پوشش‌های ضد حریق یکی از عناصر حیاتی در حفاظت سازه‌ها در برابر آتش‌سوزی هستند. هدف اصلی آن‌ها کاهش سرعت انتقال حرارت به سازه و افزایش زمان مقاومت مصالح در برابر دمای بالا است. برای دستیابی به این ویژگی‌ها، ترکیبی از مواد شیمیایی و معدنی خاص در ساختار پوشش‌های ضد حریق به کار می‌رود که هر یک نقش ویژه‌ای در عملکرد نهایی دارند. شناخت دقیق این مواد، به مهندسان و مجریان پروژه کمک می‌کند تا مناسب‌ترین گزینه را برای نوع سازه و شرایط محیطی انتخاب کنند.

اهمیت شناخت مواد تشکیل‌دهنده در انتخاب پوشش ضد حریق

انتخاب پوشش ضد حریق تنها به برند یا ضخامت لایه محدود نمی‌شود. آنچه تعیین‌کننده دوام و کارایی واقعی است، ترکیب شیمیایی و فیزیکی مواد تشکیل‌دهنده آن است. نوع مواد، چسبندگی، مقاومت در برابر رطوبت و ضربه، و واکنش به دما همگی وابسته به ساختار شیمیایی هستند. برای مثال، پوشش‌های پاششی معدنی از ترکیبات گچی و سیمانی ساخته می‌شوند و برای محیط‌های داخلی مناسب‌اند، در حالی که رنگ‌های منبسط‌شونده پایه رزینی برای سطوح فلزی و فضاهای باز انتخاب بهتری هستند.

انواع اصلی مواد تشکیل‌دهنده پوشش ضد حریق

به‌طور کلی، مواد تشکیل‌دهنده این نوع پوشش‌ها را می‌توان به سه دسته کلی تقسیم کرد:

1. مواد پایه (Base Materials)
2. افزودنی‌ها (Additives)
3. مواد تقویتی و پیونددهنده (Binders & Reinforcements)

هر یک از این گروه‌ها شامل ترکیبات مختلفی هستند که در ادامه به‌صورت کامل معرفی می‌شوند.

۱. مواد پایه در پوشش‌های ضد حریق

مواد پایه، ستون اصلی ساختار پوشش محسوب می‌شوند و بخش عمده‌ای از مقاومت حرارتی و چسبندگی را تأمین می‌کنند. بسته به نوع پوشش (پاششی، رنگی، یا سیمانی)، مواد پایه متفاوت‌اند.

الف) مواد معدنی

پوشش های ضد حریق پایه معدنی از مواد معدنی نسوز ساخته می شود. این پوشش ها مقاومت حرارتی بالا و انتقال حرارتی بسیار کندی دارند، در نتیجه باعث می شوند آتش خیلی دیر تر به لایه های زیرین سازه برسد. در پوشش‌های پاششی و ملات‌های ضد حریق از ترکیبات معدنی استفاده می‌شود که در برابر حرارت بسیار مقاوم هستند و خاصیت عایق حرارتی بالایی دارند. مهم‌ترین این ترکیبات عبارت‌اند از:

• پرلیت (Perlite): ماده‌ای سبک و متخلخل که از سنگ‌های آتشفشانی به‌دست می‌آید. پرلیت نقش اسفنج حرارتی را دارد و مانع انتقال سریع حرارت می‌شود.
• ورمیکولیت (Vermiculite): نوعی سیلیکات منبسط‌شونده که هنگام حرارت حجمش چند برابر می‌شود و حباب‌های هوای عایق ایجاد می‌کند.
• گچ و سیمان نسوز: برای ایجاد ساختار مستحکم و چسبندگی بهتر در ترکیب با سایر مواد معدنی به کار می‌روند.
• الیاف معدنی (Mineral Fibers): الیاف آزبست (در گذشته)، الیاف شیشه، و الیاف سرامیکی جهت تقویت مکانیکی پوشش استفاده می‌شوند.

این نوع پوشش ضد حریق اسکلت فلزی معمولاً در پروژه‌های ساختمانی بزرگ مانند سوله‌ها، نیروگاه‌ها و مراکز صنعتی کاربرد دارد.

ب) مواد پلیمری

در رنگ‌های ضد حریق یا پوشش‌های منبسط‌شونده، پایه کار رزین‌های پلیمری است. این رزین‌ها هنگام تماس با حرارت، فوم متراکم ایجاد می‌کنند و به‌صورت لایه‌ای زغالی روی سطح سازه باقی می‌مانند که مانع انتقال گرما می‌شود. پرکاربردترین رزین‌ها عبارت‌اند از:

• رزین اپوکسی (Epoxy): مقاومت بالا در برابر خوردگی و رطوبت و چسبندگی فوق‌العاده به فلزات دارد.
• رزین آکریلیک (Acrylic): برای پوشش‌های بیرونی که در معرض نور خورشید قرار دارند، مناسب است.
• رزین وینیل یا پلی‌یورتان: انعطاف‌پذیری بالا و مقاومت در برابر تغییرات دمایی را فراهم می‌کند.

این دسته از مواد بیشتر در صنایع نفت و گاز، سازه‌های فولادی و تأسیسات پتروشیمی کاربرد دارند.

۲. افزودنی‌های مقاوم در برابر آتش

افزودنی‌ها ترکیباتی هستند که در مقادیر کم به پوشش اضافه می‌شوند اما تأثیر قابل‌توجهی در عملکرد نهایی دارند. این مواد رفتار پوشش را در برابر حرارت، رطوبت، و زمان تغییر می‌دهند.

الف) عوامل منبسط‌ کننده (Intumescent Agents)

این مواد در رنگ‌های ضد حریق منبسط‌شونده نقش کلیدی دارند. هنگام حرارت دیدن، چند برابر حجم خود افزایش پیدا می‌کنند و فوم کربنی ضخیمی تشکیل می‌دهند. از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• آمونیوم پلی‌فسفات (Ammonium Polyphosphate)
• پنتائریت‌ریتول (Pentaerythritol)
• ملامین (Melamine)

این سه ماده در کنار یکدیگر ساختار «سیستم سه‌جزئی» ایجاد می‌کنند که اساس عملکرد پوشش‌های intumescent را تشکیل می‌دهد.

ب) مواد ضد دود و گاز سمی

در هنگام آتش‌سوزی، تولید دود و گازهای سمی یکی از خطرات اصلی است. برای کاهش این اثر، افزودنی‌هایی مانند آلومینیوم تری‌هیدروکسید (ATH) و منیزیم هیدروکسید به ترکیب اضافه می‌شوند. این مواد در دمای بالا تجزیه شده و بخار آب آزاد می‌کنند که به خنک شدن سطح کمک می‌کند.

ج) پایدارکننده‌ها و مواد ضد قارچ

برای افزایش دوام پوشش در برابر شرایط محیطی و جلوگیری از رشد قارچ و کپک، از ترکیباتی مانند بیوسایدها، ضد اکسیدان‌ها و جاذب‌های UV استفاده می‌شود. این مواد برای پوشش‌های فضای باز بسیار حیاتی هستند.

۳. مواد پیونددهنده و تقویتی

مواد پیونددهنده (Binders) وظیفه اتصال اجزای مختلف پوشش را بر عهده دارند و از جدا شدن یا ترک خوردن آن جلوگیری می‌کنند. در این بخش معمولاً از رزین‌ها، چسب‌های معدنی و الیاف تقویت‌کننده استفاده می‌شود.

الف) رزین‌های اتصال‌دهنده

رزین‌ها علاوه بر نقش چسبندگی، موجب انعطاف‌پذیری پوشش نیز می‌شوند. ترکیباتی مانند رزین اپوکسی، سیلیکون و اکریلیک بسته به نوع کاربری انتخاب می‌شوند.

برای مثال در پروژه‌های پتروشیمی یا پالایشگاه‌ها، اپوکسی بهترین گزینه است چون در برابر مواد شیمیایی نیز مقاومت دارد.

ب) الیاف تقویت‌کننده

در پوشش‌های پاششی معدنی، الیاف شیشه، الیاف فولادی یا پلی‌پروپیلن به عنوان تقویت‌کننده مکانیکی به کار می‌روند. این الیاف از ایجاد ترک و جدا شدن پوشش در اثر انبساط حرارتی جلوگیری می‌کنند.

الیاف نسوز مانند الیاف سرامیکی یا کربنی در محیط‌های با دمای بسیار بالا (بیش از ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد) استفاده می‌شوند.

تفاوت ترکیبات در پوشش‌های ضد حریق مختلف

هر نوع پوشش ضد حریق ترکیب ویژه خود را دارد و مواد تشکیل‌دهنده آن متناسب با نوع کاربری تغییر می‌کند.

پوشش پاششی معدنی

• پایه: پرلیت، ورمیکولیت، گچ و سیمان نسوز
• تقویت‌کننده: الیاف معدنی و شیشه‌ای
• افزودنی‌ها: مواد ضد قارچ و روان‌کننده
  این پوشش‌ها معمولاً به ضخامت چند سانتی‌متر روی سازه اعمال می‌شوند و برای ساختمان‌های صنعتی، سوله‌ها و پارکینگ‌ها گزینه‌ای ایده‌آل هستند.

پوشش منبسط‌شونده (Intumescent Paint)

• پایه: رزین اپوکسی یا آکریلیک
• افزودنی اصلی: آمونیوم پلی‌فسفات، ملامین، پنتائریت‌ریتول
• فوم محافظ: لایه زغالی عایق حرارت
  این نوع پوشش‌ها ظاهری مشابه رنگ دارند و در صورت آتش‌سوزی، منبسط شده و سازه را تا چند ساعت محافظت می‌کنند.

به نقل از سایتpromat.com:

Intumescent coating, often referred to as intumescent paint, is one of the easiest and most efficient ways to protect load-bearing elements of buildings against fire. Intumescent coating delays the collapse of the structure through insulating the structural elements (columns, beams, floors and roofs) that support the building, thus helping achieve fire resistance levels specified in terms of time. Therefore, it fulfills the highest priority of passive fire protection: preventing the collapse of the building, allowing the time for safe evacuation of people from it and making it safer for the emergency services and rescue team.

پوشش منبسط‌ شونده (Intumescent coating) که اغلب با نام رنگ منبسط‌شونده نیز شناخته می‌شود، یکی از ساده‌ترین و کارآمدترین روش‌ها برای محافظت از اجزای باربر ساختمان در برابر آتش است. این پوشش با ایجاد عایق بر روی عناصر سازه‌ای (مانند ستون‌ها، تیرها، کف‌ها و سقف‌ها) باعث تأخیر در فروپاشی سازه می‌شود و در نتیجه به دستیابی به سطح مقاومت در برابر آتش که بر حسب زمان مشخص می‌شود کمک می‌کند. بنابراین، این پوشش بالاترین هدف حفاظت غیر فعال در برابر حریق را برآورده می‌کند: جلوگیری از فروپاشی ساختمان، فراهم کردن زمان کافی برای تخلیه ایمن افراد، و افزایش ایمنی برای نیروهای امداد و خدمات اضطراری.

پوشش سیمانی و گچی

• پایه: سیمان نسوز، آهک هیدراته، و مواد سیلیکاتی
• افزودنی: پرلیت، ورمیکولیت، و مواد ضد ترک
• کاربرد: دیوارها، سقف‌ها و کانال‌های عبور تأسیسات

این نوع پوشش بیشتر برای سازه‌های بتنی و محیط‌های بسته به کار می‌رود.

عملکرد حرارتی مواد تشکیل‌دهنده پوشش ضد حریق

مواد به‌کاررفته در این پوشش‌ها معمولاً به‌گونه‌ای انتخاب می‌شوند که در برابر حرارت، رفتار خاصی از خود نشان دهند. برای مثال:

• مواد معدنی ساختار بلوری پایداری دارند و در دماهای بالا تغییر شکل نمی‌دهند.
• مواد پلیمری هنگام حرارت منبسط می‌شوند و فوم کربنی تشکیل می‌دهند.
• ترکیبات هیدروکسیدی مانند ATH با آزاد کردن بخار آب، دما را کاهش می‌دهند.

این فرآیندها به‌صورت هم‌زمان باعث می‌شوند دمای سطح فلز زیرین در آتش‌سوزی، تا چندین دقیقه در حد ایمن باقی بماند.

نقش چسب‌ها و حلال‌ها در فرمولاسیون پوشش ضد حریق

در رنگ‌های ضد حریق، حلال‌های آلی و چسب‌های پلیمری نقش مهمی در یکنواختی و چسبندگی دارند.

• حلال‌های آلی مثل زایلن یا تولوئن برای تنظیم ویسکوزیته استفاده می‌شوند.
• چسب‌های اپوکسی و پلی‌اورتان موجب چسبندگی بالا به سطوح فلزی می‌گردند.

انتخاب نوع حلال باید با توجه به شرایط کارگاهی، میزان تهویه و نوع سطح (فلزی یا بتنی) انجام شود تا از پوسته شدن یا ترک جلوگیری شود.

اثر ضخامت و ترکیب مواد بر کارایی پوشش ضد حریق

ضخامت نهایی پوشش، ارتباط مستقیمی با نوع مواد به‌کاررفته دارد. ترکیبات معدنی معمولاً در ضخامت‌های بالا (تا چند سانتی‌متر) اعمال می‌شوند، در حالی که رنگ‌های منبسط‌شونده با ضخامت کم (۱ تا ۲ میلی‌متر) کارایی خود را نشان می‌دهند.

ترکیب صحیح مواد، به‌ویژه نسبت مواد منبسط‌کننده به رزین پایه، تعیین‌کننده‌ی میزان افزایش ضخامت در زمان حرارت است. اگر این نسبت درست تنظیم نشود، پوشش ممکن است به‌جای انبساط، پوسته شود یا فوم ضعیف تولید کند.

استانداردهای مرتبط با ترکیبات پوشش ضد حریق

در ایران و جهان، ترکیب شیمیایی پوشش‌های ضد حریق باید مطابق استانداردهای معتبر بین‌المللی باشد از جمله:

• BS 476 (انگلستان)
• ASTM E119 (آمریکا)
• EN 13381 (اروپا)
• استاندارد ملی ایران ۱۲۰۸۴

این استانداردها شامل آزمون‌های چسبندگی، مقاومت حرارتی، پایداری مکانیکی و میزان دودزایی هستند. شرکت‌های معتبر تولیدکننده پوشش ضد حریق معمولاً گواهی این تست‌ها را همراه با محصول ارائه می‌دهند.

ملاحظات زیست‌محیطی در انتخاب مواد ضد حریق

در گذشته استفاده از الیاف آزبست به دلیل خطرات سلامتی بسیار رایج بود، اما امروزه این ماده در بیشتر کشورها ممنوع شده است. تولیدکنندگان جدید به جای آن از الیاف شیشه و سرامیکی استفاده می‌کنند که غیرسمی و پایدارند.

همچنین حلال‌های آلی پر بخار (VOC) در حال جایگزینی با حلال‌های پایه آب هستند تا آسیب کمتری به محیط‌زیست وارد شود. پوشش‌های ضد حریق پایه آب علاوه بر ایمنی بیشتر، بوی کمتری دارند و برای پروژه‌های داخلی گزینه‌ای ایده‌آل محسوب می‌شوند.

آینده مواد تشکیل‌دهنده پوشش‌های ضد حریق

پیشرفت فناوری نانو و شیمی پلیمر، مسیر جدیدی را برای توسعه پوشش‌های ضد حریق باز کرده است. امروزه ترکیباتی بر پایه نانو‌سیلیکا و نانو‌اکسیدهای فلزی تولید می‌شوند که علاوه بر وزن کم، پایداری حرارتی بسیار بالایی دارند.

پوشش‌های هوشمند مقاوم در برابر آتش نیز در حال توسعه هستند؛ این پوشش‌ها با دمای محیط واکنش داده و در زمان خطر به‌صورت خودکار خاصیت انبساطی یا عایق فعال می‌کنند.

جمع‌بندی

مواد تشکیل‌دهنده پوشش ضد حریق، ترکیبی از مواد معدنی، پلیمری و افزودنی‌های ویژه هستند که با هم ساختاری مقاوم، منبسط‌شونده و پایدار در برابر آتش ایجاد می‌کنند. انتخاب صحیح این مواد، تضمین‌کننده ایمنی سازه در برابر حریق است.

پوشش‌های ضد حریق پاششی با پایه معدنی برای محیط‌های صنعتی و سازه‌های بتنی مناسب‌ترند، در حالی که رنگ‌های ضد حریق منبسط‌شونده برای سازه‌های فلزی ظریف و محیط‌های شهری بهترین عملکرد را دارند.

در نهایت، شناخت ترکیباتی مانند پرلیت، ورمیکولیت، رزین اپوکسی، آمونیوم پلی‌فسفات و الیاف نسوز به مهندسان کمک می‌کند تا پوششی انتخاب کنند که هم با استانداردهای آتش‌نشانی مطابقت داشته باشد و هم دوام و زیبایی سازه را حفظ کند.

سوالات متداول

۱. پوشش ضد حریق چه مدت می‌تواند سازه را در برابر آتش محافظت کند؟
مدت زمان مقاومت بستگی به نوع پوشش، ضخامت و مواد تشکیل‌دهنده آن دارد. پوشش‌های پاششی معدنی معمولاً چند ساعت مقاومت حرارتی ارائه می‌کنند، در حالی که رنگ‌های منبسط‌شونده برای فلزات می‌توانند ۳۰ دقیقه تا چند ساعت محافظت فراهم کنند.

۲. آیا پوشش ضد حریق نیاز به نگهداری دارد؟
بله، به‌ویژه پوشش‌های پاششی که در معرض ضربه یا رطوبت قرار دارند. بازرسی دوره‌ای برای ترک، پوسته شدن یا نفوذ رطوبت ضروری است.

۳. کدام نوع پوشش برای سازه‌های فولادی بهتر است؟
رنگ‌های منبسط‌شونده پایه رزینی برای سازه‌های فولادی مناسب‌تر هستند، زیرا ضخامت کم دارند و ظاهر زیبایی ایجاد می‌کنند، ضمن اینکه در آتش منبسط شده و لایه عایق حرارتی ایجاد می‌کنند.

۴. آیا مواد پوشش ضد حریق برای محیط زیست خطرناک هستند؟
نسل جدید پوشش‌ها از مواد غیر سمی و پایه آب استفاده می‌کنند. استفاده از الیاف شیشه، سرامیکی و رزین‌های پایه آب، به جای الیاف آزبست و حلال‌های آلی پر بخار (VOC)، ریسک محیط زیستی را کاهش می‌دهد.

URL را کپی کنید URL کپی شد