התנגדות לאש של רכיבים הבנויים בבלוקי בטון ושיטות להערכתם 

התנגדות לאש של רכיבים הבנויים בבלוקי בטון ושיטות להערכתם

שלומי רוזנברג

קירות בלוקי בטון לבנייה מוכרים כקירות עמידים באש והמתאימים לחציצה בפני התפשטות האש. הסיבה לכך היא שבטון הוא חומר לא דליק השומר על תכונותיו המבניות גם בזמן ואחרי חשיפתו לאש והכול בעלויות סבירות. 

את תכונות קירות הבלוקים לעמידות באש בודקים במעבדות אש. בזמן הבדיקה חובה להעמיס את הקירות הנבדקים בעומסים שאליהם יחשפו במבנים בזמן השרות השוטף וגם בעומסים חריגים שאליהם יחשפו בזמן שריפה. במהלך בדיקה נבדקים הקירות במדדים הבאים:

– מעבר חום דרך הקיר ובייחוד דרך המרווחים שבין יחידות הבנייה;

– צורת התפשטת הלהבה והבעירה בשני צידי הקיר;

– העשן הנוצר ודרך התפשטותו;

– הנזק הכללי לרכיב החשוף לאש;

–  הנזק המבני בחשיפה לטמפרטורות גבוהות;

– מידת ההתפשטות וההצטמקות בשינויי טמפרטורות קיצוניים;

–  ההתנגדות לפגיעה של מי הכיבוי המותזים בלחץ גבוה;

– עמידות בשינויי חום מהירים כתוצאה מהתזת מי כיבוי בכמויות גדולות.

תוצאות בדיקות של קירות ללא הפעלת עומסים אלה יהיו מעוותות ומטעות. בישראל אין כיום מעבדות המתאימות לבדיקות של קירות בלוקים בעומס.

לנתוני העמידות באש חשיבות בטיחותית רבה ויש מערכות תכנון ובקרה שמבקשות כיום נתונים אלה. מכיוון שיש דרישה, אך בהעדר מעבדה בארץ, מומלץ לקבוע את מידת עמידותם של קירות בלוקים לאש בשיטה המוצגת בקוד הבינלאומי  International Building Code 2009 (IBC).

קוד זה מאפשר את תיעוד העמידות באש של מכלולי בנייה כלהלן:

• 1. קבלת הנתון כשירות מצד ניטרלי - מעבדת בטיחות או טבלאות קיימות רשמיות ומקובלות.
• 2. בדיקה מעבדתית מלאה בהתאם לתקן האמריקאי ASTM E119.
• 3. חישוב תקני כמתואר ב- ACI 216.1/TMS 0216.
• 4. שיטה אחרת המאושרת על-ידי משרדי בנייה לאומיים רשמיים.

במחשבה על דרכי קבלת האישורים והנתונים הנהוגים בישראל נראה שהשיטה הרביעית המוזכרת לעיל אינה ישימה כאן בשלב זה.

גם השיטה השנייה, שיטת הבדיקה המעבדתית המלאה, אינה ישימה עדיין בישראל וכנראה לא תהייה ישימה בעתיד הנראה לעין. הסיבות לכך הן:

– אין בארץ מעבדות לבדיקות קירות בעומסים כמתואר;

– עלויות הבדיקות המלאות יקרות מאוד ולא בטוח שיצרן רכיבי בניין ישראלי יכול להעמיסן על מוצריו;

– והחשוב יותר, לאור נתונים וידע קיימים בעולם ניתן קיום לצפות בשיטה חישובית פשוטה את התוצאות ברמת דיוק סבירה.

השיטה הראשונה , שימוש בנתונים קיימים, היא שיטה מקובלת, זמינה וזולה במיוחד. את הנתונים ניתן לקבל מטבלאות של רכיבי מעטפת הכלולים בקוד 2009 IBC, בפרק 7.20. נתונים אלה התקבלו ותועדו בעקבות מאות בדיקות וחישובים שבוצעו בעבר בארה"ב לגבי סוגים רבים של מכלולי מעטפת בבניין.

מכיוון שלא ללגבי כל מכלולי הבנייה יש מידע מפורט כמוזכר, מאפשר הקוד את השיטה החישובית. שיטה זו היא השלישית המוזכרת לעיל והיא מתוארת בקוד הבנייה IBC בפרק 721.

תת פרק 721.3.2 דן בחישובים של רכיבי בנייה שעשויים יחידות בלוקים לסוגיהם. השיטה מבוססת על נתוני יסוד של עמידות באש של חומרי גלם שונים, אשר המידע עליהם נאסף ממאות בדיקות קודמות ומעבודות מחקר שבוצעו בארצות הברית. השיטה החישובית נבדקה במשך עשרות שנים ואושרה לשימוש בארצות הברית ובקנדה לאחר שהוברר כי תוצאותיה מספקות ותואמות במידה גבוהה תוצאות של בדיקות מעבדתיות יקרות שבצעו לפי ASTM E119.

השיטה החישובית לקירות בלוקים מתוארת במפרט של אגודת הבנאות, The Masonry Society (TMS), ושל המוסד האמריקאי לבטון, American Concrete Institute (ACI). במסמך שסימונו ACI 216.1/TMS0216. המסמכים הנ"ל יחד עם מסמך האגודה הלאומית לבלוקי בטון, NCMA, שסימונו TEK 7-10 (2009) , הדן ב- Fire resistance rating of concrete masonry assemblies, מספקים כלי חישובי פשוט ומדויק לחישוב ההתנגדות של בלוקי בטון שונים והכול ביחס לסוג חומרי הגלם שמהם יוצרו ולעובי שווה-הערך של הבלוק.

חומרי הגלם המופעים במסמכים הנ"ל הם חומרי הגלם הנפוצים יותר, שעליהם הצטבר מידע מספק. חשוב להדגיש כי הכלל לביצוע חישובים לגבי חומרים שלא מופיעים בקוד ושעליהם חסר מידע מוקדם, הוא ביצוע של לפחות שתי סדרות בדיקה מלאות במעבדה לפי תקן ASTM E119. בהתבסס על תוצאות בדיקות המעבדה המלאות, ניתן לייצר נתונים לחישובים עתידיים שיתבססו על נתוני חומרי הגלם החדשים והעובי שווה הערך של הבלוק.

שיטת החישוב קובעת כללים  לקבלת נתוני ההתנגדות לאש  בהתבסס על  טבלאות קיימות ועל נוהלי חישוב פשוטים וברורים. יתרונותיה בפשטות ובעלות הכלכלית הנמוכה. השיטה מאפשרת למערכות התכנון והבטיחות לדרוש ולכלול גם את ההתנגדות לאש של בלוקי בטון בדרישותיהן, בידיעה שליצרני מכלולי המעטפת תהיה תשובה ברורה לדרישותיהן. השיטה מאפשרת גם קבלת נתונים לגבי שיעור ההתנגדות לאש של קירות בלוקי בטון, עמודים, חגורות ושל משקופים.  

השיטה החישובית לקביעת שיעור העמידות באש.

העמידות באש של המכלולים השונים תלויה בעיקר בחומרים שמהם יוצרו וממידותיהם. את העמידות לאש מבטאים כמשך הזמן, בשעות או בדקות, שבו יכול האלמנט לעמוד באש נתונה לפני שמתגלות בו תופעות של נזק ביציבות (התמוטטות), בשלמות (הופעת סדקים או חורים המעבירים אש, עשן או גזים) ובכושר הבידוד (חימום יתר בצד הנגדי לצד האש).

קירות הבנויים מבלוקים לסוגיהם ידועים כ"לא דליקים" וכ"חוסמים התפשטות אש" מעולים. קירות אלה מונעים ביעילות רבה מעבר של חום לוהט דרך הקיר ובו בזמן מעכבים מעבר הלהבות והגזים החמים.

המחקרים בארצות הברית בנושא קירות בלוקים מראים שיש קשר ישיר בין עמידות הקיר באש לבין סוג האגרגט שממנו יוצר הבלוק שבונה את הקיר  והעובי שווה-הערך שלו. "עובי שווה-ערך" מוגדר כעובי שהיה מקבל בלוק מקשי (מלא) תוך שימוש באותה כמות בטון המשמשת לייצור הבלוק החלול ( כלומר, בלוק במידות אורך וגובה זהות לבלוק המקורי, אך ללא חללי האוויר שבבלוק).

לדוגמא: לבלוק ברוחב 22 ס"מ עם 25% חללים יש עובי שווה-ערך של 16.5 ס"מ.

אם החללים היו מהווים רק 45%  אזי העובי שווה-הערך היה 12 ס"מ.

לפי המחקרים על העמידות באש ביחס לעובי שווה-הערך ולסוג חומר הגלם ניתן לראות כמה שעות התנגדות לאש יש לקירות בלוקים וזאת בהתיחסות  לסוג החומר שממנו יוצרו ולעובי שווה-הערך שלהם.

להתנגדות לאש של ארבע שעות דרוש קיר עשוי מבלוקים בעלי עובי שווה-ערך הבא:

       בלוקים רגילים-  עובי שווה-ערך של כ- 15-16 ס"מ.

       בלוקי פומיס מספיק עובי שווה-ערך של כ- 12 ס"מ בלבד.

התנגדות לאש של שעתיים ניתן לקבל מ:

       בלוקים רגילים- עובי שווה-ערך של כ- 11-10 ס"מ.

       ובלוקים מפומיס מספיק עובי שווה-ערך של כ- 8 ס"מ בלבד.

רמת הבידוד המתקבלת מבלוקי הפומיס גבוהה מבלוקי בטון רגילים.

הטבלה הנ"ל מתארת קירות בלוקים ללא טיח. תוספת טיח מצדו האחד של הבלוק או משני צדדיו מוסיפה גם היא לתכונת הבידוד. לדרישות מיוחדות יש אפשרות לייצר בלוקים בעלי חללים מוקטנים, שמשמעותם הגדלת העובי שווה-הערך וע"י כך הגעה לתוצאות משופרת. בלוקים מיוחדים אלה, שבהם חללים מוקטנים, מוכרים באזורים שונים בשם "בלוקי אש".

בטבלה הבאה נתוני הערכה מחושבים של עמידות באש המתייחסים לאלמנטים של בניין העשויים בלוקי בטון. הערכים אינם מהווים קביעה סופית אלה תוצאות מחושבות לפי שיטת החישוב המתוארת לעיל או מבוססת על נתוני הערכים המופעים בתקן הישראלי. 

סוג הבלוק

רוחב הבלוקים

עמידות באש בשעות

ס"מ

ללא טיח

טיח בצד אחד

טיח בשני צדדים

בלוקי פומיס

3 חורים

7

0.5

1

1.5

3-4 חורים

10

1.25

+1.5

+2

4 חורים

15

2.5

3

3.5

8 חורים

20-22

4

+4

+4

רב חורים (זהב)

22-23

+4

+4

+4

בלוקים רגילים

3-4 חורים

10

1

1.5

2

4 חורים

15

1.5

2

2.5

4 חורים

20

2

2.5

3.5

5 חורים

20-22

2.25

2.75

3.75

 מאמר זה פורסם בגיליון חודש פברואר בבטאון "איכות בבניה" של התאחדות הקבלנים והבונים.