیمیایی و شوک حرارتی بسیار مقاوم تر هستند.

   ---

3. چرا استناد به استانداردهای آزمون مانند UI1709 و EN13381-4 در انتخاب پوشش ضروری است؟
   استانداردهای آزمون تنها مرجع معتبر بریا ارزیابی عملکرد واقعی پوشش های ضدحریق است . استاندارد UL 1709 عملکرد پوشش ها را در شرایط حریق  هیدروکربنی با رشد سریع دما و شوک حرارتی بررسی می کند در حالی که EN13381-4 داده های مهندسی لازم برای ضخامت پوشش های محافظت غیرفعالذدر حریق های متعارف را فراهم می سازند.