בקו האש: עד כמה החשיפה לשריפה משפיעה על הבטון וכיצד ניתן להעריך את הנזקים?

במבנים, בתשתיות ובטבע - שריפות מביאות עמן גל עצום של הרס וחורבן. אנו יודעים היטב מהי מידת השפעתה של שריפה על הסביבה ועל האקלים, אך בכל הקשור לנזקים שהיא מביאה עימה למבנים, לא תמיד ידוע לנו מה השפעותיה.

קראו גם על הכשלים בזכוכית ועל שברים ספונטניים >> 

במהלך שריפה, בטון שבא עימה במגע עלול להנזק ברמות שונות. כשם שגוף האדם סופג כוויות, כשם שעצים וצמחים נחרכים, בטון סופג נזק ברמות שונות, בהתאם לחומרת של השריפה ולטמפרטורה שאליה הוא נחשף במהלך האירוע.
ההשלכות יכולות להיות רבות. יכולה להיות הפחתה בחוזק הלחיצה, יכולים להפער סדקים מיקרוסקופיים במבנה הפנימי של הבטון, נוכל לעתים לראות שינוי בצבע הבטון לצד ההפחתה בחוזק, פיחות במודול האלסטיות, החלשה בהידבקות בען פלדת הזיון לבטון ועוד. כמו כן, בעת שריפה יתכן פיחות בחוזק פלדת הזיון והפסד בכוח המתיחה בפלדות דרוכות. אלא שיכולות להיות השפעות חמורות הרבה יותר ממה שציינו עד כה. אנחנו מתכוונים לחשיפה מלאה של פלדת הזיון, לסדקים משמעותיים, לקריסה של מוטות הזיון ולשקיעות גדולות של אלמנטים שונים.

שינוי צבע הבטון מספק הבנה בסיסית

כשמתרחשת שריפה המשפיעה על בטון, חל בו שינוי כתוצאה מהטמפרטורה הגבוהה והוא מתבטא בשינוי צבע. לכן, שינוי צבע זה מאפשר לנו הבנה בסיסית לגבי טווח הטמפרטורות שאליהן נחשף הבטון. נוכל גם להבין מהי מירת החומרה ומה הנזק הצפוי.

בטון שצבעו הפך ורוד בשל שריפה

למה אנחנו מתכוונים? ובכן, בטמפרטורה של עד Cº 120, הבטון מאבד חלק מתכולת הרטיבות הפנימית כתוצאה מהתאדות המים שבחללי הבטון, מהחום הרב. בטווחים אלה הנזק אינו משמעותי וגם אין שינוי בצבע הבטון. בטמפ' של עד Cº 250, הנזק לבטון מתבטא בסדקים מקומיים ובייבוש כמעט מלא של הלחות הפנימית של הבטון. לצד זה, הבטון מאבד מעט מהנפח שלו ומאבד כ-5 עד 30 אחוז מחוזקו. 

בטמפ' שנעות בין Cº 300 ועד Cº 600, אנו עדים לסדקים משמעותיים ברכיבים הצמנטיים אך גם באגרגטים, כתוצאה מהתפשטות החומר. כמו כן, צבע הבטון משתנה לגוון ורוד. כשמדובר על חשיפה לטמפ' של Cº 300, הבטון מאבד כ3-30 עד 40 אחוז מחוזקו. בטמפרטורות אלה אנו גם עדים לירידה גבוהה של כ-40 אחוז במודול האלסטיות, שיעור השווה לירידה בחוזק. כשמגיעים ל-Cº 400 מתקיים פירוק של הסידן בבטון. ובגבולות הגבוהים של הטווח - בטמפרטורות של Cº 600 - Cº 500, הבטון מאבד 70-80 אחוז מחוזקו ומאבד 50 אחוז ממודול האלסטיות שלו.

בטוחח טמפ' שבין Cº 900 - Cº 600, מתרחש ייבוש מלא של הג'ל הצמנטי ומופיעים סדקי התכווצות משמעותיים. כמו כן, הבטון מאבד ממשיכותו, הופך לפריך מאוד, מתרחשת הקטנה משמעותית בחוזק וצבע הבטון הופך לאפור. בטווח הטמפ' שבין Cº 1200 - Cº 900 הבטון נהיה מבריק ומאבד לחלוטין מיציבותו. מנקודה זו (Cº 1200) הבטון מתחיל לעבור המסה כשבטמפ' שמעל Cº 1400 הוא כבר נמס לחלוטין.

ומה לגבי פלדת הזיון? גם היא ניזוקה בעקבות שריפה. בטמפ' של כ-Cº 600, פלדת הזיון אשר מעורגלת בחום מאבדת 50 אחוז מחוזק הכניעה שלה.עם זאת, כאשר הטמפ' יורדת וחוזרת לטמפ' הנורמלית, חוזק הפלדה חוזר לערכו המלא.
עבור פלדת זיון המשוכה בקור (כדוגמת רשתות מרותכות), הפלדה חוזרת לחוזקה רק כאשר הטמפ' לא עברה את קו ה-Cº 450. מעל טמפרטורות אלו, הירידה במאמץ הכניעה הוא קבוע ואינו ניתן לשיקום. בנוסף לכך, ישנה ירידה במודול האלסטיות של הפלדה בטמפרטורות גבוהות אלה. כבלי דריכה בדריכת קדם (באלמנטים כדוגמת לוח"דים), רגישים יותר לנזקי טמפרטורות וב-Cº 400 אנו עדים לאיבוד של 50 אחוז מחוזק הכבלים.

מכיוון שמקדמי ההתפשטות של האגרגטים, התערובת הצמנטית ופלדה הזיון שונות, בטמפ' הגבוהות מ-Cº 300 ישנה סדיקה והפרדות הפלדה מהבטון.

הערכת הנזק באלמנטי הבטון

בדיקת אלמנטי בטון לאחר שריפה מתבצעת באמצעות בדיקה ויזואלית של הרכיבים ובדיקות הורסות ולא הורסות של הבטון. בבדיקה הויזואלית (חזותית) יש לאפיין את הנזקים הנראים לעין, את מצב הבטון ופלדה הזיון, הסדקים והדפורמציות. יש לנהוג במשנה זהירות מכיוון שלעתים צבע הבטון לא בהכרח מעיד על חומרת הנזק. כמו כן, משך הזמן שבו המבנה והרכיבים היו חשופים לטמפרטורות הגבוהות הינו פרמטר חשוב, אף שלא ניתן להעריך את הזמן באופן חד משמעי.

בנוסף לבדיקות החזותיות, ניתן לבצע בדיקת בטון קשוי באמצעות גלילים מהרכיבים שנפגעו. באמצעות בדיקת גלילים ניתן לאמוד את חוזק הלחיצה של הרכיבים ולהבחין עד איזה עומק נפגע הבטון וכיצד השפיעה האש על הפלדת הזיון.
במקרים שבהם לא ניתן לבצע בדיקת גלילים (לדוגמא, כאשר הבדיקה עלולה לסכן את הרכיב), ניתן לבצע בדיקה לא הורסת לחוזק הבטון - למשל, בדיקה בפטיש שמידט.  חשוב לקחת בחשבון שרמת הדיוק של בדיקה בפטיש שמידט נמוכה משמעותית מבדיקת גלילים. ניתן להשתמש בפטיש שמידט כבדיקה ראשונית ומקדימה לבדיקת חוזק הבטון ברכיבים השונים.

בדיקה נוספת שניתן לבצע, הינה בדיקה פטרוגרפית (petrographic examination). בדיקה זו היא למעשה חקירה של הבטון תחת מיקרוסקופ על מנת לבחון את הנזקים במבנה המיקרוסקופי של הבטון - כדוגמת סדקים, כשלים באגרגטים, התנתקות האגרגטים מהעיסה הצמנטית ועוד. ניתן אף לבצע ניסיון העמסה על המבנה ע"מ לאמוד את חוזקו ועמידות רכיביו לאחר השריפה. 

מה עושים לאחר גילוי הכשלים? 

לאחר שביצענו את הבדיקות הנחוצות, גילינו את הכשלים וקיבלנו את הנתונים לגבי מצב המבנה לאחר השריפה, יש לבצע חישוב מחודש למבנה כדי לבדוק את יציבותו. בדיקה זו תביא בחשבון את החוזקים המעודכנים של הרכיבים ואת פרטי החיזוק הנדרשים.

שיקום המבנה נעשה בדרכים הבאות:

• חציבת הבטון הפגוע ויציקה חדשה של הבטון
• חיזוק אמצעות אלמנטי פלדה, עיבוי רכיבים קיימים ביציקת בטון או שימוש בחומרים מרוכבים.
• החלפת רכיבים פגועים אשר לא ניתן לשקמם ברכיבים חדשים.
• שיקום פרטי הגמר של המבנה אשר ניזוקו.