بعد از ماجرای ١١ سپتامبر، آمریکایی‌ها چند مرکز مطالعات آتش را تجهیز کردند و از آن سال تاکنون، انبوهی آزمایش انجام داده‌اند. در تحلیل مکانیسم خرابی ساختمان پلاسکو لازم است به این سؤال اندیشید که جایگاه ما در مطالعات مهندسی ایمنی سازه‌ها در آتش کجاست؟ چرا هنوز در میان این همه دانشگاه‌های کشورمان، رشته مهندسی آتش تدریس نمی‌شود؟ آیا استانداردهای ملی در این زمینه تدوین کرده‌ایم؟
در ابتدا به توضیحی مختصر در باب پوشش ضد حریق میپردازیم:
پوشش فایرپروف ( ضد حریق ) Fireproofing چیست؟
پوشش ضد حریق یا فایرپروف به منظور محافظت سازه های فلزی در برابر حریق و آتش سوزی بر روی سازه های فلزی و بعضا بتنی اجرا می گردد. این نوع پوشش نیازمند مشخصات خاص و مشخصی برای مقاومت در برابر حریق می باشد. برابر استاندارد میزان مقاومت پوشش باید به میزان دو ساعت برای 1200 درجه سانتیگراد باشد.
اهمیت و کاربرد پوششهای ضد حریق
در دنیای امروز پیشرفتهای علمی و دستاوردهای حاصل از آن دارای سمت و سویی است که ارتقاء ایمنی و کاهش خطرات را در جهت بهبود کیفیت محیط زندگی و حفظ جان انسانها نوید می دهد . شاید یکی از بزرگترین ترسهای بشر ، به دام افتادن ، سوختن و مرگ در آتش باشد . از این رو حریق به عنوان یک پدیده خانمانسوز ، همیشه دامنگیر جامعه بشری بوده و خسارتهای مادی و معنوی جبران ناپذیری را بر جای گذاشته است ، بطوریکه انسانها از قدیم الایام به تناسب امکانات و شرایط ، تلاش خود را به کار بسته اند تا به صورت همه جانبه آنرا مهار نمایند . وظیفه اصلی پوششهای ضد حریق جلوگیری یا به عبارتی دقیق تر بتاخیر انداختن توسعه حریق و کاهش خسارات جانبی و مالی است.
پوشش های ضد حریق پف کننده
پوشش ضد حریق متورم شونده یا حجیم شونده پوششی می باشد که به محض رسیدن اولین شعله به سطح آن شروع به تورم می نماید و یک فوم جامد مشکی رنگ با ضخامت تقریبی cm 2/5 ایجاد می نماید که فوم پف کرده حاوی میلیونها سلول کوچک ، بسته و مقاوم در برابر حریق است . فوم بعنوان عایق ، تماس شعله با زیر آیند را به تعویق می اندازد و بعنوان یک مانع تاخیر انداز از گرم شدن سریع و احتراق سطح زیرین جلوگیری بعمل می آورد . این فوم عایق تا حدود یک ساعت از رسیدن حرارت به سطح زیرین جلوگیری می نماید و گسترش شعله را به تاخیر می اندازد . در واقع مصالح و موادی که در محیط قرار دارند و می تواند با اولین شعله ، توسعه حریق را بدنبال داشته باشد، استفاده و اعمال پوشش ضد حریق بر روی آن می تواند زمان سوختن چند ثانیه ای را به ساعت تبدیل کند که این خود در شرایط بحران آتش سوزی ، یک فرصت حیاتی غیر قابل تصور بشمار می رود.
نحوه اعمال رنگهای ضد حریق
بمنظور اعمال پوششهای ضد حریق بر روی سازه های فلزی می بایست پس از آماده سازی سطح ، ابتدا پرایمر مناسب بر روی سازه فلزی و سپس پوشش ضد حریق را اعمال نمود
.این نوع پوشش به سهولت و در زمان بسیار کوتاه و با ابزارهای مختلف ( دستگاه پاشش رنگ ایرلس ، قلم مو و غلتک ) اعمال می گردد و بر روی کلیه سطوح با هر زاویه و شکستگی قابل اعمال هستند . ضخامت اعمالی رنگ بسته به نوع و شکل سازه ، به ضخامت ورق ، شرایط محیطی کاربری ، امکانات اطفا و دیگر عوامل می تواند از حدود 5/0 میلی متر تا 2 میلی متر تعریف گردد . چنانچه نقاطی از سطح که بوسیله پوششهای ضد حریق متورم شونده پوشانده شده در معرض ضربه قرار گیرد و نیاز به ترمیم داشته باشد ، می توان به سهولت و حتی با قلم مو سطح را ترمیم نمود . سطح نهایی این نوع پوشش ضد حریق ، سطحی صاف می باشد بطوریکه پس از اتمام عملیات پوشش دهی نیاز به هموار کردن سطح نمی باشد . به منظور حفاظت از پوشش ضد حریق متورم شونده استفاده از یک لایه رنگ رویه مناسب با نوع ضد حریق توصیه می شود
انواع رنگ های ضد حریق
- رنگ های پف کننده پایه حلالی
- این رنگ ها یک پوشش پایه حلالی حجیم شونده محافظ در برابر حریق جهت مصارف داخل و خارج ساختمان می باشد و بمنظور بالا بردن مقاومتها در برابر حریق در پوشش تیرها و ستونهای فولادی بکار می روند . در این رنگها از حلال برای رقیق سازی استفاده می شود . این نوع رنگ ضد حریق در محیط های باز و مرطوب بیشتر کاربرد دارد.
- رنگ های پف کننده پایه آبی
- پوششهای ضد حریق بر پایه سیمان ( ورمیکیولایت)
در تحلیل مکانیسم خرابی ساختمان پلاسکو لازم است مروری به سابقه مطالعات مهندسی آتش داشته باشیم. به اجمال، ذکر موارد زیر بی‌مناسبت نیست:
١ خرابی برج‌های تجارت جهانی نیویورک:
بعد از ویرانی برج‌های تجارت جهانی در حمله تروریستی ١١ سپتامبر، گروهی از استادان مطرح دانشگاه‌های آمریکا برگزیده شدند تا مکانیسم خرابی این برج‌ها را بررسی کنند. گزارش‌های بسیار خوبی در این باب تهیه و تدوین شد. در نتیجه تهیه این گزارش‌ها، توجه به دو موضوع پررنگ شد: موضوع اول اینکه مقاومت سازه در برابر آتش زیاد باشد (به‌نحوی‌که ساکنان مجال تخلیه ساختمان را پیدا کنند) و دوم، طراحی سازه‌ها به نحوی باشد که «خرابی موضعی»، به «خرابی پیشروَنده» منجر نشود. پس از این رویداد دولت آمریکا بودجه‌هایی را در زمینه «خرابی پیشرونده» (Progressive Collapse) اختصاص داد. خرابی پیشرونده به بیان ساده، یعنی اینکه اگر یک عضو اصلی ساختمان شما (مثلا یکی از ستون‌ها) به دلیلی (مثلا انفجار یک بمب یا خط لوله گاز یا…) از دست رفت و از مدار باربری خارج شد، اعضای دیگر بتوانند بار او را بین خودشان تقسیم کنند و این خرابی، منجر به خرابی‌های بعدی (پیشرونده) نشود.
٢ مراکز مطالعات آتش در آمریکا:
بعد از ماجرای ١١ سپتامبر، چند مرکز مطالعات آتش در کشور آمریکا تجهیز شد و از آن سال تاکنون، انبوهی آزمایش (اکسپریمنت) انجام شد که عمده اینها در قالب مقالات ژورنال‌های تخصصی منتشر شده است. تست‌های آتش به دلیل مسائل و ملاحظات ایمنی و قیمت مصرف گاز، بسیار گران است؛ مثلا برای قرار‌دادن یک نمونه تیر پل در آتش، باید حدود ١۵ هزار دلار پول گاز برای تأمین حرارت کوره با ابعاد یک اتاق (به مدت حدود دو ساعت) و تا دمای بیش از هزار درجه سانتیگراد در نظر گرفت. هرچند ما چنین هزینه‌هایی را پرداخت نکردیم، اما می‌توانیم از نتیجه این آزمایش‌ها که به شکل مقاله منتشر شده است، به‌خوبی بهره‌برداری و استانداردهای مورد نیاز کشورمان را تدوین کنیم. یکی از این دو مرکز مهم مطالعات آتش در دانشگاه ایالتی میشیگان (مرکزی که در حال همکاری با آن هستم) و دیگری در واشنگتن (NIST) است.
٣ رفتار فولاد در آتش:
فولاد در آتش در مقایسه با بتن، رفتار بدتری دارد و زودتر مقاومت خود را در اثر حرارت از دست می‌دهد. این تنها بدی سازه فولادی نسبت به سازه بتنی است؛ مثلا فرض کنید یک ستون فولادی ظرفیت تحمل نیروی فشاری به میزان مشخصی از وزن را داراست. همین ستون وقتی در آتش قرار می‌گیرد، پس از حدود ۵۵٠ درجه سانتیگراد، خیلی زودتر از ستون بتنی، ظرفیت باربری خود را از دست می‌دهد. ساختمان پلاسکو هم مشابه ساختمان برج‌های نیویورک، سازه‌ای فولادی بود. (به همین دلیل است که در سازه مهمی همچون برج میلاد، طبقه پایین سازه فولادی رأس را در بتن مدفون کردند تا اگر آتش طبقات بالا را فراگرفت، افراد برای سوارشدن به آسانسور و فرار، در آن طبقه مدفون در بتن، منتظر شوند).
۴ آتش در برج آدرس دوبی:
کمتر از یک‌سال‌ویک‌ماه پیش در دوبی، در جشن شب مراسم سال نو، برج مجاور برج‌خلیفه، به نام برج آدرس، آتش گرفت و چون آتش‌نشان‌ها دیر به محل ساختمان رسیدند، در عرض ١٠ دقیقه سرتاسر برج به کام آتش کشیده شد (فیلم‌های این حادثه هنوز در اینترنت موجود است). گفته شد علت تأخیر، ترافیک بوده است. مقایسه تلاش آتش‌نشان‌های خودمان با حادثه مشابه در دوبی، کار دشواری است، ولی این‌قدر می‌توان گفت که عزیزان آتش‌نشان ما با «حضور به‌موقع» و تلاش بسیار، توانستند در چند نوبت آتش را در ساختمانی بدون سیستم اطفای‌حریق مهار کنند (و لااقل آتش به سرتاسر پلاسکو گسترده نشد)، ولی به دلیل وجود انبوه پارچه و… دوباره و چندباره، آتش شعله‌ور می‌شود. برج آدرس دوبی، دارای سازه بتونی است (مقاومت بیشتر بتون نسبت به فولاد در آتش) و به دلیل خوب عمل‌کردن سیستم اطفای‌حریق و آب‌پاش‌های درون ساختمان، آتش به داخل ساختمان گسترش پیدا نکرد، ولی بخش زیادی از بیرون برج در آتش سوخت.
۵ مکانیسم خرابی پلاسکو:
سازه ساختمان پلاسکو یک سازه فولادی است که بخشی از ستونهای آن نمایان (اکسپوز) بود. برای هر مهندس سازه، بسیار واضح و مبرهن بود که این ساختمان با ستونهای لاغرش (Slender)، بسیار ضعیف است و در اولین زلزله متوسط تهران، دچار آسیب‌های شدید خواهد شد. این ساختمان، ۵۴ سال پیش و زمانی که استانداردهای طرح لرزه‌ای به طور جدی رعایت نمی‌شد (یا حتی در دسترس نبود)، طراحی شده است. مشاهدات اولیه حاکی از آن است که بعد از اینکه آتش بخشی از سازه را فرامی‌گیرد، تعدادی از اعضای فولادی (تیر و ستون) به دلیل حرارت ظرفیت خود را از دست می‌دهند و چون سازه ضعیف بوده، انتقال بارهای این اعضا از سوی اعضای دیگر ممکن نیست و بنابراین «خرابی پیشرونده» آغاز می‌شود. بنابراین در فیلم‌های منتشرشده می‌بینیم که چطور در عرض چند ثانیه، منهدم‌شدن اعضا در برابر این «بار اضافی» از سمت بالای برج به پایین، رخ می‌دهد و بعد سازه فرومی‌ریزد. در شکل زیر نمونه بررسی‌های مدل‌سازی خرابی پیشرونده در دانشگاه تگزاس را برای پیشگیری این دست اتفاقات شاهد هستید. در این ساختمان، با وجود حذف یکی از ستونهای طبقه اول، به دلیل مشارکت سقف‌ها در انتقال بار، خرابی رخ نداده است.
آنچه در زیر میخوانید معرفی یکی از محصولات ضد حریق و آتش ،شرکت افزیر میباشد:
رنگ منبسط شونده ضد حریق
جنس رنگ منبسط شونده ضد حریق (Paint Intumescent) عمدتاً از نوع آلی بوده و دارای ضخامت چند میکرون اند. پوشش رنگ منبسط شونده ضد حریق علیرغم ضخامت بسیارکم اولیه در صورت وقوع حریق با انبساط و ایجاد یک لایه متخلخل با ضخامت بسیار بیشتر از ضخامت اولیه سطح زیرین خود را در برابر حریق محافظت می‌کنند. پوشش رنگ منبسط شونده ضد حریق عمدتا بر روی مصالح قابل اشتعال استفاده می‌شوند تا زمان اشتعال سطح محافظت شده را به تاخیر انداخته و یا از پیشروی سطحی شعله جلوگیری‌کنند. برای این منظور لازم است یک توده متخلخل جامد از رنگ ضدحریق منبسط شونده شکل گیرد. لازمه این اتفاق این است که در مرحله اول یک ماده شیمیایی بر اثر سوختن، ماده جامدی از خود برجا بگذارد. ماده جامد باقی از رنگ منبسط شونده از نوع کربن می باشد. برای این منظور نیاز است تا حداقل سه ماده دیگر وجود داشته باشند که یکی دارای محتوای کربن بالا و دومی دارای عامل اسیدی که بتواند با ماده اولیه در دمای مناسب وارد واکنش شده و واکنش را به جای احتراق به سمت تشکیل کربن سوق دهد.
سومین ماده نیز، ماده تولید گاز است تا در دمای مناسب با آزاد کردن بخار وگاز باعث ایجاد ساختار اسفنجی در باقی مانده جامد گردد این نحوه ی عمل رنگ منبسط شونده ضد حریق است .رنگ منبسط شونده ضد حریق همانگونه که اشاره شد، دارای ترکیبات شیمیایی مختلفی هستند و این ترکیبات باید به گونه ای انتخاب و ترکیب شوند که بتوانند در کنار یکدیگر عملکرد محافظتی مورد نظر را به نمایش بگذارند .معمولاً چهار نوع ترکیب مختلف دررنگ ضد حریق منبسط شونده مورد استفاده قرار می‌گیرند که عبارتند از: ترکیب پلی‌هیدریک جهت تولید‌کربن‌در‌حین‌حریق، عامل آب زدایی، عامل اسفنجی‌کننده یا تولید گاز و رزین که عامل چسباننده رنگ میباشد. این رنگ ضد حریق در ضخامت حداکثر 5 میلی‌متر اجرا شده و می‌توانند سازه فولادی یا بتنی را تا 2 ساعت در برابرحریق محافظت نمایند. رنگ منبسط شونده ضدحریق زمانی‌که در معرض آتش قرار می‌گیرند به دلیل وقوع یک سری واکنش‌های شیمیایی، گازهای خنک کننده ای آزاد نموده، ازدیاد حجم داده و با حریق مقابله می‌نمایند و درضمن رنگ ضد حریق منبسط شونده یک لایه عایق زغالی جهت عایق سازی تولید می‌کنند که ضخامت آن حتی تا 20 برابر مقدار اولیه رنگ میباشد. به جای رنگ منبسط شونده ضد حریق مورد استفاده فوم پف کرده حاوی میلیونها سلول کوچک مقاوم در برابر حریق قرار می گیرد. این فوم ضد حریق که از رنگهای ضد حریق منبسط شونده حاصل شده است بعنوان عایق، تماس شعله یا آتش را با سطح به تعویق انداخته و بعنوان یک مانع تاخیر انداز از داغ شدن سریع و احتراق سطح زیرین جلوگیری بعمل می آورند. رنگ ضدحریق منبسط شونده که حالا به فوم عایق تبدیل شده تا حدود دو ساعت از رسیدن حرارت به سطح زیرین‌جلوگیری می‌نماید و‌گسترش شعله را به تاخیر می اندازد. در واقع ترکیباتی که در این رنگ ضد حریق منبسط شونده وجود دارد، می‌تواند زمان سوختن چند ثانیه‌ای را به ساعت‌ها تبدیل کند که این خود در شرایط بحران آتش سوزی، یک فرصت حیاتی غیر‌قابل تصور برای کارهای امداد نجات بشمار می‌رود. از پوشش رنگ ضدحریق منبسط شونده عمدتا به منظور حفاظت در شرایط خاص از سازه فلزی و سطوح داخلی ساختمان استفاده می‌شود.
شرکت مقاوم سازی افزیر دارای صلاحیت از سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور بوده و جزء شرکتهای متخصص در زمینه مشاوره و اجرای مقاوم سازی با FRP، بهسازی لرزه ای ساختمان، مقاوم سازی در برابر حریق و پوشش ضد حریق، پوششهای محافظتی ضد خوردگی و ضد اسید و آب بندی بتن، کفپوش اپوکسی و کفپوش پلی یورتان، تجهیزات پل شامل نئوپرن و درز انبساط پل در ایران است که با بهره گیری از متخصصین کار آزموده و نیروی فنی ماهر، در فازهای محاسبات، طراحی، تامین مصالح و اجرای پروژه های مختلف صنایع ساختمان و نفت و گاز و پتروشیمی، آب و فاضلاب و … فعالیت می‌کند. فعالیت شرکت مقاوم سازی افزیر در بخش فروش شامل موارد زیر است:
- فروش محصولات مقاوم سازی نظیر الیاف FRP، الیاف کربن FRP، الیاف شیشه FRP، لمینیت کربن FRP، رزین اپوکسی، چسب کاشت میلگرد، آرماتور و بولت، چسب، ژل، گروت، بتونه و پرایمر اپوکسی FRP، الیاف چاپد شیشه و کربن، میلگرد FRP شامل میلگرد شیشه GFRP و میلگرد کربن CFRP.
- فروش محصولات پوشش ضد حریق اسکلت و ساختمان شامل فروش پوشش ضد حریق پایه معدنی، رنگ ضد حریق منبسط شونده
- فروش مواد آب بندی بتن و پوشش های حفاظتی و لاینینگ FRP شامل فروش انواع مواد آببندی بتن و رزین و رنگ های صنعتی اپوکسی، پلی اورتان، پلی اوره، وینیل استر، فنولیک، سیلیکون و سایر پوشش های ضد خوردگی و ضد اسید
- فروش تجهیزات ارتعاشی و پل شامل نئوپرن، درز انبساط، ضربه گیر، میراگر و جداگر لرزه‌ای
