คุณสมบัติทนไฟของโครงสร้างเหล็ก

เหล็กเป็นวัสดุก่อสร้างที่ไม่ติดไฟ ทนต่อแผ่นดินไหวและการดัดงอ ในการใช้งานจริง เหล็กไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักของอาคารได้เท่านั้น แต่ยังตอบสนองความต้องการด้านสุนทรียศาสตร์ของการออกแบบทางสถาปัตยกรรม และหลีกเลี่ยงข้อเสียของคอนกรีตและวัสดุก่อสร้างอื่นๆ ที่ไม่สามารถดัดงอและยืดได้ ดังนั้น เหล็กจึงเป็นที่นิยมในอุตสาหกรรมการก่อสร้าง อาคารชั้นเดียว หลายชั้น ตึกระฟ้า โรงงาน โกดัง ห้องรับรอง ห้องโถง ฯลฯ ล้วนสร้างจากเหล็ก อย่างไรก็ตาม ในฐานะวัสดุก่อสร้าง เหล็กมีข้อเสียที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในด้านการป้องกันอัคคีภัย คุณสมบัติทางกล เช่น จุดคราก ความแข็งแรงดึง และโมดูลัสความยืดหยุ่น จะลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น โครงสร้างเหล็กมักจะสูญเสียความสามารถในการรับน้ำหนักที่อุณหภูมิ 450-650 องศาเซลเซียส และเกิดการเสียรูปอย่างมาก ทำให้เสาเหล็กและคานเหล็กงอ ส่งผลให้ไม่สามารถใช้งานได้เนื่องจากการเสียรูปมากเกินไป ขีดจำกัดอยู่ที่ประมาณ 15 นาที ระยะเวลาดังกล่าวมีความสัมพันธ์กับความเร็วในการดูดซับความร้อนของชิ้นส่วนนั้นด้วย

เพื่อแก้ไขข้อบกพร่องในการป้องกันอัคคีภัยของโครงสร้างเหล็กในการใช้งานจริง วัสดุเหล็กจำเป็นต้องมีการบำบัดป้องกันไฟ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มขีดจำกัดความทนไฟของโครงสร้างเหล็กให้อยู่ในขอบเขตที่กำหนดไว้ในข้อกำหนดการออกแบบ มีมาตรการต่างๆ มากมายเพื่อป้องกันไม่ให้โครงสร้างเหล็กเกิดความร้อนสูงอย่างรวดเร็วและทำให้เกิดการเสียรูปและพังทลายในกรณีเกิดไฟไหม้ สิ่งสำคัญคือการเลือกใช้วิธีการที่แตกต่างกันตามสถานการณ์ต่างๆ เช่น การใช้ฉนวนกันความร้อนและวัสดุทนไฟเพื่อกันเปลวไฟ และการเผาไหม้โครงสร้างเหล็กโดยตรงเพื่อลดความเร็วในการถ่ายเทความร้อน การชะลอการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของโครงสร้างเหล็ก การลดเวลาการอ่อนตัวของความแข็งแรง เป็นต้น แต่ไม่ว่าจะใช้วิธีใด หลักการก็เหมือนกัน มาตรการป้องกันไฟสำหรับโครงสร้างเหล็กประเภทต่างๆ จะกล่าวถึงต่อไปนี้

1. การหุ้มภายนอก คือการเพิ่มวัสดุหุ้มภายนอกบนพื้นผิวของโครงสร้างเหล็ก ซึ่งสามารถหล่อในที่หรือพ่นได้ การหุ้มด้วยคอนกรีตหล่อในที่มักเสริมด้วยตาข่ายลวดหรือเหล็กเส้นเพื่อลดการแตกร้าวจากการหดตัวและรักษาความแข็งแรงของเปลือก การพ่นสามารถใช้ปั๊มทรายพ่นลงบนพื้นผิวของโครงสร้างเหล็กในสถานที่ก่อสร้างเพื่อสร้างชั้นป้องกัน ปั๊มทรายอาจเป็นปูนซีเมนต์ผสมปูนขาวหรือปูนยิปซัม หรืออาจผสมกับเพอร์ไลต์หรือใยหินก็ได้ ในขณะเดียวกัน วัสดุหุ้มภายนอกยังสามารถทำจากเพอร์ไลต์ ใยหิน ยิปซัม หรือปูนซีเมนต์ผสมใยหิน และคอนกรีตน้ำหนักเบาเพื่อทำเป็นแผ่นสำเร็จรูป ซึ่งยึดติดกับโครงสร้างเหล็กด้วยกาว ตะปู และสลักเกลียว

2. แบบบรรจุน้ำ (ปลอกน้ำ) การเติมน้ำลงในโครงสร้างเหล็กกลวงเป็นวิธีป้องกันไฟไหม้ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด วิธีนี้ช่วยให้โครงสร้างเหล็กเย็นลงในระหว่างเกิดไฟไหม้ และน้ำจะไหลเวียนอยู่ภายในโครงสร้างเหล็ก ดูดซับความร้อนจากวัสดุที่กำลังร้อน น้ำที่ร้อนแล้วสามารถนำกลับมาหมุนเวียนใหม่ได้หลังจากเย็นลง หรืออาจต่อท่อน้ำเย็นเข้าไปแทนที่น้ำร้อนก็ได้

3. การป้องกัน. โครงสร้างเหล็กถูกติดตั้งในผนังหรือฝ้าเพดานที่ทำจากวัสดุทนไฟ หรือส่วนประกอบต่างๆ ถูกปิดล้อมไว้ในช่องว่างระหว่างผนังสองด้าน และสามารถบรรลุวัตถุประสงค์ในการป้องกันอัคคีภัยได้โดยการเพิ่มวัสดุทนไฟเพียงเล็กน้อยหรือไม่เพิ่มเลย วิธีนี้เป็นหนึ่งในวิธีการป้องกันอัคคีภัยที่ประหยัดที่สุด

4. วัสดุขยายตัว การเคลือบสารกันไฟสำหรับโครงสร้างเหล็กใช้เพื่อปกป้องชิ้นส่วนต่างๆ วิธีนี้มีข้อดีคือมีคุณสมบัติกันไฟและเป็นฉนวนกันความร้อนที่ดี และการก่อสร้างไม่จำกัดด้วยรูปทรงเรขาคณิตของโครงสร้างเหล็ก จัดเป็นมาตรการทางเทคนิคป้องกันอัคคีภัยที่ทันสมัยและก้าวหน้า

ปัจจุบัน อาคารสูงโครงสร้างเหล็กมีจำนวนเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะอาคารสูงพิเศษบางแห่งที่ใช้วัสดุโครงสร้างเหล็กอย่างแพร่หลาย เมื่อเกิดเหตุเพลิงไหม้ในอาคารสูงแล้ว ไฟไม่สามารถดับได้ในเวลาอันสั้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเพิ่มการป้องกันอัคคีภัยของวัสดุก่อสร้างในการออกแบบอาคาร เพื่อเพิ่มขีดจำกัดความทนทานต่อไฟ และกำหนดมาตรการฉุกเฉินที่จำเป็นภายในอาคาร เพื่อลดจำนวนผู้เสียชีวิตและความเสียหายต่อทรัพย์สิน