فهم تركيبة المباني والطلبات على الأداء

ويستخدم مظروف البناء كعائق حرج بين الحيز المكيف داخلياً والبيئة الخارجية، ويجب عليه أن يدير النقل الحراري، والتسرب الطفيف، والتسرب الجوي، والإشعاع الشمسي، مع مقاومة انتشار الحرائق وتوفير السلامة الهيكلية، حيث أن المدونات تزداد صرامة وتزداد أهداف الاستدامة، وقد ازداد الطلب على المواد المركبة التي تؤدي في الوقت نفسه إلى مقاومة الحرائق وإلى العزل الحراري.

المتطلبات الأساسية للمقاومة لإطلاق النار ولعمليات الدمج

ولكي تكون هذه المركبات فعالة في مباني العالم الحقيقي، يجب أن تستوفي عدة معايير رئيسية، كما أن مقاومة الحرائق تقيّم كمياً بمقاييس مثل مؤشر انتشار اللهب (في نظام ASTM E84)، وتحمل الحرائق (ASTM E119)، وتطوير الدخان، كما أن أداء العزل يقاس بمواظبة الحرارة (كقيمة) وثبات القيمة لكل وحدة، بالإضافة إلى أن المواد يجب أن تقاوم التحميل المسبب للإصابة ببعد.

المعايير التنظيمية ومعايير السلامة

وفي أمريكا الشمالية، تحدد مدونة المباني الدولية تصنيفات مقاومة الحريق بالنسبة للأحواض الخارجية استناداً إلى الشغل والطول والقرب من خطوط الملكية، وتضع المعايير الأوروبية مثل المادة 13501-1 التي تصنف المواد من خلال رد الفعل على الحريق (ألف-1، ألف-2، باء، إلخ) وتحتاج المواد المركبة التي تستهدف الفئة ألف-2-1-1-1 من الفئة ألف-2 أو باء إلى خيارات أساسية غير قابلة للاحتراق أو لوائح محدودة للقبول.

الأسر المادية وآلياتها

وتندرج المركبات الحديثة المقاومة للحرائق في عدة فئات عريضة تستند إلى المصفوفة المهيمنة والتعزيزات، وكل منها يعرض مبادلات متمايزة بين الكثافة والأداء الحراري وتقدير الحرائق والتكلفة.

المركبات غير العضوية المعززة

وتستعمل هذه المواد الصوف الصخري، والألياف الزجاجية، والألياف البازالية، أو الألياف الخزفية التي تجسد في مصفوفة سميكة أو حبوبية، وتوفر الألياف قوة متشابكة وتمنع الكسر عند درجات حرارة عالية، بينما يسهم الصواعق غير العضوية في غالب الأحيان في عدم القدرة على تحمل درجة حرارة أعلى من 000 80 كيلوغرام دون أن يذوب.

Polymeric Foams with Intumescent Additives

ويُظهر البوليوريثان ورغاوي البوليسوكات أن النسيج الحراري يُحد من المصابين بالهلع الحرارية (كغ 0,22 و/م) ولكنهما قابلان للاحتراق عند درجات حرارة منخفضة، ويُدرج المحركات الإضافات التي تُستخدم في فترات طويلة كثافة من البوليفوريات الأمونية، وخط الاختناق، وشكلات مائية تتوسع

النظم النانوية والهاجينية

وتُعدّ هذه الأجهزة المصغرة التي تُستخدم في تركيبات منخفضة من الحوائط، وتُستخدم في إطارها أجهزة التفريغ المصغرة (LDHs) وأجهزة التفكيك المُعدي التي تعمل على إحداث حواجز في الحرق (النسبة 5 في المائة) لتعزيز الاستقرار الحراري، والقوة الميكانيكية، والأداء المُحرّك، مثلاً، يمكن أن تشكل شبكات في إطار مصفوفة البوليمر التي تذوبان وتُعيد إلى طبقة حمائية.

البدائل الحيوية والمستدامة

ويسعى الباحثون إلى خفض البصمة الكربونية لمواد البناء، ويستكشفون المركبات التي تُصنع من أكواخ الثقوب، والألياف المرفوعة، وحتى أكواخ الأرز المرابطة بالراتنجات الطبيعية أو البوليودات الأحيائية، ويُعاملون في إطارها بمواد مائية منخفضة (ك: 0.04 - 0.06 W/miliium).

تحديات التصميم والتصنيع

إن إنتاج مجموعة مركبة تفي بأهداف الحريق والعزلة يتطلب اختيار المواد بعناية، ومراقبة التجهيز، والاختبارات، وفيما يلي أكثر التحديات إلحاحا التي تواجه أثناء التنمية.

الموازنة بين مقاومة الحرائق والعزل الحراري

فالرغاوي الجامدة ذات الصبغة العالية كثيرا ما تكون ذات محتوى عضوي قابل للاشتعال، وعلى العكس من ذلك، فإن المركبات المحتوية على المعادن التي لا يمكن تحملها بشكل كامل، تميل إلى أن تكون لها قدرة على التصريف الحراري وكثافة أكبر، ويجب على المهندسين أن يجدوا حلا وسطا، مثلا، طبقة رقيقة من الرواسب التي يتكون منها الأيروسول في شكل رقيق.

الدوام ومقاومة الطقس

وتعاني مظروف البناء من الأمطار، ودورات الجذور، والإشعاع فوق البنفسج، وعبء الرياح، ويمكن أن تتحول مضافات مقاومة للطفرات مثل البوليفسفات الأمونيوم إلى مسافات مع مرور الوقت إذا لم تكن مجهزة على النحو المناسب، وقد تتحلل المعاطف المتطورة تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية، ويمكن أن تنخفض الخواص الميكانيكية بعد سنوات من التدوير الحراري(4).

التصنيع

ويعتمد العديد من المركبين المتقدمين على مواد خام باهظة التكلفة (النانووب، والهيروغلات) أو التجهيزات المعقدة (التداخل بين الحرارة العالية، وضخ الفراغ)، ولكي يكون المنتج النهائي قابلا للتطبيق تجاريا، يجب أن يتنافس مع المواد التقليدية مثل الصوف المعدني ورغاوي البوليسترين على أساس تكلفة كل عملية على أساس تقييم على أساس الأشعة، وعمليات ابتكارية مثل التطهير المستمر، والطباعة على نحو مضاف.

تطبيقات في نظم مظروف المباني

ويتم نشر المركبين المقاومين لإطلاق النار في مختلف تشكيلات المظاريف، ويكتسي اعتمادهم أهمية بالغة في المناطق التي تم فيها تشديد قواعد السلامة من الحرائق عقب المآسي.

النظم المركبة للعزل الحراري الخارجي

وقد تم استخدام نظام " إي تي إس " على نطاق واسع في أوروبا، وهو يتألف من لوحات العزل الملحقة بالحائط الخارجي، ثم غُطِّي بمعطف أساسي، وميد، وانهاء، ومن الناحية التاريخية، كان نظام تحديد المواقع والصول المعدنية هو العزل المعياري، كما أن المركب الجديد - مثل رغاوي البوليوريثان المزود بمعاطفة بالثين أو لوحات الصوفة ذات السترات الدوارة الصخرية - 102.

فرق التعاقب والتزحلق

وتتكون نظم رينسين من مركب خارجي )مثلا، المعادن، والرموز، أو الأسمنت الألياف( التي تم تركيبها على مخروط ملوث، وتوضع في التجويف، وتتكون مجموعة من التدفق الجوي، ووقف الحريق، وتصرفات الحريق المركبة ذات الصلة من سميكات الغازات من حيث النسيج من حيث الحجم، من بين المحركات ذات القوة العالية التي تستخدم في هذا التطبيق

الأفرقة الهيكلية المعزولة

وعادة ما تتألف برامجيات SIPs من مجموعة أساسية من أجهزة تحديد المواقع تفصل بين طبقةين من طبقة السلالات الموجهة نحو الطاقة، وهي عرضة للطلقات، بينما يؤدي إصلاح أجهزة البرمجيات المحتوية على أكسيد المغنزيوم وجهاز تحديد المواقع المزودة بمقياس حرارة متعدد اليوريتان إلى تحسين درجة إطلاق النار إلى ساعة واحدة أو أكثر.

دراسات الحالة والتنفيذ الحقيقي في العالم

وتوضح عدة مشاريع بارزة النجاح في نشر المركبات المقاومة للحرائق.

  • Battersea Power Station (London): ] The retrofit of this iconic building used a rainscreen with a stone wool core bonded to a glass-reinforced concrete outer layer. The composite achieved Euroclass A2 and contributed to the building’s BREEAM excellent rating.
  • ]One World Trade Center (New York):] The super-tall tower’s exterior uses an insulated metal panel system with a mineral core that meets the strict fire resistance requirements of the IBC for high-rise buildings and the system was subjected to full-scale fire tests simulating a window jet fire.
  • Passivhaus high-rise (Vienna): ] A 20-story residential building incorporated a 30 cm fish ETICS with an aerogel-enhanced mineral wool composite. The material’s low thermal conductivity (0.016 W/M RMK) allowed a efficientner assembly while still achieving the Passivhaus standard required fire.

الاتجاهات المستقبلية والتوجيهات البحثية

ومن المرجح أن يدمج الجيل القادم من المركبين المقاومين للحرائق مهام متعددة في مادة واحدة ذكية، وتبشر ثلاثة مجالات ناشئة بتعهد خاص.

ذاتية الصحة وشيب - ميري بوليمر

ويمكن أن يؤدي وجود عوامل متعددة يمكن أن تشفى المايكراكات عندما تتعرض للحرارة إلى توسيع نطاق خدمة المظاريف، وإضافة عامل معالجة مصغر (مثلا، الديسكوبوتاتاديين مع حفاز في الغروب) إلى المصفوفة المركبة إلى إصلاح الأضرار الناجمة عن التدوير الحراري أو الآثار الطفيفة.

وظائف التطبيب عن طريق الطبقات الكهربائية والجو

ويمكن أن يؤدي دمج ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) في طبقة سطح المركبة إلى تدهور الملوثات وتخفيض تكوين التفريغ، وفي حين أن هذه الوظيفة الإضافية لا تتصل مباشرة بالسلامة من الحرائق، إلى تعزيز الأداء البيئي للمبنى، ويتمثل التحدي في أن يحفز ثاني أكسيد الكربون تدهوراً في إطار الأشعة فوق البنفسجية؛ ويستخدم العمل مؤخراً صورة من طراز تيلوكا - كوستا لمنع هذا التفاعل الجانبي.

التوائم الرقمية وآلية الحد من الأداء

فالتطورات المادية تتسارع من خلال النموذج الحاسوبي، ويمكن للنظم الخوارزمية للتعلم الماكنة أن تتنبأ بالسلوك الحراري وبمعدل إطلاق الحرارة في مجمع يقوم على تكوينه وهيكله الجزئي، وعلى سبيل المثال، يمكن للشبكات العصبية التي تُدرب على صور أشعة ثلاثية العجلات أن تقدر تكوين الفحم أثناء الحريق، مما يتيح للباحثين فحص مئات التركيبات في البناء قبل إجراء الاختبارات المادية.

أفضل الممارسات للاختيار والمواصفات

ينبغي أن ينظر المهندسون والمهندسون في ما يلي عند اختيار مركب مقاوم للحرائق:

  • التحقق من شهادات الأطراف الثالثة: ] ابحث عن الموافقة من منظمات مثل نظام UL، أو نظام FM Global، أو نظام وثيقة التقييم الأوروبي، وينبغي أن تكون تقارير الاختبار من المختبرات المعتمدة.
  • () تقييم الأداء على مستوى المنظومة: ] لا تضمن الممتلكات الفردية للمركبين سلوكاً سليماً في النظام.
  • ]Assess moisture durability:] check the material’s water absorption (ASTM C1104 or EN 1609) and freeze-thaw resistance. In humid climates, moisture can degrade fire retardants and increase thermal conductivity.
  • Consider enshrined carbon:] Conduct a life-cycle assessment. Some mineral-based composites have high enshrined carbon due to cementitious binders; alternative geopolymer binders can reduce emissions by up to 70%.
  • Plan for installation and detailing:] Edge seals, joint treatments, and penetrations must preserve the fire and insulation properties.

ومع استمرار تركيز رموز البناء على أداء الطاقة وسلامة الحرائق، فإن سوق العزل المقاوم للحرائق سيتوسع، ويقوم علماء المواد بالفعل بتطوير مركبين يدمجون مواد التغيير التدريجي للتخزين الحراري مع الحفاظ على مقاومة الحريق، كما أن التحول الجاري نحو البناء خارج الموقع ونماذج التكافل المسبقة الصنع، يُفضل أيضاً وجود مضاربين مركبين يمكن أن تكون مصممة مسبقاً مع تشديد التسامح.