aaaaCzęsto usiłujemy ukryć nasze uczucia przed tymi, którzy powinni je poznać.aaaa [ Pobierz całość w formacie PDF ]

AKADEMIA GÓRNICZO – HUTNICZA

IM. STANISŁAWA STASZICA

WYDZIAŁ INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ I CERAMIKI

Metody badań ognioodporności materiałów budowlanych

PRZEDMIOT: Materiały budowlane a środowisko człowieka

Walas Grzegorz

Kraków 2012

              Metodykę badań materiałów budowlanych polegającą na określeniu ich odporności ogniowej oraz na zachowaniu ich właściwości użytkowych, a także wyznaczeniu czasu przez jaki ten materiał zachowuje swoje właściwości umożliwiające bezpieczną ewakuację w czasie pożaru regulują odpowiednie normy. Dla każdej grupy materiałów budowlanych a także dla elementów takich jak np.: ściany, podłogi, pokrycia dachowe, stropy i wiele innych istnieją odpowiednie normy przedstawiające zasadę przygotowania próbki i poddania jej działaniu w warunkach jakie występują podczas pożaru. Poniżej są przedstawione wybrane normy, które opisują metodykę badań: niepalności, odporności ogniowej, stopnia palności oraz reakcji na ogień materiałów budowlanych.

1.      Norma PN 93/B-02862 – Ochrona przeciwpożarowa budynków. Metoda badania niepalności materiałów budowlanych.

Wymieniona wyżej norma ma zastosowanie w przypadku badania niepalności materiałów budowalnych z wyłączeniem wyrobów powlekanych oraz z okładziną i powlekanych.

Próbki przeznaczone do badań są wykonywane z danego materiału budowlanego w kształcie walca o średnicy 45mm oraz wysokości 50mm. Odpowiednio przygotowane próbki następnie umieszcza się w nagrzanym do temperatury 835°C piecu (rys.1). Po umieszczeniu próbki w piecu rejestruje się zmianę temperatury wszystkich termopar w funkcji czasu. Podczas badania są wykorzystywane termopary, które wskazują aktualną temperaturę pieca oraz próbki. Odczyt wskazywanych temperatur następuje w funkcji czasu. Ponad to rejestrowana jest masa próbki w czasie badania, a także przypadek każdego pojawienia się ognia na badanym materiale i czas jego utrzymania się dłużej niż 5s.

Rys.1. Schemat pieca do badań niepalności materiałów budowlanych.

Wszystkie zarejestrowane dane i uwagi odnośnie zachowania się próbki podczas badania są wykorzystywane następnie do określenia czy dany materiał jest niepalny. Badaniom tym nie poddaje się materiałów zakwalifikowanych do grupy materiałów o najwyższej klasie odporności na działanie ognia czyli A1 i A2, gdyż z założenia są one niepalne.

Po każdym zakończonym badaniu ocenia się średnie przyrosty temperatur zarówno pieca jak i próbki – jeśli ich wartości wzrosną podczas badania o wartość 50 stopni Celsjusza to taki materiał jest uznawany jako palny. Ponad to średni czas utrzymania się płomienia na próbce podczas spalania płomieniowego nie powinien przekraczać 20s w przypadku materiałów niepalnych.

Analizie poddaje się również średni przyrost temperatury zarówno próbki jak i pieca – jeśli ich wartości wzrosną podczas badania o wartość 50 stopni Celsjusza to taki materiał jest uznawany jako palny. Ponad to średni czas utrzymania się płomienia na próbce podczas spalania płomieniowego nie powinien przekraczać 20s w przypadku materiałów niepalnych.

Badany jest także ubytek masy próbki. Polega to na porównaniu masy próbki przed i po zakończeniu badania. Jeżeli strata masy będzie wynosiła powyżej 50% to materiał nie może być zakwalifikowany do grupy materiałów niepalnych. Pod uwagę bierze się również zwęglone części próbki które odłączyły się od próbki i opadły na dnie pieca. Całość badania trwa ok. 30 min.

2.      Norma PN-EN 1363-1:2001 – Badanie odporności ogniowej. Część 1: Wymagania ogólne.

Powyższa norma jest przeznaczona do badania odporności ogniowej elementów budowlanych takich jak ściany (zarówno nośne jak i nienośne), sufity (stropy) itp. Element poddawany takiemu badaniu musi odzwierciedlać rzeczywisty stan np. ściany w budynku. Jeśli istnieje możliwość działania ognia w przypadku pożaru budynku z obu stron ściany, to również badanie ognioodporności przeprowadza się po obu stronach elementu. Również wszelkie elementy wykończeniowe, które znajdują się na danym elemencie w budynku a które mogą mieć istotny wpływ na zachowanie się podczas pożaru są instalowane na potrzeby badania.

Istotne jest również uzyskanie rzeczywistych obciążeń na dany element jeśli takie występują w konstrukcji budynku, np. ściany nośne są poddawane obciążeniom ściskającym w kierunku pionowym. Element taki powinien być obciążony w takim stopniu jak wynika to z jego zastosowania co najmniej  15 min przed rozpoczęciem badania.

Przed rozpoczęciem badania instalowane są również termopary zarówno na powierzchni jak i wewnątrz elementu badanego o ile istnieje taka możliwość i zachodzi taka potrzeba. W zależności bowiem od tego jakie informacje zleceniodawca chce uzyskać, różne będzie rozłożenie termopar. Przykładowo jeśli w elemencie badanym jakim jest ściana będzie badany rozkład temperatury w jej przekroju to należy umieścić termopary wewnątrz elementu zwracając szczególną uwagę aby go nie uszkodzić.

Po odpowiednim przygotowaniu elementu, poddaje się go działaniu ognia z pewnej odległości. Jego źródłem jest stos paliwa np. drewna który po podpaleniu wytwarza ciepło. Bardzo ważne jest aby uzyskiwane wyniki badania były wiarygodne i porównywalne dla kilku prób, określenie rodzaju paliwa, jego stopnia wilgotności, ilości stosowanego paliwa. Zmiana bowiem tych parametrów wpływa na ilość dostarczanego ciepła na badany element.

Podobnie jak w przypadku badania niepalności materiałów budowlanych, podczas badania rejestrowana jest zmiana temperatury w funkcji czasu ( odczyt temperatury co ok. 1 min), również odnotowuje się każdorazowe zapalenie się elementu i utrzymywanie płomienia. Badanie rozpoczyna się w momencie gdy choć jeden z termoelementów przekroczy temperaturę 50°C.

Ważnym parametrem podlegającym pomiarowi jest przemieszczanie się elementu – szczególnie gdy badaniu zostaje poddany element nośny o znacznym obciążeniu. Przemieszczenie wyznacza się na podstawie różnic wymiarowych danego elementu powstałych podczas działania źródła ciepła. Odpowiednie wymiary elementu sprawdza się podczas badania (co ok. 1 min.) jak i po jego całkowitym zakończeniu. W przypadku elementów nośnych obserwuje się również moment, w którym element nie jest w stanie przenieść otrzymanego obciążenia.

Podczas gdy element konstrukcyjny jest badany ze względu na szczelność ogniową (np. jeśli ściana ma oddzielać dwa pomieszczenia a w jednym z nich wystąpił pożar) stosuje się metodę pomiaru szczelności ogniowej przy użyciu bawełnianego tamponu – rys.2. Zasada pomiaru polega na przyłożeniu odpowiedniej ramki z tamponem do elementu po przeciwnej stronie działania ognia. Dany element uznaje się za szczelny ogniowo jeśli tampon nie uległ zapłonowi po czasie dłuższym niż 30s.

Rys.2. Schemat ramki z zamocowanym tamponem do badania szczelności ogniowej elementów oddzielających.

Badanie jest zakończone jeśli:

- osiągnie się wybrane kryteria pomiarowe

- wystąpi zagrożenie bezpieczeństwa personelu, lub zniszczenia wyposażenia

- na życzenie zleceniodawcy

Na podstawie uzyskanych wyników określa się trwałość elementu podczas pożaru oraz jego szczelność ogniową i klasyfikuje do odpowiednich grup.

3.      Norma PN-B-02874:1996 – Ochrona przeciwpożarowa budynków. Metoda badania stopnia palności materiałów budowlanych.

Norma określa stopień palności materiałów pokrywających ściany, sufity, osłon, okładzin oraz innych elementów stanowiących wyposarzenie i wystrój wnętrza pomieszczenia z wyłączeniem pokryć dachowych oraz nawierzchni podłogowych.

Próbki przeznaczone do badań stanowią prostopadłościany o wymiarach 400x290-300x80mm. Są one wycinane bezpośrednio z elementu jaki ma być poddany badaniu. Próbka powinna być płaska, dopuszczalne zwichrowanie nie powinno przekraczać 5 mm w stosunku do poziomu. Jeżeli badaniu poddaje się cienkie warstwy takie jak pokrycia malarskie, laminaty oraz inne warstwy powlekające to muszą one mieć takie samo podłoże jaki jest stosowane w rzeczywistości w budynku. Badaniu poddaje się jedynie tę powierzchnie próbki która jest narażona na działanie promieniowania cieplnego i/lub ognia.

Badanie polega na działaniu na próbkę najpierw promieniowaniem cieplnym, którego źródłem jest radiator a następnie płomieniem z zapalarek gazowych (źródłem ognia jest propan) skierowanym na powierzchnie badaną. Do tego celu służy specjalna komora (rys.3.), w której próbka jest umieszczona pod kątem 45 stopni w stosunku do poziomu. W komorze znajdują się również termopary rejestrujące temperaturę wlotu zimnego powietrza i temperaturę powstałych spalin.

Po przyłożeniu ognia z palnika gazowego i zapaleniu się jednej z powierzchni próbki odsuwa się zapalarkę. Próbka uległa zapaleniu jeżeli płomień utrzymał się minimum 10 s. Podczas badania rejestrowany jest czas od chwili przyłożenia płomienia do próbki do chwili jej zapalenia.  Rejestruje się także wzrost temperatury gazów spalinowych. Na podstawie uzyskanych wielkości czasu i temperatury wyznacza się wskaźnik zapalności i spalania materiału.

Rys.3. Komora do badań stopnia palności materiałów budowlanych.

Wskaźnik zapalności – i

i = 1000/15t1 + 1000/15t2

t1 - czas do chwili zapalenia się dolnej powierzchni próbki

t2 - czas do chwili zapalenia się górnej powierzchni próbki

Wskaźnik spalania – c

c = F/120

F – powierzchnia algebraiczna czasu od 0 do 20 min między wykresem różnicy temperatur spalin i zewnętrznego powietrza a prostą stałej temperatury po rozgrzaniu aparatury

120 – wsp. przeliczeniowy

4.      Norma PN-ENISO11925-2:2002 – Reakcja na ogień. Zapalność wyrobów budowlanych przy bezpośrednim działaniu płomienia - Część 2: Badania źródła pojedynczego płomienia

Norma określa metodę badania zapalności wyrobów budowlanych poddawanych bezpośredniemu działaniu małego płomienia, bez udziału promieniowania cieplnego.

Próbkę do badań stanowią dwa elementy wycięte z materiału reprezentatywnego dla danego wyrobu o wymiarach 250x90 i 250x180 mm. Badaniu poddaje się minimum sześć próbek dla danego materiału – trzy wycięte wzdłuż i trzy w poprzek wyrobu. Na próbki działa się płomieniem którego źródłem jest palnik gazowy zasilany propanem.

Próbkę przygotowaną do badania umieszcza się w specjalne ramce pionowo do podłoża. Jeżeli dana próbka badana jest w ekspozycji krawędziowej i posiada grubość większą niż 3mm to płomień jest przykładany do próbki na środku jej szerokości ale 1,5 cm za powierzchnią badaną. Natomiast kiedy próbka jest cieńsza niż 3mm to płomień jest przykładany na środku dolnej krawędzi (rys.4). W przypadku gdy badanie jest przeprowadzane w ekspozycji powierzchniowej (rys.5) to płomień przykładany jest do punktu znajdującego się na osi środkowej próbki w odległości 40 mm od dolnej krawędzi.

Rys.4. Umieszczenie płomienia palnika w ekspozycji krawędziowej.

Rys.5. Położenie płomienia palnika w ekspozycji powierzchniowej.

W obu przypadkach po ustawieniu płomienia o długości 20 mm jest on dosuwany do próbki pod kątem 45 stopni. Badanie rozpoczyna się w momencie kontaktu płomienia z próbką na określonej wysokości i trwa 15 s lub 30 s w zależności od zaleceń zleceniodawcy

Podczas badania przeprowadza się obserwacje:

- czy wystąpiło zapalenie

- czy wierzchołek płomienia sięga na odległość 150 mm powyżej punktu przyłożenia płomienia i czas po jakim to nastąpiło. Jeśli płomień osiągnął tą wysokość oznacza to że próbka uległa zapaleniu.

- obserwacje wizualne fizycznego zachowania się próbki takie jak kapanie kropel, pryskanie, itp.

              Na podstawie tych obserwacji oznacza się zapalność materiału według odpowiednich kryteriów.

              Podsumowując, w zależności od celu badania jaki chcemy osiągnąć, jest ono przeprowadzane w odmienny sposób. Również na metodykę przygotowania próbek oraz sam ich kształt i wielkość wpływa rodzaj materiału jaki jest poddawany badaniu a także jego przeznaczenie i właściwości użytkowe jakie spełnia.

2