עמידות אש לרכיבי פלדה במבנה (חלק ב')

מאמר זה הינו מאמר המשך. לקריאת חלק א' לחץ כאן.

שיטות וחומרים להגנה פסיבית

ההגנה באופן פסיבי מיושמת ע"י חומרים המבודדים את אלמנט הפלדה מהטמפרטורה הגבוה שמתפתחת בזמן השריפה. את החומרים ניתן לחלק לשתי קבוצות עיקריות - האחת, חומר פסיבי שהוא לרוב לוחות או חומר שמיושם ברטוב על האלמנט אם בהתזה או במריחה. השניה, הגנה ע"ע חומר תופח.

1. טיח - טיח צמנטי/גבס/חומרים אחרים שפותחו במיוחד למטרת הגנה בפני אש. לעיתים נדרש חיזוק לטיח ע"י רשתות פלדה שנועדו למנוע את סידוק הטיח והתקלפותו. 

2. שכבה מותזת - השכבה מיושמת בדרך כלל, כעיסה רטובה בהתזה העוברת הבשלה ומתקשה. הכנת העיסה, ברוב המקרים נעשית על ידי שימוש בחומר יבש מוכן שבאתר מוסיפים לו מים בצורה מבוקרת תוך כדי ערבוב במכונה ייעודית. יש חשיבות להבטיח הדבקה טובה של הציפוי המותז אל פני הפלדה. חשוב להבטיח כי חוזק הלחיצה של השכבה המותזת, אחרי הבשלתה, יותאם למידת השחיקה והפגיעות שבהם עלול החלק המוגן להיפגע. עמודים גלויים עלולים להיפגע עד לגובה מסוים – כאשר קיימת תנועה לידם. חשוב לכן להבטיח כי חומר הציפוי שיושם יהיה עמיד בפני הפגיעות הצפויות , או לדאוג לפתרון שיבטיח את שלמות החומר המותז. כמו כן חשוב כי השכבה המותזת לא תיסדק ולא תתקלף אם הזמן. מרקם פני השטח של החומרים המותזים דומה יותר לזה של קליפת תפוז בעלת בליטות. כאשר הבליטות הן בעלות צורה וגודל אחיד - היישום טוב. כאשר יש שינויים גדולים הן בצורת הבליטות מעל פני השכבה והן בעובי השכבה – יש חשש שאיכות הציפוי נמוכה.

3. לוחות חיפוי - מוצמדים לפלדה לעיתים אם רווח או בלי, השימוש בלוחות הינו השימוש הנפוץ ביותר להגנת הפלדה מאש בבריטניה.

יתרונות הלוחות:

• מראה - הלוחות נותנים מראה נקי אשר יכול להיות בסיס הולם לגמר אדריכלי, חושב לדעת שניתן גם להשתמש בלוחות שהם זולים יותר כאשר משתמשים לחיפוי עבור אלמנטים הם סמויים.
• אבטחת איכות - הלוחות הם מוצר מדף כן שיש בקרת איכות וניתן להבטיח את עובי הלוח ובכך ולהבטיח את העמידות אש שהם מספקים.
• תיקון הלוחות - עקב כך שהיישום הוא ביבש ניתן להחליף בקלות יחסית את הלוח הפגוע מבלי לפגוע בשאר הלוחות.

חסרונות הלוחות:

• עלות - מערכת לוחות שהיא אינה דקורטיבית יכולה להיות זולה יחסית אולם מערכת דקורטיבית יכולה להגדיל באופן משמעותי את עלויות.
• יישום - התאמת הלוחות סביב פרטים או מחברים מורכבים יכולה להיות בעיתית.
• מהירות – ביצוע מערכות לוחות עשויה להיות איטית יותר ליישם מאשר שיטות אחרות.

4. מזרונים - המזרונים דומים ללוחות בתכונותיהם, אך חסרים את הקשיות והחוזק לשאת את עצמם ללא חיזוק, הם זולים ביחס ללוחות אפילו מהלוחות הזולים, היישום הוא ביבש, והתיקון הוא יחסית פשוט. החיסרון הבולט הוא שלרוב לא צפוי להיות מיושם היכן שאלמנט הפלדה גלוי.

5. חומר יצוק - החומר יכול להיות בטון, גבס או תערובת שלהם עם חומרים אחרים, שאותו יוצקים לתבנית המקיפה את חלקי הפלדה - ראה פירוט בהמשך על הבטון והגבס.

6. בלוקים - הבלוקים נבנים מסביב לאלמנט הפלדה, בעיקר סביב עמודים.

החומרים בהם נעשה שימוש לצורך עמידות אש של רכיבי פלדה

1. הגנה בעזרת חומרים תופחים בעת שריפה - הרעיון העיקרי בפיתוח החומר שהוא על בסיס אפוקסי או שרף אחר, הוא שיש לו בנוסף לתכונות ההגנה בפני אש גם תכונות של צבע נאה למראה ובעל גוונים לפי בחירה. בטמפרטורה נמוכה החומר אדיש, אולם בטמפרטורות גבוהות החומר תופח ונותן בידוד לפלדה ע"י שכבה חרוכה, מוליכות החום של החומר הוא בין 200-250 מעלות צלזיוס בטמפרטורות שכאלו מאפייני הפלדה לא מושפעים. אולם יש להבטיח כי החומר לא מאבד מתוכנותיו הכימיות לאורך זמן, ואם כן - מהו פרק הזמן עד לחידושו, שלא ייווצר מצב שהמבנה או האלמנט נשאר ללא הגנה מפני אש.

יתרונות:

• בשיטה זאת הפלדה יכולה להישאר גלויה.
• ניתן לקבל כמה סוגי גימור.
•  מחברים או פרטים מורכבים מכוסים בקלות .
• ותיקון הוא יחסית פשוט .

חסרונות:

• עלות - שיטה זאת יקרה יותר ביחס לשיטות אחרות של התזה, למרות שבשנים אחרונות ישנה ירידה בעליות.
• השיטה היא שיטה רטובה - על כן יש לדאוג לתנאים אופטימיים ליישום , ואמצעי זהירות עקב ריסוס יתר.
• זמן עמידות האש מוגבלת - מרבית החומרים שהם סבירים מבחינה כלכלית בשיטה זאת מספקים הגנה של כ-60 דקות ועד ל-120 דקות .

כל החומרים המשמשים להגנת חלקי הפלדה מפני התחממות חייבים:

• לשמור על יציבותם המכנית בשריפה.
• לשמור על התכונות ההגנה שלהם בשינויי הטמפרטורות המהירים, הקיימים במהלך השריפה.
• לשמור על יציבותם הכימית בתנאי השריפה.

כל הדרישות הללו חייבות להתקיים בתוך הזמן המוגדר של השריפה שבו אמורים חלקי הפלדה לשמור על יציבותם. עמידות זאת של הציפויים חייבת להישמר לאורך כל שנות קיומו של הבניין.

2. גבס - הגבס הוא אחד מחומרי המליטה בהם נעשה שימוש להגנת פלדה במבנים מפני אש. הוא נמצא בשימוש בכמה צורות:

• כטיח - בדרך כלל הטיח מורכב ממספר חומרים ולא רק גבס, זאת כדי לשפר את עמידותו בפני סדקים ולשפר את הידבקותו ואת תכונות ההגנה בפני אש.
• כבלוקים.
• כלוחות חיפוי - בחשיפת הגבס לאש מתאדים בשלב הראשון מי הגבש (hydrate) הרבים הנמצאים בשכבה הקשויה, תוך קליטת החום הכמוס הגבוה של המים. מכאן מושגת הדחייה בהתחממות הפלדה. על מנת לשפר את כושר ההגנה מוסיפים לטיח הגבס או ללוחות הגבס חומרי בידוד מינראלי. חשוב לדעת שאין לוח גבס דומה למשנהו בתכונותיו. פותחו על ידי יצרנים שונים הרכבים שונים – לעיתים קרובות קיימת הגנה בפטנט על ההרכב. כמובן שייצור חומרי הציפוי חייב להיות ברמת בקרה גבוהה ורצוי מאוד לאשר רק יצרנים הנמצאים תחת פיקוח של מכונים רשמיים וידועים. שני החומרים - הוורמיקולייט והפרליט משמשים כחומרי בידוד בהרכב תערובת הגבס. הוורמיקולייט - הוא חומר מינראלי על בסיס מיקה, המותפח בחימום בחום גבוהה. הפרליט - הוא סלע וולקני סילקטי המוקצף גם הוא בטמפרטורה גבוהה ויוצר מבנה תאי זכוכיתי סגור בעל כושר בידוד תרמי גדול .

3. בטון - הבטון משמש כציפוי להגנה כנגד אש של פרופילי פלדה. בטון קשוי מכיל כמויות גדולות של מים, בעיקר בצורת מימת הסידן. בזמן שריפה, הבטון מסוגל לשמור על שלמותו למשך תקופות ארוכות ללא נזק לחוזקו עד לטמפרטורה של 250 מעלות צלזיוס. מעבר לטמפרטורה זו מתחיל חלק מהחום המגיע לפני הבטון ולהיבלע תוך כדי תהליך פירוק של השכבה החיצונית. התאדות המים שבמימת הסידן בולעת כמויות גדולות של חום ומונעת את המשך התחממות הבטון. אולם תוך כדי תהליך הפירוק של מימת הסידן לתחמוצת הסידן האבקתית - פני השטח הולכים ומתפוררים. כך עלולה השכבה החיצונית להתקלף בהדרגה.

ניתן למצוא בספרות וגם בתקינה נוסחות לחישוב עובי הבטון הדרוש לצורך עמידות האש. שיטה זאת שהייתה נפוצה בעבר במדינות שלהם היסטוריה של בניה בפלדה אינה מיושמת היום אלה במקרים בודדים וזה בגלל ההתפתחות של חומרים ושיטות אחרות.

בבליוגרפיה

• הגנה בפני קורוזיה בליה ואש במבנים - אינג` נחום נוה - ינואר 1998.
• תקנות התכנון והבניה (בקשה להיתר, תנאיו ואגרות) (תיקון מס' 3), התשס"ח - 2008 - קובץ התקנות 6173.
• תקן ישראלי 466 חלק 1 - חוקת הבטון: עקרונות כללים יוני 2003.
• Eurocode 3- Part 1-2 : General rules Structural fire design.
• BS5950 - Part 8:Code of practice for fire resistant design in Simple and Continuous Construction -1990.