Požiarna odolnosť stavebnej konštrukcie sa hodnotí základnými kritériami a časom v minútach, počas ktorého konštrukcia spĺňa uvedené základné kritériá. Pri murovaných konštrukciách sa jedná o nosnosť a stabilitu (R), celistvosť (E) a tepelnú izoláciu (I). Uvedené funkcie deliacej konštrukcie v prípade požiaru sa nazývajú charakteristiky vlastností požiarnej odolnosti a sú povinnou súčasťou klasifikácie vlastností. Okrem uvedených parametrov deliacich konštrukcií je dôležité aj stanovenie druhu konštrukčného prvku (D1, D2, D3).
Normatívne Základy a Skúšobné Metódy Požiarnej Odolnosti
Naša organizácia poskytuje testovacie služby na určenie príspevku konštrukčných prvkov k požiarnej odolnosti v rámci normy EN 13381 so svojimi vyškolenými a odbornými pracovníkmi. Tieto normy definujú skúšobné metódy pre rôzne typy konštrukčných prvkov a materiálov, aby sa zabezpečila ich požiarna bezpečnosť.
Európske normy pre rôzne typy konštrukcií:
- Norma EN 13381-1 definuje skúšobnú metódu na určenie schopnosti horizontálnej ochrannej membrány, keď sa používa ako protipožiarna bariéra, prispievať k požiarnej odolnosti horizontálnych konštrukčných prvkov, ako je definované v norme. Horizontálny test ochrannej membrány, ktorá sa inštaluje pod určitú neštandardnú podlahu, sa vykonáva podľa normy EN 1365-2.
- Norma EN 13381-2 definuje skúšobnú metódu na určenie schopnosti zvislej ochrannej membrány, ak sa používa ako protipožiarna bariéra, prispievať k požiarnej odolnosti nosných zvislých konštrukčných prvkov vyrobených z ocele, betónu, oceľovo-betónových kompozitov alebo dreva.
- Norma EN 13381-3 definuje skúšobnú metódu na určenie príspevku systémov požiarnej ochrany k požiarnej odolnosti konštrukčných betónových prvkov, ako sú podlahy, strechy a steny. Táto skúšobná metóda zahŕňa aj integrované nosníky a stĺpy.
- Norma EN 13381-4 opisuje skúšobnú metódu na určenie príspevku pasívnych protipožiarnych systémov aplikovaných na požiarnu odolnosť konštrukčných oceľových prvkov používaných ako nosníky alebo stĺpy.
- Norma EN 13381-5 definuje skúšobnú metódu na určenie príspevku systémov protipožiarnej ochrany k požiarnej odolnosti konštrukčných betónových / profilovaných oceľových plechových kompozitných prvkov alebo dosiek.
- Norma EN 13381-6 definuje skúšobnú metódu na stanovenie príspevku systémov požiarnej ochrany k požiarnej odolnosti konštrukčných betónových dutých oceľových stĺpov.
- Norma EN 13381-7 definuje skúšobnú metódu na určenie príspevku zostáv požiarnej ochrany k požiarnej odolnosti konštrukčných drevených prvkov.
- Norma EN 13381-8 definuje skúšobnú metódu na určenie príspevku reaktívnych systémov požiarnej ochrany aplikovaných na požiarnu odolnosť konštrukčných oceľových prvkov používaných ako nosníky alebo stĺpy.
- Norma EN 13381-9 poskytuje skúšobnú metódu na určenie príspevku systémov protipožiarnej ochrany k požiarnej odolnosti konštrukčných oceľových nosníkových prvkov v horizontálnej rovine, ktorá zahŕňa otvory, ktoré ovplyvňujú konštrukčné vlastnosti nosníka.
- Norma EN 13381-10 definuje skúšobnú metódu na určenie príspevku systémov požiarnej ochrany k požiarnej odolnosti kruhových a pravouhlých oceľových tyčí používaných ako ťažné prvky.
Požiarna Odolnosť Muriva a Deliacich Stien
Zvislé stavebné konštrukcie, ktoré oddeľujú časti stavby na jednotlivé priestory, musia rovnako ako obvodové steny spĺňať viacero požiadaviek. Deliaca stena musí spĺňať určité požiarnotechnické parametre podľa typu danej konštrukcie a účelu, na ktorý je určená.
Požiarne steny oddeľujú susediace požiarne úseky, prípadne susediace budovy vo vodorovnom smere. Ich požiarna odolnosť sa stanovuje podľa vyššieho stupňa požiarnej bezpečnosti dvoch susediacich požiarnych úsekov. Požiarne stropy oddeľujú susediace požiarne úseky vo zvislom smere. Ich požiarna odolnosť a druh konštrukcie sa určia podľa stupňa požiarnej bezpečnosti úseku, ktorý ohraničujú, a to v závislosti od ich nosnej funkcie. Súčasti obvodových stien sú aj požiarne pásy.
Ak vykazuje obvodová stena (alebo jej časti, napr. okno) požiarnu odolnosť alebo obsahuje iný druh konštrukcie, ako sa požaduje, posudzuje sa ako úplne alebo čiastočne požiarne otvorená plocha. V budovách s troma a viacerými nadzemnými podlažiami musia požiarne deliace a nosné konštrukcie vykazovať požiarnu odolnosť najmenej 30 minút.
Vplyv Požiaru na Oceľové Konštrukcie
Veľkým zdrojom nebezpečenstva pri oceli ostáva aj jej teplotná rozťažnosť. Napríklad pri zahriatí oceľového nosníka s dĺžkou 10 m na 400 °C sa tento nosník predĺži asi o 50 mm. Pri dokonale ukotvených konštrukciách bez možnosti voľného predĺženia sa medze prieťažnosti dosahujú už pri 100 °C. Pri konštrukciách ohrozených požiarom treba preto sledovať ich dostatočnú dilatáciu.
Vplyvom tepelnej rozťažnosti valcovaných oceľových nosníkov dochádza k týmto prípadom porúch:
- nosník vytláča časť muriva,
- nosník sa deformuje,
- nosník vychýli stenu zo zvislej polohy.
Z dôvodov dĺžkovej dilatácie by sa preto konce oceľových nosníkov nemali úplne zamurovávať. Tuhé oceľové konštrukcie by sa mali posudzovať s ohľadom na meniace sa hodnoty súčiniteľa dĺžkovej teplotnej vodivosti α, pretože pri vyšších teplotách (nad asi 700 °C) sa hodnota α líši oproti používanej hodnote α = 12.10-6 K-1 až o 20 %.
Pri prechodnom zohriatí na vyššie teploty sa mechanické vlastnosti ocele prakticky nestrácajú, a ak sa pri požiari nezdeformuje, možno ju po požiari opäť použiť. Normatívne požiadavky požiarnej odolnosti oceľových nosníkov alebo stĺpov možno zabezpečiť použitím napr. protipožiarne obklady. Požiarne opláštenie môže mať dĺžku max. 1 000 mm na každý prvok.
Požiarna Odolnosť Drevených Konštrukcií
Drevo je nesporne najstarším materiálom používaným na stavanie budov. Po nástupe ocele a betónu v stavebníctve im drevo ustúpilo a udržalo si úlohu len v lesnatých oblastiach. Je to len nedávno, čo vďaka dôležitosti pripisovanej udržateľnosti stavebných materiálov drevo znovu nabralo na popularite. Napriek svojej horľavosti má drevo z hľadiska požiarnej ochrany dobré vlastnosti.
Drevo pri horení prechádza tepelným rozkladom (pyrolýzou). V poslednej etape vlastného horenia vytvára zuhoľnatenú vrstvu, ktorá má tzv. autoretardačný charakter. Pod touto vrstvou drevo nehorí a 15 mm pod zhoreným povrchom je už drevo úplne neporušené, čo dokazujú nielen fyzikálne vlastnosti (napr. zmena farby), ale aj chemické zloženie dreva, najmä obsah hemicelulóz (ako najcitlivejšej zložky na tepelný rozklad), ktoré boli bez zmeny.
Keďže uhoľ má nulovú únosnosť zaťaženia, nijako neprispieva k stabilite konštrukcie. Keď je drevná hmota vystavená ohňu, jej priemer sa v dôsledku zuhoľnatenia zmenšuje, a preto ochabuje aj jej únosnosť. Rýchlosť uhoľnatenia sa dá celkom presne odhadnúť pomocou jednoduchých rovníc, napríklad od autora T. T. Lieho (trámy a stĺpy).
Faktory ovplyvňujúce horenie dreva:
- Chemické zloženie dreva: Na celkové chemické zloženie dreva [1] sa podieľa celulóza (asi 30 %), hemicelulózy (20-35 %) a lignín (15-35 %). Sprievodné látky, aj keď sú percentuálne málo zastúpené, majú vplyv na horenie.
- Štruktúra dreva: Štruktúra dreva - okrem toho, že podstatne ovplyvňuje ďalšie fyzikálne vlastnosti materiálu, priamo vplýva na ich horenie.
- Hustota dreva: Hustota dreva - je dôležitá vlastnosť, ktorá významnou mierou vplýva na všetky fyzikálne a mechanické vlastnosti dreva [2] a významne vplýva aj na proces horenia.
- Povrch materiálu: Povrch materiálu (jeho kvalita) - je ďalšia fyzikálna charakteristika, ktorá významnou mierou vplýva na horenie.
- Vlhkosť: Obsah vody v dreve je osobitná kapitola v problematike vplyvu fyzikálnych vlastností dreva na priebeh horenia. So zvyšujúcim sa obsahom vody v dreve sa zvyšuje aj odolnosť dreva voči zapáleniu.
- Termodynamické veličiny: Z termodynamických veličín dreva je potrebné (aj z hľadiska požiarnej ochrany) poznať: špecifickú tepelnú kapacitu dreva cd, tepelnú vodivosť m, teplotnú vodivosť a, súčiniteľ prestupu tepla prúdením b a iné.
- Geometrický tvar materiálu: Geometrický tvar materiálu - podstatne vplýva na možnosť zapálenia, rýchlosť a intenzitu procesu horenia.
Hodnoty reakcie na oheň sa pohybujú vo veľmi širokej škále od B po E, v závislosti od uvedených vlastností a retardačnej úpravy. Drevo aplikované v konštrukčných prvkoch drevostavieb má väčšinou triedy reakcie na oheň B-D. Okrem dreva vstupujú do drevostavieb aj drevené veľkoplošné materiály (drevotrieskové dosky, preglejky, OSB dosky a pod.).
Retardácia Horenia a Protipožiarna Ochrana Dreva
Používanie anorganických solí na ochranu dreva proti ohňu bolo známe už z antických čias. Retardéry horenia sú chemické látky, ktoré svojim chemickým a fyzikálnym alebo kombinovaným spôsobom bránia rýchlemu zapáleniu a horeniu. Retardér horenia hrá dôležitú úlohu pri aplikácii nielen na drevo, ale aj na ostatných materiáloch, ako sú napr. elektrické zariadenia a spotrebiče, kábelové elektrické rozvody, podlahové krytiny, textílie (odevy), obklady stien a stropov, plasty, nábytok a iné.
Typy retardérov horenia:
- Prvú skupinu tvoria retardéry, ktoré uvoľňujú nehorľavé plyny v tom tepelnom rozsahu, kedy sa tvoria aj horľavé plyny, ako produkty rozkladu dreva.
- Druhú skupinu tvoria retardéry, ktoré kumulujú teplo z tepelného zdroja a takto ten zdroj „ochladzujú“.
- Tretiu skupinu tvoria intumescentné-penotvorné retardéry horenia. Ich účinnosť je najvyššia, tým aj aplikácia najširšia.
- Štvrtým typom retardérov sú retardéry mechanického typu, ako sú napríklad fólie a rôzne obklady z nehorľavých materiálov.
Aplikácia retardérov a ich vplyv na materiály:
Správny výber retardéru, jeho kvalitná aplikácia a odborné ohodnotenie podmienok, v ktorých bude retardovaný materiál vystavený, dáva záruku kvalitnej retardácie. Spôsob aplikácie nám určuje druh samotného retardéru, napríklad intumescentné retardéry je možné aplikovať len náterom. Retardéry prvej skupiny, ktoré sú na báze vodorozpustných roztokov anorganických solí, môžeme aplikovať náterom, máčaním alebo impregnáciou.
Kvalitný intumescentný náter nám môže zaručiť dobrú retardačnú úpravu, ale v mnohých prípadoch nám nemôže zaručiť dlhodobý úspech tejto úpravy. Preto sa častejšie obraciame ku komplexnejšiemu riešeniu tohto problému, a to je retardačná úprava celého veľkoplošného materiálu v hmote. Pri tejto úprave narážame na jeden problém, väčšina retardérov vplýva na fyzikálne a mechanické vlastnosti veľkoplošného materiálu.
Špecifiká pre drevotrieskové dosky:
Požiarno-technické vlastnosti drevotrieskových dosiek sú charakterizované hlavne vstupujúcimi materiálmi, t. j. použitá drevina, použité lepidlo, prípadne iné prísady. Plošne lisované drevotrieskové dosky majú lepšie požiarno-technické vlastnosti ako drevotrieskové dosky výtlačne lisované. Drevotrieskové dosky s vyššou hustotou vykazujú pozitívnejšie požiarnotechnické vlastnosti.
Špecifiká pre preglejky:
Preglejky sú z požiarnotechnického hľadiska úplne iným veľkoplošným materiálom ako drevotrieskové dosky, aj napriek tomu, že základným stavebným prvkom je dyha. Retardácia horenia preglejok je možná nasledujúcimi spôsobmi. Veľmi účinný, ale ekonomicky náročný spôsob je impregnácia dýh retardérom horenia. Ďalší spôsob je úprava lepidla, ktorým sa lepia dyhy v preglejke.
Špecifiká pre drevovláknité dosky:
Požiarno-technické vlastnosti drevovláknitých dosiek možno jednoznačne zaradiť medzi najhoršie zo všetkých veľkoplošných materiálov.
Výpočet a Hodnotenie Požiarnej Odolnosti Drevených Prvkov
Ak má drevo z hľadiska horľavosti pomerne nepriaznivú bilanciu, z hľadiska požiarnej odolnosti je na tom pomerne dobre. Drevo si pomerne dlhý čas zachováva svoju stabilitu. Je to dané samotným procesom horenia dreva. Po termickej degradácii, ale aj po reálnom požiari môžeme na dreve identifikovať určité zóny s konkrétnymi rozdielnymi vlastnosťami vrstiev dreva. Pod touto vrstvou drevo nehorí a 15 mm pod zhoreným povrchom je už drevo úplne neporušené, dokazujú to nielen fyzikálne vlastnosti (napr. zmena farby), ale aj chemické zloženie dreva, najmä obsah hemicelulóz (ako najcitlivejšej zložky na tepelný rozklad), ktoré boli bez zmeny.
Mechanické vlastnosti dreva - prírodného heterogénneho (čo do chemického zloženia, ale aj vlastností) [8] anizotropného materiálu sú pomerne náročné na riešenie a podrobne sú spracované v odborných prácach a na základe ich výsledkov zakotvené v normách.
Výpočet požiarnej odolnosti uvedenými metódami [5, 10, 11, 12] dáva spoľahlivý obraz o chovaní sa drevených prvkov konštrukcie v stavbe za požiaru. Je citlivý na zmeny a okolnosti, za ktorých je drevený prvok konštrukcie požiaru vystavený. Ako príklad uveďme drevený nosník namáhaný na ohyb, pri ktorom je požadovaná požiarna odolnosť 60 min. Všetky parametre dreva v nosníku budú konštantné, budú sa meniť len podmienky na základe ktorých sa bude meniť prierez nosníka. Pri pôsobení ohňa z troch strán (2× dĺžka 1× šírka) rozmer 180 × 120 mm pri výpočte bez zaoblenia rohov nevyhovuje, vypočítaná požiarna odolnosť 55 minút.
Nové postupy na stanovenie požiarno-technických vlastností, retardácie a požiarnej odolnosti drevených prvkov konštrukcií sú exaktnejšie, presnejšie a ekonomickejšie. Nevyžadujú skúšanie, ktoré je náročné pri požiadavke stanoviť požiarnu odolnosť pre väčší počet.