Tấm chống cháy, đôi khi được gọi là tấm chịu lửa, là một loại vật liệu xây dựng đặc biệt được thiết kế chủ yếu để làm chậm tốc độ lan truyền của ngọn lửa, giảm sự truyền nhiệt qua các kết cấu và giúp công trình đứng vững lâu hơn trong đám cháy. Những tấm này được chế tạo từ các vật liệu khó bắt lửa, bao gồm thạch cao, magiê oxit (MgO) hoặc thậm chí xi măng thông thường. Chúng được lắp đặt khắp công trình như các lớp bảo vệ bên trong tường, trên trần và dưới sàn. Khi xảy ra cháy thực sự, thành phần hóa học của các tấm này bắt đầu phát huy tác dụng chống lại ngọn lửa. Các vật liệu sẽ giải phóng hơi nước và tạo thành lớp than bảo vệ, có khả năng ngăn chặn sự lan rộng của lửa trong khoảng thời gian từ một đến hai giờ, mặc dù điều này chủ yếu phụ thuộc vào độ dày và mật độ của tấm. Khoảng thời gian thêm này tạo nên sự khác biệt lớn trong việc giúp mọi người thoát ra an toàn và ngăn các bộ phận quan trọng của công trình sụp đổ khi chịu nhiệt độ cao.
Các tòa nhà hiện nay cần những vật liệu có khả năng ngăn chặn đám cháy lan rộng khắp công trình. Các tấm chống cháy tạo thành những vách ngăn quan trọng giữa các khu vực, về cơ bản là cắt nguồn cung cấp oxy đồng thời hạn chế sự truyền nhiệt một cách tự do. Hãy tưởng tượng các khu vực đô thị đông đúc nơi ngọn lửa có thể nhảy từ tòa nhà này sang tòa nhà khác trong vài phút nếu không được ngăn chặn. Các nghiên cứu chỉ ra rằng những tấm đặc biệt này giúp giảm khoảng hai phần ba khả năng cháy lan sang các khu vực khác của công trình so với các loại tường thạch cao thông thường. Và còn một lợi ích nữa – khi xảy ra hỏa hoạn, những vật liệu này giúp công trình đứng vững lâu hơn. Điều đó có nghĩa là chi phí sửa chữa sau sự cố sẽ thấp hơn và việc khôi phục hoạt động cũng diễn ra nhanh chóng hơn nhiều so với trường hợp bình thường.
Bằng cách tích hợp các vật liệu chống cháy, các kiến trúc sư đáp ứng các quy định về an toàn đồng thời giải quyết các yêu cầu xây dựng thực tế, phù hợp với kỳ vọng ngày càng thay đổi của xã hội và các quy định.
Các tấm chống cháy hoạt động chống lại lửa chủ yếu nhờ ba hiện tượng xảy ra đồng thời: nước được giải phóng, lớp than bảo vệ hình thành và một số chất phụ gia nở ra. Khi nhiệt độ vượt quá khoảng 300 độ Celsius, các khoáng chất chứa nước có trong vật liệu như thạch cao bắt đầu thoát hơi nước. Quá trình này hấp thụ năng lượng nhiệt và làm chậm tốc độ tăng nhiệt. Đồng thời, các khoáng chất đặc biệt chuyển hóa thành một chất gọi là than (char), đóng vai trò cách nhiệt. Lớp than này ngăn không cho oxy đi qua và đồng thời giúp phản xạ lại một phần nhiệt. Ngoài ra, cũng có những sản phẩm được bổ sung chất được gọi là intumescent (chất nở phồng) có thể giãn nở đến gấp ba mươi lần kích thước ban đầu, tạo thành một bức tường dày ngăn cách giữa ngọn lửa và vật thể cần được bảo vệ. Tất cả các hiệu ứng khác nhau này phối hợp với nhau làm giảm lượng nhiệt truyền qua vật liệu từ khoảng bốn mươi đến sáu mươi phần trăm so với các vật liệu xây dựng thông thường mà chúng ta thường thấy ngày nay.
Hiệu quả của các tấm chống cháy nằm ở sự phối hợp giữa các phản ứng thu nhiệt và cách nhiệt vật lý. Các hợp chất ngậm nước hấp thụ nhiệt thông qua quá trình mất nước, trong khi các phụ gia nở phồng tạo ra lớp bọt bảo vệ hoặc lớp giống gốm ở nhiệt độ kích hoạt nhất định, từ đó tăng cường khả năng chịu lửa.
Các tấm chống cháy được làm từ chất kết dính không bắt lửa và sợi gia cường đặc biệt thực sự có thể duy trì tính cấu trúc ngay cả khi tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài. Canxi silicat được sử dụng là loại vật liệu khá tinh khiết, ít thay đổi hình dạng do cách các tinh thể của nó tự sắp xếp lại. Trong khi đó, các tấm nền xi măng có xu hướng giữ nguyên vẹn tốt hơn trong đám cháy vì chúng có cấu trúc khoáng chất rất chặt chẽ, ngăn các mảnh vụn tách ra. Những vật liệu này dẫn nhiệt ở mức thấp hơn 0,5 watt trên mét kelvin, nghĩa là bề mặt phía sau chúng đủ mát để tránh bắt lửa. Điều này tạo nên sự khác biệt lớn trong các ứng dụng bảo vệ chống cháy nơi việc duy trì độ bền cấu trúc là quan trọng nhất.
| Vật liệu | Cơ chế chống cháy chính | Khả năng chịu nhiệt độ cực đại | Duy trì cấu trúc ở 900°C |
|---|---|---|---|
| Oxit Magie (MgO) | Hình thành lớp gốm dày đặc dưới tác động của nhiệt | 1200°C | 85% |
| Thạch cao | Phản ứng khử nước thu nhiệt | 300°C | 40% |
| Tấm xi măng | Khối lượng nhiệt cao và độ xốp thấp | 1000°C | 75% |
| Silicat canxi | Chuyển pha tinh thể | 1100°C | 90% |
Các tấm nền xi măng hoạt động tốt trong môi trường ẩm ướt nhờ độ ổn định khoáng vật, trong khi MGO có khả năng chịu sốc nhiệt vượt trội. Thạch cao vẫn là giải pháp tiết kiệm chi phí để đạt được xếp hạng chống cháy từ 30–90 phút trong các ứng dụng khô bên trong công trình.
Ngành xây dựng hiện nay chủ yếu dựa vào năm loại vật liệu chính: tấm oxit magiê (MGO), sản phẩm thạch cao, xi măng truyền thống, tấm silicat canxi và các hợp chất xi măng sợi. Tấm oxit magiê trộn oxit magiê với nhiều loại sợi gia cường khác nhau. Chúng có khả năng chống ẩm và nấm mốc rất tốt, do đó rất phù hợp cho những nơi có độ ẩm cao. Các tấm thạch cao hoạt động theo cách khác vì chúng chứa các phân tử nước, khi tiếp xúc với nhiệt sẽ chuyển thành hơi nước. Tính chất này giúp bảo vệ ngôi nhà trong trường hợp hỏa hoạn, mặc dù chúng chủ yếu được sử dụng trong các công trình nhà ở thông thường. Tấm xi măng chịu va chạm tốt hơn hầu hết các lựa chọn thay thế khác, vì vậy chúng thường được dùng ở những khu vực thường xuyên bị va đập. Silicat canxi có thể chịu được nhiệt độ trên 1.000 độ C, đáp ứng tiêu chuẩn NFPA 2023 mới nhất yêu cầu cho nhiều ứng dụng công nghiệp. Xi măng sợi kết hợp các sợi giống gỗ với xi măng Portland để tạo ra các tấm vừa chống cháy vừa chống lại hư hại do thời tiết. Các nhà thầu đặc biệt đánh giá cao tính năng này ở những khu vực thường xuyên xảy ra cháy rừng.
Các tấm Oxide (MGO) Chống Ẩm được sử dụng phổ biến trong các giếng thang máy và phòng tắm vì chúng hoàn toàn không lo ngại về hư hại do nước hay vấn đề nấm mốc. Đối với tường nội thất trong căn hộ và văn phòng, các tấm thạch cao vẫn là lựa chọn phổ biến do cân bằng tốt giữa yêu cầu ngân sách và tiêu chuẩn an toàn cháy nổ, thường cung cấp mức độ bảo vệ chống cháy từ 1 đến 2 giờ. Khi nói đến các công trình bãi đậu xe và mặt ngoài tòa nhà, các tấm xi măng tạo thành lõi của nhiều hệ thống chịu lửa, có khả năng chống lại cả ngọn lửa lẫn tác động cơ học. Các phòng cơ khí và khu vực lò đốt thường ưa chuộng sản phẩm silicat canxi, loại vật liệu này vẫn giữ nguyên cấu trúc ngay cả khi nhiệt độ tăng lên mức nguy hiểm. Và hãy cùng nói về vật liệu sợi xi măng ở những khu vực dễ xảy ra cháy rừng. Những vật liệu này đã chứng minh tiềm năng thực sự, giảm nguy cơ bắt lửa khoảng 72 phần trăm so với các loại ốp tường thông thường, theo các thử nghiệm gần đây của UL năm 2023.
Khi chọn vật liệu xây dựng, điều quan trọng là chúng phải xử lý tốt các môi trường khác nhau và chịu được loại ứng suất nào. Các khu vực ven biển hoặc nơi có độ ẩm cao cần sử dụng MGO hoặc xi măng sợi vì các vật liệu thông thường thường bị xuống cấp theo thời gian. Những công việc nặng mà vấn đề trọng lượng là yếu tố then chốt? Tấm xi măng hoặc silicat canxi có thể chịu được áp lực lên tới khoảng 3.000 PSI mà không bị cong vênh. Tấm thạch cao phù hợp khi yêu cầu tính thẩm mỹ vì chúng dễ sơn và giữ lớp hoàn thiện tốt, đồng thời đáp ứng tiêu chuẩn an toàn cháy trong 1 giờ mà hầu hết các khu vực yêu cầu. Quy định có thể khác nhau tùy khu vực nên việc kiểm tra quy định địa phương là hợp lý. Các tòa nhà thương mại thường yêu cầu tấm đạt tiêu chuẩn ASTM E84 Class A cho những thứ như ống dẫn khí bên trong tường, nhưng tầng gác mái nhà ở có thể dùng vật liệu Class C tùy theo quyết định của thanh tra viên. Các chứng nhận như UL 723 cũng không chỉ là giấy tờ hành chính. Chúng chứng minh rằng những gì hoạt động tốt trong thử nghiệm phòng thí nghiệm thực sự bền vững dưới điều kiện mài mòn bình thường trong các dự án xây dựng thực tế.
Xếp hạng chịu lửa về cơ bản cho chúng ta biết rằng một số vật liệu nhất định, chẳng hạn như tấm chống cháy, có thể chống lại ngọn lửa trong bao lâu mà không bị mất độ bền cấu trúc. Các xếp hạng này thường được đưa ra theo các khoảng thời gian, ví dụ như 90 phút đối với xếp hạng F90. Những con số này xuất phát từ các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm theo các tiêu chuẩn như ASTM E119 và UL 263. Trong quá trình thử nghiệm, các nhà nghiên cứu xem xét những yếu tố như việc tường có còn chịu tải trọng sau khi tiếp xúc với lửa hay không, lượng nhiệt truyền qua chúng là bao nhiêu, và ngọn lửa có xuyên thủng vượt quá mức cho phép hay không. Khi các công trình sử dụng vật liệu có xếp hạng phù hợp, chúng thực sự tạo nên sự khác biệt lớn trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn. Chúng giúp làm chậm tốc độ lan truyền của lửa, giảm lượng nhiệt truyền qua các cấu trúc, và quan trọng nhất là mang lại nhiều thời gian hơn để mọi người thoát ra ngoài một cách an toàn. Đây chính là lý do tại sao các quy định xây dựng yêu cầu các xếp hạng chịu lửa cụ thể đối với các bộ phận khác nhau của công trình trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Thử nghiệm ASTM E84 đánh giá mức độ lan truyền ngọn lửa trên bề mặt và phân loại vật liệu thành ba nhóm:
UL 723 tuân theo hệ thống phân loại tương tự. Mặc dù yêu cầu sử dụng vật liệu Loại A trong các khu vực có nguy cơ cao, việc kết hợp xếp hạng lan truyền lửa với khả năng chịu lửa theo giờ sẽ đảm bảo an toàn toàn diện hơn.
Các phòng thí nghiệm độc lập như Intertek và Underwriters Laboratories (UL) xác minh sự tuân thủ thông qua các bài kiểm tra nghiêm ngặt. Các sản phẩm được chứng nhận phải đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về mức độ lan truyền lửa, phát sinh khói và hiệu suất cấu trúc. Việc kiểm toán nhà máy định kỳ và thử nghiệm từng lô sản phẩm đảm bảo sự tuân thủ liên tục với các quy chuẩn như Quy Chuẩn Xây Dựng Quốc Tế (IBC) và NFPA 80.
Chỉ đáp ứng mức tối thiểu theo quy chuẩn là chưa đủ khi nói đến an toàn phòng cháy vì các vụ cháy thực tế thường nghiêm trọng hơn nhiều so với những gì xảy ra trong điều kiện phòng thí nghiệm. Theo nghiên cứu do UL công bố năm 2023, tấm thạch cao được đánh giá chịu lửa một giờ thực tế đã bị phá hủy nhanh gần 18 phần trăm so với các thử nghiệm tương tự được thực hiện trong điều kiện kiểm soát. Đó là lý do tại sao ngày càng nhiều chuyên gia xây dựng hiện nay chủ động lựa chọn vật liệu có xếp hạng chống cháy cao hơn từ 20 đến 30 phần trăm so với yêu cầu của quy định. Họ biết rằng có rất nhiều yếu tố biến đổi bất ngờ như cách không khí lưu thông trong không gian hay loại vật liệu dễ cháy nào có thể tồn tại xung quanh.
Các tấm chống cháy hoạt động như những rào cản đặc biệt, làm chậm tốc độ lan truyền của ngọn lửa và giảm lượng nhiệt truyền qua vật liệu khi xảy ra cháy. Những tấm này hoạt động theo những cách thú vị, hình thành các lớp bảo vệ thông qua các quá trình như tạo ra lớp chắn carbon xốp hoặc nở rộng các khoáng chất bên trong chúng. Lớp cách nhiệt này thực tế có thể làm giảm nhiệt độ bề mặt khoảng 300 độ Fahrenheit so với các khu vực xung quanh không được bảo vệ. Khi được lắp đặt đúng cách, các tấm này giữ cho đám cháy bị giới hạn trong những khu vực cụ thể của tòa nhà. Việc kiểm soát này làm giảm lượng oxy có sẵn để duy trì ngọn lửa và ngăn chặn hiện tượng bắt lửa đồng loạt (flashover). Bắt lửa đồng loạt là khi mọi vật liệu dễ cháy bùng cháy đột ngột cùng một lúc, và theo số liệu gần đây từ NFPA, hiện tượng nguy hiểm này gây ra khoảng ba phần tư số ca tử vong trong các vụ cháy tòa nhà.
Mỗi phút bổ sung trong việc ngăn chặn lửa đều làm tăng khoảng 40% khả năng sơ tán an toàn. Các tấm chống cháy hỗ trợ điều này bằng cách duy trì độ bền vững của các lối thoát hiểm và hạn chế phát sinh khói. Trong một dự án cải tạo bệnh viện năm 2023, các tấm thạch cao chống cháy đã giúp việc sơ tán hoàn tất nhanh hơn 11 phút so với các công trình sử dụng trần thạch cao không đạt chuẩn trong các cuộc diễn tập cháy giả lập.
Một vụ cháy kho ở Texas năm 2022 đã làm nổi bật tác động cứu sống của các tấm magiê oxit (MGO) được lắp đặt trong các bức tường chịu lực:
| Đường mét | Hiệu suất MGO | Tường thạch cao tiêu chuẩn |
|---|---|---|
| Xuyên lửa | 82 phút | 23 phút |
| Sập kết cấu | Ngăn chặn | Xảy ra ở phút thứ 34 |
| Hoàn tất sơ tán | 100% trước khi bùng phát | 62% trước khi bùng phát |
Ngọn lửa được khống chế tại điểm phát sinh trong 94% các trường hợp, cho phép cả 157 người bên trong sơ tán an toàn và giảm thiểu thiệt hại tài sản 2,3 triệu USD so với mức trung bình ngành cho các cơ sở tương tự.
Tấm chống cháy, còn được gọi là tấm chịu lửa, là vật liệu xây dựng được thiết kế để làm chậm sự lan truyền ngọn lửa và giảm truyền nhiệt trong các vụ cháy.
Tấm chống cháy được làm từ các vật liệu như thạch cao, magiê oxit (MgO), xi măng và silicat canxi.
Tấm chống cháy ngăn ngừa lửa bằng cách giải phóng hơi nước, tạo thành lớp than bảo vệ và nở rộng khoáng chất để hình thành lớp chắn chịu nhiệt.
Có, tấm chống cháy được sử dụng trong cả các tòa nhà dân cư và thương mại để tăng cường an toàn bằng cách bảo vệ các hệ thống quan trọng và lối thoát hiểm.
Tấm chống cháy cung cấp thời gian thiết yếu để sơ tán, giảm thiểu thiệt hại và đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn như ASTM E84.
EN
