جایگاه آجر نسوز قرمز،ملات و سیمان نسوز در معماری مقاوم به آتش

معماری مقاوم به آتش در واقع طراحی با مصالحی است که در برابر دمای بالا، فشار حرارتی، دود و ضربه، پایداری خود را حفظ کنند. آجر نسوز قرمز در این نوع از معماری نقش حائز اهمیتی دارد. از جمله:

▪ نمای مقاوم در برابر آتش

اجرای نمای بیرونی با آجر نسوز قرمز نما به عنوان یک سپر محافظتی از ساختمان در مقابل حرارت ناشی از آتش سوزی های محیطی مثل آتش سوزی جنگل ها یا انفجارهای شهری، عمل می کند.

▪ دیوارهای حائل ضدحریق

در ساختمان های اداری و صنعتی، دیوارهای داخلی ساخته شده از آجر نسوز قرمز می توانند میان بخش های پرخطر مثل اتاق برق یا تاسیسات و فضاهای عمومی، یک جداکننده ایمن باشند.

▪ هسته مرکزی ایمن (Fire Core)

بعضی ساختمان ها در طبقات میانی خود دارای هسته ایمن هستند که در بر گیرنده پله فرار، آسانسور اضطراری و راهروهای محافظت شده می باشد. استفاده از آجر نسوز در این قسمت ها، می تواند ایمنی بالایی را در برابر گسترش آتش و دود ایجاد کند.

نکات کلیدی در انتخاب و اجرای آجر نسوز قرمز نما برای اهداف مقاوم به آتش

انتخاب آجر با تراکم بالا و تخلخل کنترل شده به منظور حفظ مقاومت مکانیکی در دمای بالا، استفاده از ملات نسوز مخصوص برای نصب و اتصال مقل ملات آلومینایی، طراحی و اجرای درز انبساط حرارتی در فواصل مشخص به منظور پیشگیری از ایجاد ترک در هنگام بروز شوک حرارتی، رعایت فاصله استاندارد بین آجرها برای ممانعت از انتقال سریع حرارت و همچنین پیش گرمایش آرام سازه بعد از نصب آستر نسوز برای پایدارسازی ساختار، از جمله نکات کلیدی در اجرای آجر نسوز قرمز نما می باشند.

مزایای زیست‌ محیطی استفاده از آجر نسوز قرمز در طراحی ایمن

امروزه در با پیشرفت معماری پایدار، مصالح باید علاوه بر اینکه عملکرد مناسبی از خود نشان می دهند، دوستدار محیط زیست هم باشند. آجر نسوز قرمز به علت عمر مفید طولانی و کاهش نیاز به بازسازی مکرر، آزاد نکردن گازهای سمی در حین آتش سوزی یا حرارت بالا، قابلیت بازیافت و همچنین تولید آن با خاک طبیعی بدون افزودنی های خطرناک از جمله مزایای زیست محیطی استفاده از آجر نسوز می باشند.

مقایسه عملکرد آجر نسوز قرمز با سایر مصالح ضدحریق در زمان آتش سوزی

در طراحی ساختمان های ایمن در برابر حریق، انتخاب مصالحی که در برابر شعله مستقیم، گرمای شدید و دود مقاوم باشند، نقش بسیار مهمی را ایفا می کند. آجر نسوز قرمز به علت ساختار سرامیکی پایدار و ترکیبات غیرقابل اشتعال، یک گزینه ایده آل در این زمینه محسوب می شود. به منظور درک بهتر جایگاه آجر نسوز، مقایسه عملکرد آن با سایر مصالح معمول ضروری است:

۱. مقایسه با بتن معمولی

بتن یکی از رایج ترین مصالح در ساخت و ساز می باشد و تا حدودی نیز در برابر حرارت مقاوم است. با این وجود در دماهای بالاتر از ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد، دچار ترک خوردگی و پوسته پوسته شدن می شود و آرماتورهای فلزی داخل بتن با افزایش دما به سرعت مقاومت خود را از دست می دهند. اما آجر نسوز قرمز تا دمای ۱۴۰۰ درجه بدون تغییر شکل باقی می ‌ماند و هیچ آرماتور یا ماده آسیب پذیری در ساخت آن به کار گرفته نشده است.

۲. مقایسه با گچ‌برد (Drywall)

گچ بردها به صورت وسیعی در ساخت دیوارهای داخلی مورد استفاده قرار می گیرند. گچ ماده ای غیرقابل اشتعال است اما با این حال، در حین بروز آتش سوزی به علت از دست دادن آب شیمیایی و ساختار ضعیف خود، سریعا تخریب می شود.گچ بردها توانایی تحمل گرما بیشتر از ۲۰۰ درجه را ندارند اما آجر نسوز قرمز ساختار مکانیکی خود را حتی در دمایی بالاتر از ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد حفظ می‌کنند.

۳. مقایسه با پنل‌های کامپوزیتی

نمای اکثر ساختمان های مدرن با پنل های آلومینیومی یا کامپوزیت های پلیمری پوشیده می شود. این مصالح با اینکه سبک و زیبا هستند اما در مقابل آتش هیچگونه مقاومتی ندارند. کامپوزیت ها غالبا حاوی مواد پلاستیکی می باشند که در آتش سوزی گازهای سمی مثل مونوکسید کربن آزاد می کنند. در حالی که آجر نسوز قرمز علاوه بر اینکه گاز سمی آزاد نمی کنند بلکه به عنوان پوششی از پخش حرارت و شعله جلوگیری می کنند.

فناوری نانو در مصالح سیمان نسوز؛ چه می‌کند؟

۱. تعریف ساده نانوفناوری در مصالح

نانوفناوری در واقع استفاده از ذراتی با اندازه کمتر از 100 نانومتر به منظور بهبود خواص مکانیکی، حرارتی، رئولوژیکی و شیمیایی مصالح می باشد.

۲. نقش نانوذرات در سیمان نسوز

از جمله نقش هایی که نانوذرات در جهت بهبود سیمان نسوز ایفا می کند می توان به مواردی مثل پرکردن ریزتخلخل ها و کاهش نفوذپذیری، افزایش چسبندگی ذرات، افزایش مقاومت نسبت به شوک حرارتی، ارتقای مقاومت فشاری و سایشی و همچنین سرعت بخشیدن به فرآیند هیدراتاسیون و گیرش اشاره کرد. نانوذراتی که در سیمان نسوز استفاده می شوند شامل نانو سیلیکا، نانو آلومینا، نانو اسپینل، نانو زیرکونیا و در بعضی موارد نانو کربنات کلسیم و نانو رس ها می باشند.

بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی با نانوتکنولوژی

۱. کاهش تخلخل و افزایش چگالی

نانوذرات به عنوان پرکننده های بسیار کوچک فضاهای خالی بین دانه های سیمان را پر کرده و سبب کاهش تخلخل کلی، افزایش مقاومت نسبت به نفوذ مواد مذاب و افزایش مقاومت در برابر شوک حرارتی می شوند.

۲. بهبود مقاومت فشاری

اضافه کردن صرفا 1 تا 3 درصد وزنی نانو سیلیکا می تواند تا 25 درصد مقاومت فشاری را افزایش دهد. دلیل این امر، ساختار چسبنده و ریزدانه ای است که اجازه شکستن سریع شبکه سیمانی را نمی دهد.

ارتقاء رفتار حرارتی و مقاومتی سیمان نسوز

۱. مقاومت به شوک حرارتی

یکی از ویژگی های قابل توجه سیمان نسوز نانویی، تحمل سیکل های تکراری حرارتی بدون بروز ترک می باشد. نانوآلومینا با ساختار همگن خود، می تواند باعث کاهش انبساط موضعی، افزایش الاستیته حرارتی و افزایش عمر پوشش داخلی کوره ها شود.

۲. افزایش مقاومت شیمیایی

در محیط هایی مثل پالایشگاه ها یا کوره های فلزکاری، اسیدها، نمک ها و گازهای خورنده بسیاری وجود دارد. نانو زیرکونیا و نانو اسپینل با ساختار کریستالی منحصر به فرد خود، مانع از حمله یون ها به ساختار سیمان می شوند.

چالش‌ها و ملاحظات اجرایی در استفاده از سیمان نسوز نانویی

۱. قیمت اولیه بالاتر

سیمان نانویی گران تر از سیمان های سنتی است اما کاهش هزینه نگهداری، کاهش توقف خطوط تولید و افزایش عمر تجهیزات این افزایش قیمت را جبران می کند.

۲. نیاز به آموزش نیروی اجرایی

نصب اصولی سیمان نسوز نانو، نیاز به کنترل دقیق نسبت آب به سیمان، تجهیزات میکس استاندارد و مدیریت زمان گیرش سریع تر به نسبت سیمان معمولی دارد.

۳. حساسیت به شرایط محیطی

در بعضی موارد، نانوذرات در هوای مرطوب سریع تر واکنش نشان می دهند. استفاده از افزودنی های ضدرطوبت و نگهداری در بسته بندی های کاملا عایق پیشنهاد می شود.

نکات قابل توجه در انتخاب سیمان نسوز

1) بررسی شرایط کوره از نظر نوع سوخت، حداکثر دما و مواد فرآیندی
2) بررسی خواص شیمیایی و فیزیکی سیمان از جمله نقطه ذوب، چسبندگی و میزان مقاومت آن در برابر خوردگی
3) مشورت با تولیدکنندگان معتبر و بررسی داده های فنی محصول مورد نظر
4) انجام تست های آزمایشگاهی قبل از اجرای صنعتی پروژه
5) بررسی سازگاری سیمان با دیگر اجزای سیمان نسوز

عوامل تأثیرگذار بر زمان و روش عمل‌آوری

1. نوع ملات

ملات های آلومینایی یا فسفاتی نیازمند عمل آوری با گرمایش تدریجی می باشند، ملات های گلی و خاک نسوز به زمان هوادهی بیشتری نیاز دارند و ملات سیمانی نسوز باید عمل آوری مرطوب اولیه داشته باشد.

2. ضخامت لایه ملات

هر چه ضخامت لایه ملات بیشتر باشد، زمان خروج رطوبت نیز بیشتر خواهد بود. در ضخامت های بیشتر از ۵ میلی‌متر، ممکن است بخار در لایه های زیرین گیر افتاده باشد.

3. دما و رطوبت محیط

در مناطق مرطوب، رطوبت محیط کمکی به خروج بخار نمی کند و رطوبت در ملات باقی بماند. همچنین در دمای پایین واکنش های شیمیایی آهسته تر رخ می دهند.

چالش‌های رایج در عمل‌آوری نادرست ملات نسوز شاموتی

1. ترک‌های حرارتی (Thermal Cracks)

به علت گرمایش سریع یا پخت ناقض، اختلاف دمای سطح و عمق ملات نسوز شاموتی سبب ایجاد ترک های شعاعی می گردد.

2.  پوسته‌شدن سطحی (Surface Spalling)

به دلیل ایجاد فشار داخلی، سطح ملات دچار شکستگی و کنده شدن می شود.

3. چسبندگی ناقص به آجر نسوز

در صورت پیش گرمایش غیر اصولی، چسب نسوز به درستی فعال نمی شود و ملات از سطح آجر جدا می شود.

توصیه‌های اجرایی برای بهینه‌سازی فرآیند Curing

استفاده از دمای کنترل شده و تدریجی بجای گرمایش ناگهانی با شعله مستقیم، اعمل پوشش موقت برای پیشگیری از خشک شدن سریع سطح مثل پوشش نایلونی یا پارچه مرطوب در ملات های سیمانی، به کارگیری از دستگاه های خشک کن صنعتی با تنظیم دما برای خطوط حساس، اجرای فرآیند عمل آوری به صورت پلکانی با سنسورهای دما در نقاط گوناگون سازه و رعایت فاصله زمانی استاندارد بین نصب ملات و شروع گرمایش، از جمله توصیه های اجرایی می باشند.

عمل‌آوری ملات‌های نسوز با افزودنی نانوساختار

ملات های نانویی در صورت استفاده از نانو آلومینا، نانو سیلیس یا نانو زیرکونیوم، واکنش های شیمیایی متفاوتی از خود نشان می دهند: خروج آب سریع تر انجام می شوداما چسبندگی به سطح نیز حساس تر است، نیاز به گرمایش با نرخ پایین‌تر (۲–۵ درجه بر دقیقه) دارند و فرآیند Curing باید با پایش دقیق رطوبت داخلی و استفاده از روش‌های Dry-out کنترل‌شده انجام شود. در این نوع ملات ها، عمل اوری دقیق تر، سبب دوام چند برابری نسبت به ملات های سنتی می شود.

کنترل کیفیت در فرآیند عمل‌آوری ملات نسوز

اجرای فرآیند عمل آوری در صورتی سبب دستیابی به نتایج مطلوب می شود که پایش و کنترل دقیق کیفیت در هر مرحله صورت پذیرد. کنترل کیفیت باید در سه بخش اصلی انجام شود:

1. کنترل رطوبت باقی‌مانده در ملات

استفاده از دستگاه رطوبت سنج به منظور اندازه گیری دقیق میزان آب در عمیق ملات و پایش روزانه تا زمان اطمینان از رسیدن به سطح رطوبت مجاز

2. کنترل دمای سطح و عمق

استفاده از تعداد زیادی ترموکوپل در نقاط بحرانی به منظور ثبت یکنواخت بودن دما و پیشگیری از اختلاف دمای بیش از ۳۰ درجه بین سطح و عمق ملات در هر مرحله از گرمایش

3. بازرسی چشمی و مکانیکی پس از Curing

بررسی ترک های سطحی، پوسته شدن یا کنده شدن ملات از روی آجر و تست های ضربه ای یا اولتراسونیک به منظور بررسی کیفیت چسبندگی در لایه های داخلی

اجرای کنترل کیفیت مناسب در فرآیند عمل آوری ملات، می تواند احتمال شکست زود هنگام آستر نسوز را تا هفتاد درصد کاهش دهد و از هزینه های تعمیرات اضطراری جلوگیری می کند.