بررسی عملکرد پوشش‌های ضدحریق پایه سیمانی بر اساس استانداردهای بین‌المللی UL 1709 و EN 13381

مقدمه

با گسترش روزافزون توسعه شهری، و افزایش ساخت و ساز های فولادی ایمنی و حفاظت از این سازه‌ها در برابر خطرات ناشی از آتش‌سوزی، به یک دغدغه جدی برای مهندسان و طراحان بدل شده است. در صورت بروز آتش، دمای فولاد با عبور از دمای بحرانی به سرعت به بیش از 500 تا 600 درجه سانتی گراد برسد و مقاومت خود را به شدت از دست دهد. این موضوع می‌تواند منجر به فروپاشی زودهنگام سازه گردد. برای مقابله با این خطر، استفاده از سیستم‌های غیرمستقیم محافظت در برابر حریق مانند پوشش‌های ضدحریق پایه سیمانی امری ضروری است.

پوشش‌های پایه سیمانی به‌دلیل هزینه مناسب، اجرای سریع، مقاومت بالا در برابر حرارت و قابلیت استفاده در پروژه‌های وسیع، به‌عنوان یکی از بهترین روش‌های افزایش مقاومت حریق سازه‌های فولادی شناخته می‌شوند. همچنین، در ایران مبحث سوم مقررات ملی ساختمان با عنوان "حفاظت ساختمان‌ها در برابر حریق" به‌عنوان مرجع اصلی، ضوابط لازم برای طراحی مقاوم در برابر آتش را مشخص کرده است. این مقاله به بررسی ویژگی‌ها، الزامات اجرایی، و استانداردهای بین‌المللی مرتبط با این نوع پوشش‌ها می‌پردازد.

استاندارد UL 1709

استاندارد UL 1709 یکی از معتبرترین روش‌های آزمون پوشش‌های ضدحریق در برابر آتش‌های با نرخ رشد سریع (Rapid Rise Fire)  به شمار می‌رود. این آزمون بیشتر برای شرایط صنعتی مانند پالایشگاه‌ها، سکوهای نفتی و مخازن ذخیره طراحی شده و شبیه‌ساز آتش ناشی از سوخت‌های هیدروکربنی است.. در این تست، دمای  محیط آزمون در مدت 5 دقیقه به حدود 1093 درجه سانتی‌گراد می‌رسد، که بسیار فراتر از منحنی آتش استاندارد ساختمانی است. پوشش‌های مورد آزمایش باید بتوانند در برابر این حرارت بالا، دمای سطح فولاد زیرین را در محدوده‌ای نگه دارند که از فروپاشی جلوگیری شود. در کنار مقاومت حرارتی، آزمون‌های جانبی نظیر :

• مقاومت در برابر رطوبت و خوردگی نمکی
• چرخه‌های یخ‌زدگی و ذوب
• مقاومت در برابر ضربه‌های مکانیکی

پوشش‌های پایه سیمانی برای کسب تأییدیه بر اساس UL 1709  باید دارای ساختاری پایدار، چسبندگی قوی و عملکرد قابل‌قبول تحت تنش‌های حرارتی و مکانیکی باشند. این استاندارد، به‌ویژه در طراحی پالایشگاه‌ها، سکوهای نفتی، مخازن ذخیره و دیگر تاسیسات صنعتی حساس، مرجع کلیدی طراحی پوشش‌های حفاظتی محسوب می‌شود.

استاندارد EN 13381

استاندارد اروپایی EN 13381 به‌عنوان مجموعه‌ای از روش های ارزیابی عملکرد حفاظتی سیستم‌های ضدحریق غیرمستقیم در برابر آتش، اهمیت ویژه‌ای دارد. بر خلاف UL 1709 که بر شرایط آتش‌های هیدروکربنی تمرکز دارد، EN 13381  برای آتش‌های ساختمانی و تجاری (طبق منحنی 4ISO83) طراحی شده و طیف وسیعی از اجزای سازه‌ای را پوشش می‌دهد.

ویژگی‌های کلیدی این استاندارد عبارتند از:

• آزمون اعضای مختلف سازه‌ای (تیر، ستون، مقاطع پرشده با بتن)
• اندازه‌گیری دمای فولاد پوشش‌دار و بدون پوشش
• تحلیل ضخامت مؤثر پوشش برای دستیابی به زمان مشخص مقاومت حریق

پوشش‌های ضد حریق پایه سیمانی باید بتوانند با کمترین ضخامت ممکن، بیشترین زمان مقاومت آتش را ایجاد کنند. EN 13381 همچنین معیارهایی نظیر چسبندگی به سطح، رفتار فیزیکی در طول آزمون، ترک‌خوردگی، و افت ضخامت را نیز لحاظ می‌کند. برای دریافت گواهی CE، نتایج حاصل از این آزمون‌ها نقش کلیدی دارند و به همین جهت در بازارهای اروپایی، رعایت این استاندارد الزامی است. برای مثال هر دو نوع پوشش ضدحریق شرکت آبادگران با داشتن گواهی CE  مورد تایید این ارزیابی هستند.

ویژگی‌های عملکردی پوشش‌ های ضد حریق پایه سیمانی

پوشش‌های ضد حریق پایه سیمانی (Sprayed Fire-Resistive Materialsیا SFRM) ترکیبی از سیمان، پرکننده‌های معدنی و مواد افزودنی خاص هستند که بر روی سطح اعضای سازه‌ای پاشیده می‌شوند. این پوشش‌ها به دلیل ویژگی‌های فیزیکی و حرارتی خود، عایق بسیار مؤثری در برابر انتقال حرارت به لایه فولادی محسوب می‌شوند. از جمله ویژگی‌های کلیدی این پوشش‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

- چگالی قابل کنترل: با توجه به کاربری پروژه، چگالی پوشش بین 240 تا 800 کیلوگرم بر متر مکعب تنظیم می‌شود.

- ضخامت متغیر: بر اساس نیاز پروژه، از 10 تا 60 میلی‌متر قابل اجراست.

- مقاومت حرارتی: تا دمای 1200 درجه سانتی‌گراد قابلیت حفظ عملکرد دارد.

- چسبندگی مناسب به سطوح فلزی.

- مقاوم در برابر ضربه‌های مکانیکی جزئی.

- قابلیت استفاده در فضاهای داخلی و نیمه‌باز.

مقایسه با سایر سیستم‌های ضدحریق

پوشش‌های پایه سیمانی در مقابل سیستم‌های منبسط‌شونده (Intumescent) و سیستم‌های حفاظتی با پنل‌های عایق، دارای ویژگی‌های خاصی هستند. در حالی که پوشش‌های منبسط‌شونده ضخامت کمتری دارند، هزینه آن‌ها چند برابر پوشش‌های سیمانی است. از سوی دیگر، پنل‌های پیش‌ساخته نیاز به جزئیات اجرایی بسیار دقیقی دارند و بیشتر در پروژه‌های خاص کاربرد دارند. در پروژه‌هایی با ابعاد وسیع و نیاز به اجرا با سرعت بالا و هزینه اقتصادی، پوشش‌های پایه سیمانی همچنان انتخاب اول محسوب می‌شوند. نکته مهم، انتخاب درست نوع سیستم بر اساس موقعیت قرارگیری سازه، کاربری ساختمان، رطوبت محیط، الزامات زیبایی‌شناسی و میزان دسترسی به تجهیزات اجرایی است.

نکات اجرایی و کنترل کیفیت

اجرای پوشش‌های ضدحریق پایه سیمانی نیازمند رعایت دقیق مراحل آماده‌سازی، انتخاب تجهیزات مناسب، و پایش مستمر حین و پس از اجراست. هرگونه کوتاهی در این فرآیند، می‌تواند منجر به کاهش چسبندگی، ایجاد ترک، یا عملکرد ناقص در زمان آتش‌سوزی شود. فرآیند اجرای استاندارد این پوشش‌ها به شرح زیر است:

1. آماده‌سازی سطح:

- تمام سطوح فلزی باید از زنگ‌زدگی، روغن، گرد و غبار، و آلودگی پاک شوند.

- در صورت وجود پوشش‌های قدیمی یا روغنی، از سندبلاست یا روش‌های مکانیکی مشابه استفاده می‌شود.

- خشک بودن سطح پیش از اجرا

2. انتخاب ابزار و مخلوط‌سازی:

- دستگاه پاشش مناسب باید دارای قابلیت تنظیم فشار، نازل با اندازه مناسب و ظرفیت کافی باشد.

- مخلوط پوشش باید طبق دستورالعمل سازنده تهیه شود؛ نسبت آب به پودر و زمان هم‌زدن اهمیت زیادی دارد.

- استفاده از آب تصفیه‌شده و جلوگیری از استفاده از مخلوط‌های مانده قبلی، کیفیت نهایی را تضمین می‌کند.

3. پاشش پوشش:

-  در صورت ضخامت بالا پوشش باید در چند لایه نازک اعمال شود تا از شره کردن و ترک‌خوردگی جلوگیری شود.

- فاصله نازل از سطح و زاویه پاشش باید به‌درستی تنظیم شود (معمولاً بین ۳۰ تا ۵۰ سانتی‌متر).

- دمای محیط در زمان اجرا باید در بازه ۵ تا ۳۵ درجه سانتی‌گراد باشد.

4. عمل‌آوری (Curing):

- پس از پاشش، پوشش باید در برابر باران یا باد مستقیم محافظت شود.

- نیاز است عمل‌آوری با آبپاشی سبک یا مه‌پاش انجام می‌شود.

5. کنترل کیفیت:

- کنترل ضخامت نهایی با ابزارهای دیجیتال (Dry Film Thickness Gauge) صورت می‌گیرد.

- آزمایش چسبندگی (Pull-Off Test) مطابق با استاندارد ASTM D4541 یا EN ISO 4624 انجام می‌شود.

- ارزیابی یکنواختی، عدم وجود ترک، طبله یا جداشدگی بصری انجام می‌شود.

- در برخی پروژه‌ها، از نمونه شاهد (Witness Panel) برای آزمون‌های آزمایشگاهی استفاده می‌شود.

کنترل کیفی پوشش‌های ضدحریق پایه سیمانی نه‌تنها به تضمین عملکرد در زمان آتش‌سوزی کمک می‌کند، بلکه از هزینه‌های بازکاری، کاهش عمر مفید سازه و خطرات جانی در آینده جلوگیری می‌نماید.

نتیجه‌گیری

پوشش‌های ضدحریق پایه سیمانی با ترکیب مزایای اقتصادی، اجرایی و فنی، گزینه‌ای ایده‌آل برای حفاظت از سازه‌های فولادی در برابر آتش محسوب می‌شوند مطالعات و آزمون‌های انجام‌شده مطابق با استانداردهای بین‌المللی UL 1709 و EN 13381 نشان می‌دهد که این پوشش‌ها، در صورت طراحی و اجرای صحیح، می‌توانند زمان کافی برای تخلیه افراد، کنترل حریق و جلوگیری از ریزش سازه را فراهم کنند. با توجه به تغییرات اقلیمی و افزایش خطرات آتش‌سوزی، توجه به سیستم‌های غیرمستقیم محافظت در برابر آتش بیش از پیش اهمیت یافته است. انتخاب سیستم مناسب، آموزش نیروی اجرایی، و پایبندی به الزامات استاندارد، سه رکن اصلی موفقیت در طراحی حفاظت حریق سازه ها به شمار می‌روند.