Nhiệt độ chịu lửa của vật liệu xây dựng là gì?
Nhiệt độ chịu lửa (fire resistance temperature) là giới hạn nhiệt độ mà tại đó vật liệu xây dựng bắt đầu mất đi khả năng thực hiện chức năng thiết kế — có thể là mất cường độ kết cấu, cháy bốc lửa, hoặc không còn ngăn cách được hỏa hoạn. Đây là thông số quan trọng trong thiết kế phòng cháy chữa cháy (PCCC) và lựa chọn vật liệu cho công trình.
Nhiệt độ đám cháy thực tế
Hiểu ngưỡng nhiệt độ của đám cháy giúp đánh giá đúng mức độ nguy hiểm với từng vật liệu:
- Giai đoạn phát triển: 200–400°C
- Giai đoạn cháy toàn phần (flashover): 500–700°C
- Giai đoạn cháy hoàn toàn: 700–1.000°C
- Đám cháy hydrocarbon (xăng dầu): đạt 1.100°C trong vài phút
Thép kết cấu
Thép là vật liệu không cháy nhưng mất cường độ nhanh khi nhiệt độ tăng. Đường cong cường độ thép theo nhiệt độ theo EN 1993-1-2:
| Nhiệt độ (°C) | % Cường độ chảy còn lại | Trạng thái |
|---|---|---|
| 20 (bình thường) | 100% | Bình thường |
| 200 | 100% | Không thay đổi đáng kể |
| 300 | 96% | Bắt đầu giảm nhẹ |
| 400 | 91% | Giảm rõ ràng |
| 500 | 78% | Mất gần 25% cường độ |
| 600 | 47% | Mất hơn 50% — nguy hiểm! |
| 700 | 23% | Sập đổ kết cấu |
| 800 | 11% | Gần như mất hoàn toàn |
Thép mất 50% cường độ tại khoảng 550–600°C. Hỏa hoạn nghiêm trọng có thể đạt nhiệt độ này trong 5–15 phút tại vị trí kết cấu. Do đó, thép không bảo vệ không được xem là vật liệu chịu lửa và phải được bọc bằng vật liệu bảo vệ chống cháy.
Bê tông
Bê tông chịu nhiệt tốt hơn thép nhưng cũng bị suy giảm khi nhiệt độ tăng cao. Các mốc nhiệt độ quan trọng:
- 100–200°C: Nước trong bê tông bay hơi, bê tông co ngót nhẹ
- 300°C: Bê tông bắt đầu nứt do ứng suất nhiệt không đều
- 400°C: Suy giảm đáng kể cường độ nén (còn ~75% cường độ ban đầu)
- 573°C: Chuyển pha thạch anh (SiO₂) gây giãn nở đột ngột, nứt bê tông
- 600°C: Cường độ còn ~50%, màu đỏ cam đặc trưng
- 800°C: Cường độ còn 20–30%, bê tông gần như không còn giá trị kết cấu
- Bong tróc nổ (spalling): Xảy ra bất ngờ tại 200–400°C khi áp suất hơi nước trong lỗ rỗng vượt quá cường độ kéo của bê tông — đặc biệt nguy hiểm với bê tông chất lượng cao (cường độ cao, ít lỗ rỗng)
Gỗ
Gỗ là vật liệu hữu cơ có thể cháy nhưng hành vi chịu lửa của gỗ khối (mass timber) phức tạp hơn nhiều so với nhận thức thông thường:
- 100–150°C: Bay hơi nước, gỗ khô dần
- 250°C: Bắt đầu phân hủy nhiệt (pyrolysis), sinh khí dễ cháy
- 300°C: Bắt cháy (ignition) khi có mồi lửa
- ~350°C: Tự bắt cháy (auto-ignition) không cần mồi lửa bên ngoài
Khi cháy, gỗ tạo lớp than (char) dày khoảng 0,6–0,8 mm/phút. Lớp than cách nhiệt cho phần gỗ bên trong tiếp tục chịu tải. Đây là nguyên lý thiết kế kết cấu gỗ khối (CLT, Glulam) chịu lửa: tính toán mất tiết diện do cháy, phần còn lại vẫn đủ cường độ thiết kế.
Gạch và đá
Vật liệu khoáng không cháy và giữ cường độ tốt đến nhiệt độ cao. Gạch nung chịu nhiệt đến 900–1.000°C mà không mất đáng kể cường độ. Gạch chịu lửa (firebrick) chuyên dụng chịu đến 1.500°C, dùng cho lò nung và ống khói. Đây là lý do tường gạch thường được dùng làm tường ngăn cháy.
Vật liệu cách nhiệt trong hỏa hoạn
| Vật liệu | Nhiệt độ giới hạn | Hành vi khi cháy |
|---|---|---|
| Rockwool | 1 000°C | Không cháy, giữ hình dạng — tốt nhất |
| Glasswool | 400–500°C | Không cháy nhưng chảy mềm ở nhiệt độ cao |
| PIR/PUR | 150–200°C | Cháy khó, sinh khí độc khi cháy |
| EPS | 80°C (biến dạng), ~350°C (cháy) | Chảy nhỏ giọt lửa — nguy hiểm lan cháy |
| XPS | Tương tự EPS | Cháy, chảy nhỏ giọt |
| Aerogel (silica) | >1 000°C | Không cháy |
Câu hỏi thường gặp
- Tại sao nhà thép không bảo vệ có thể sập trong đám cháy?
- Thép mất 50% cường độ ở 550°C. Đám cháy thực tế có thể đạt nhiệt độ này tại kết cấu thép trong 10–20 phút. Nếu không có lớp bảo vệ (bọc bê tông, phun vữa chịu lửa, hoặc sơn chống cháy intumescent), toàn bộ hệ khung thép có thể sụp đổ.
- Bê tông chất lượng cao có chịu lửa tốt hơn bê tông thường không?
- Không nhất thiết — bê tông chất lượng cao (cường độ cao, tỷ lệ nước/xi măng thấp) có ít lỗ rỗng hơn, làm tăng nguy cơ bong tróc nổ (spalling) trong hỏa hoạn do áp suất hơi nước không thoát được.