نقش یک پوشش جدید SFRCR-ECC در افزایش عملکرد آتش سوزی

ستون های لوله فولادی پر شده با بتنی (CFST) از خواص مواد مفید فولاد و بتن استفاده می کنند. آنها عملکرد عالی را تحت بارهای فشاری ارائه می دهند و به سهولت ساخت کمک می کنند [1]، [2]، [3]، [4]. لوله های فولادی بیرونی نیز می توانند به عنوان قالبی برای ریختن بتن مورد استفاده قرار گیرند که به صرفه جویی در هزینه و سرعت بخشیدن به روند ساخت و ساز کمک می کند [5]. ستون‌های CFST به‌طور گسترده در ساختمان‌های مرتفع و فوق‌مرتبه استفاده می‌شوند [2]، [6] و ایمنی در برابر آتش باید مورد بررسی قرار گیرد. به منظور اطمینان و بهبود مقاومت سطح ایمنی در برابر آتش سوزی ساختمان های عمرانی با ارتفاع بیش از 250 متر، الزامات فنی ارائه شده توسط وزارت امنیت عمومی [7] تصریح می کند که اعضای اصلی باربر باید دارای عملکرد مقاومت در برابر آتش بالا باشند. با محدودیت مقاومت در برابر آتش ستون ها کمتر از چهار ساعت.

در نسبت بار زیاد یا شرایط کاری پیچیده، ستون‌های CFST اغلب باید با پوشش‌های نسوز ارائه شوند تا حد مقاومت مشخص شده در برابر آتش را برآورده کنند. عملکرد پوشش‌های نسوز در برابر حریق به طور قابل‌توجهی تحت شرایط جوی طبیعی کاهش می‌یابد، و تحقیقات در مورد مقاومت و دوام آنها در برابر هوا در حال ظهور است [8]. کدور و همکاران [9] و [10] از یک روش عددی مبتنی بر مکانیک شکست برای نشان دادن شروع ترک، گسترش و لایه‌برداری SFRM در سطح فولاد تحت اثر لرزه‌ای [11] یا بارگذاری ضربه [12] استفاده کردند. آنها دریافتند که افزودن ضخامت عایق حرارتی ممکن است بهترین راه حل برای افزایش عملکرد سازه های فولادی در برابر آتش نباشد [11]. شایان ذکر است که ناصر و همکاران. [13] از یادگیری ماشین برای سازه ها و حفاظت در برابر آتش، از جمله پایگاه داده ستون CFST که توسط تای و همکاران توسعه یافته است، استفاده کرد . [14]. تجزیه و تحلیل حساسیت آنها نشان داد که ویژگی‌های هندسی و ابعادی برای پاسخ مکانیکی ستون‌های CFST مهم‌تر هستند. سونگ و همکاران [15] آزمایش‌های آتش باز را روی ستون‌های CFST که با پوشش‌های نسوز محافظت می‌شوند انجام داد و دریافت که ترک‌های نفوذی در پوشش می‌تواند به راحتی باعث کنده شدن یا حتی از بین رفتن پوشش شود. این منجر به افزایش سریع دما و زوال مواد شد که مقاومت ستون‌های CFST در برابر آتش را کاهش می‌دهد و هر چه پوشش ضخیم‌تر باشد، تأثیر ترک‌ها بیشتر می‌شود. پسیکی و همکاران. [16] و [17] عملکرد آتش سوزی پس از زلزله اتصال تیر-ستون قاب فولادی محافظت شده توسط SFRM را بررسی کردند و دریافتند که آسیب SFRM منجر به انتقال حرارت به ستون ها می شود که باعث افزایش دما و کاهش قابل توجه مقاومت و کاهش می شود. سختی، و ظرفیت باربری را تحت تاثیر قرار داد. مطالعات ذکر شده نشان می‌دهد که پوشش‌های نسوز متداول دارای استحکام کششی و فشاری کم، شکل‌پذیری و چقرمگی محدود، و اتصال ضعیف با آستر یا بستر ضد خوردگی، تحت تأثیر بارهای محیطی، لرزه‌ای یا ضربه‌ای هستند. پوشش ها با ساختار تغییر شکل می دهند، در نتیجه احتمال ایجاد ترک های بزرگ یا حتی پوسته شدن وجود دارد. این به از بین رفتن حفاظت زیرلایه کمک می کند و نمی تواند به سرویس سازه در همان چرخه دست یابد.

کامپوزیت سیمانی مهندسی شده (ECC) از اصول مکانیک شکست و میکرومکانیک برای طراحی سیستماتیک، تنظیم و بهینه سازی سیستم مواد استفاده می کند [18]، [19]. این امر منجر به ایجاد کامپوزیت هایی با نرخ کرنش کششی بیش از 3 درصد می شود که 300 تا 500 برابر بیشتر از مواد بتن معمولی است و تنها با استفاده از دوپینگ حجمی 2 درصدی الیاف (به عنوان مثال الیاف پلی اتیلن) ​​با ظرفیت تغییر شکل قابل مقایسه است. به فولاد [20]، [21]. مواد ECC دارای خواص ریز و چند ترک خوردگی و حالت سخت شدن کرنش پایدار هستند، در حالی که عرض ترک آنها را می توان زیر 50 میکرومتر کنترل کرد [22]، [23] که می تواند به طور موثر در برابر نفوذ رسانه های خورنده مقاومت کند. مطالعات نشان داده اند که ضریب انتشار کلرید ECC تنها 50 درصد ملات و 10 تا 35 درصد بتن است [24]. در همین حال، ECC خواص مکانیکی بهتری را نشان داد، پایداری ابعادی و تمایل به فرسایش کمتر نسبت به ملات در محیط فاضلاب خورنده شبیه سازی شده [25]. پس از 420 روز قرار گرفتن در محیط‌های سولفات غلیظ و کلرید سولفات، ECC همچنان دارای وضعیت توسعه چند ترک به‌طور قابل‌توجهی ظریف‌تر بود، که به طور موثر فرآیند زوال را به تاخیر می‌اندازد و دوام بهتری را ارائه می‌دهد [26]. بنابراین، ECC به طور گسترده در حفاظت از هیدرولیک، بندر، تونل و پل استفاده می شود [27]، [28]، [29]، [30]، [31]، [32].

در سال‌های اخیر، تعداد فزاینده‌ای از مطالعات نشان داده‌اند که ECC می‌تواند به عنوان یک ماده مقاوم در برابر آتش استفاده شود [33]، [34]، [35، [36]، [37]. در مقایسه با پوشش‌های نسوز سنتی، ECC مقاوم در برابر آتش (FR-ECC) دارای خواص پیوند بهتری است [33]، و FR-ECC همچنین ویژگی‌های عایق حرارتی، استحکام کششی بالا و شکل‌پذیری را با هم ترکیب می‌کند که می‌تواند راه‌حل عالی برای این مشکل باشد. دوام پوشش‌های نسوز شکننده سنتی [34]، ECC همچنین می‌تواند بر کمبودهای ترک‌های بزرگ و پوسته شدن که با مواد نسوز ضخیم معمولی تحت فرسایش محیطی، بارهای سرویس معمولی، بارهای لرزه‌ای و بارهای ضربه‌ای رخ می‌دهد غلبه کند [36]، [37] . از جمله ویکتور لی و همکاران. [34] یک SFR-ECC قابل پاشیدن ایجاد کرد و عملکرد پیوند بین ECC را مشخص کرد و هنوز بر اساس تغییر انرژی شکستگی سطحی است. و نتایج نشان داد که رابط SFR-ECC/فولاد رفتار چقرمگی مرتبط با الیاف را در سراسر شکست با عملکرد پیوند عالی نشان می‌دهد. با این حال، عامل پیوند لاتکس اضافه شده پایداری حرارتی عالی ندارد و خواص چسبندگی در دماهای بالا کاهش می‌یابد، بنابراین روش پیوند آن هنوز نیاز به بهبود دارد. کای و همکاران [37] نوع جدیدی از FR-ECC را برای استفاده به عنوان پوشش نسوز برای تیرهای فولادی توسعه داد و مطالعه ای در مورد مقاومت تیرهای فولادی پس از زلزله در برابر آتش محافظت شده توسط FR-ECC انجام داد. نتایج آنها نشان داد که FR-ECC پس از بارگذاری چرخه ای یکپارچگی را حفظ می کند، ویژگی های ریز و چند ترک خوردگی آن و الیاف مذاب غلظت تنش حرارتی بین FR-ECC و بستر فولادی را کاهش می دهد، سرعت گرمایش را کاهش می دهد. و تیرهای فولادی محافظت شده توسط FR-ECC را قادر می سازد تا حد مقاومت در برابر آتش بهتری را نشان دهند. پیش تصفیه مستلزم صیقل دادن بسترها و برس زدن مواد چسباننده بود، بنابراین راحتی ساخت و مقاومت مواد چسبنده در دمای بالا باید بهبود یابد.

سانوسفر خاکستر بادی (FAC) نوعی ذره کروی توخالی است که از خاکستر بادی استخراج می شود که در برابر نور و در برابر درجه حرارت بالا مقاوم است. اغلب به عنوان یک نقص مصنوعی با هدف کاهش چگالی و هدایت حرارتی مواد به ماتریس سیمان اضافه می شود [38]. افزودن FAC منجر به پراکندگی بهتر الیاف شد و سطح کروی انحنای مسیرهای شکست بین سطوح مشترک ملات را به منظور دستیابی به اثر کاهش توسعه ترک کاهش داد [39]. FAC به عنوان زباله های صنعتی با مفهوم مصالح ساختمانی سبز مطابقت دارد و ارزش کاوش بیشتر را دارد.

در این مطالعه، یک نسخه چند منظوره از کامپوزیت های سیمانی مهندسی شده با اسپری، مقاوم در برابر آتش و مقاوم در برابر خوردگی (SFRCR-ECC) با  ترکیب الیاف FAC و PP توسعه داده شده است. از FAC برای کاهش چگالی و هدایت حرارتی استفاده می شود و از الیاف PP برای جلوگیری از ترکیدن پوشش در دماهای بالا استفاده می شود. بدون هیچ چسب، SFRCR-ECC مستقیماً بر روی سطح اعضای فولادی تحت فشار معین اسپری می شود. SFRCR-ECC عملکرد چند منظوره یک پوشش نسوز و یک پوشش ضد خوردگی را ترکیب می کند و به یک اتصال خوب با سطح سازه فولادی می رسد.

این فناوری در پروژه هاب حمل و نقل مجتمع ایستگاه راه آهن گوانگژو بایون و پروژه برج دانش گوانگژو، یک ساختمان فوق العاده مرتفع، اعمال خواهد شد. این مطالعه برای پروژه ایستگاه راه‌آهن جدید Baiyun در گوانگژو به منظور بررسی عملکرد مقاومت در برابر آتش  ستون‌های گرد CFST پس از پاشش SFRCR-ECC، اثرات ضخامت پوشش، نسبت بار و ضخامت لوله فولادی بر عملکرد مقاومت در برابر آتش انجام شد. ستون های CFST در ابتدا مورد بررسی قرار گرفتند.