Odpowiednie zabezpieczenie przeciwpożarowe konstrukcji drewnianych i stalowych pozwala na ochronę przed skutkami pożaru. Poniżej przedstawiamy kilka poglądowych przykładów przeciwpożarowego zabezpieczenia konstrukcji.
Materiał konstrukcji budowlanych
W drewnianych konstrukcjach budowlanych stosuje się głównie drewno iglaste – sosnowe lub świerkowe. Ten materiał drzewny w konstrukcjach budowlanych nie jest szczególnie odporny na ogień i łatwo się pali. Ma jednak dwie pozytywne cechy:
- nie rozprzestrzenia temperatury, co sprawia, że wewnętrzny, nie dotknięty bezpośrednio ogniem przekrój belki drewnianej utrzymuje swoje właściwości wytrzymałościowe,
- drewno w trakcie pożaru się zwęgla, co powoduje, że ogień traci pożywkę i znacznie spowalnia swój rozwój – tworzy się zewnętrzna warstwa ochronna, izolująca i ograniczająca dopływ tlenu.
W niewielkim przekroju elementu drewnianego, przy stałym dopływie powietrza następuje szybka penetracja płomienia do wnętrza przekroju i utrata właściwości wytrzymałościowych. Ale masywny, krępy przekrój drewna pozwala na osiągnięcie odporności ogniowej rzędu R15 lub nawet R30.
Dlatego podstawową techniką zabezpieczenia ogniowego jest dobór odpowiednio dużego przekroju drewna. Dodatkowym wymogiem jest tutaj brak wewnętrznych spękań, które mogą ułatwić penetrację przekroju przez ogień. Taką cechą charakteryzują się w szczególności elementy z drewna klejonego.
Osiągnięcie wyższej klasy odporności ogniowej konstrukcji wymaga zastosowania środka chroniącego materiał przed destrukcyjnym działaniem ognia. Takimi środkami są:
- impegnacja ogniochronna,
- farba ogniochronna,
- obudowa i izolacja materiałem niepalnym.
Impregnacja ogniochronna
Zabieg polega na nasyceniu drewna środkiem chemicznym, którego zadaniem jest opóźnienie zapłonu drewna oraz spowolnienie rozprzestrzeniana ognia. W reakcji z ogniem preparat tworzy w drewnie trudnozapalną warstwę węglową lub krzemianową, czasowo ograniczającą dalszą penetrację przez ogień przekroju elementu drewnianego. Impregnaty to wodne roztwory soli, zawierające związki fosforu, boru, amonu i magnezu.
Impregnację wykonuje się jednym z dwóch metod:
- Impregnacja ciśnieniowa – wykonuje się ją z zastosowaniem autoklawu. Ta metoda jest najbardziej skuteczna. Umożliwia głębokie nasycenie elementu drewnianego impregnatem. Drewno umieszczone w autoklawie poddawane jest kolejno:
- działaniu próżni odsysającej powietrze z wewnętrznych porów,
- nasycaniu impregnatem pod ciśnieniem,
- próżni osuszającej.
- Impregnacja zanurzeniowa – suchy materiał drzewny umieszczany jest w otwartym zbiorniku z impregnatem, który przedostaje się do wnętrza drewna w procesie przenikania kapilarnego i dyfuzji. Jest to metoda nieco mniej skuteczna od impregnacji ciśnieniowej, pozwala jednak na względnie trwałe zabezpieczenie przekroju drewna.
Opisane metody są skuteczne, ale ich stosowanie ograniczone jest do elementów konstrukcji przed wbudowaniem. Ograniczeniem jest zatem rozmiar autoklawu lub zbiornika z impregnatem.
Powłoki ogniochronne
Tę metodę stosuje się dla istniejących konstrukcji o dużych rozmiarach, przestrzennie rozbudowanych, dla których nie ma możliwości zastosowania impregnacji zanurzeniowej. Metoda polega na nakładaniu na elementy drewniane, zwykle powierzchniowe (np. deskowanie), powłoki z impregnatu ogniochronnego lub specjalnej farby.
Opisane wyżej impregnaty nakłada się pędzlem lub natryskiem. W odróżnieniu od metod ciśnieniowej i zanurzeniowej uzyskuje się w ten sposób zabezpieczenie płytkiej, powierzchniowej warstwy drewna. Dla zapewnienia właściwej ochrony zalecane jest nałożenie 2-3 warstw impregnatu.
Farby ogniochronne, w odróżnieniu od impregantów, nie wnikają w głąb drewna, lecz tworzą powierzchniową warstwę ochronną, nadającą elementom drewnianym wymaganą odporność ogniową. Pozostawiają przy tym naturalny wygląd drewna.
W powłoce z farby ogniochronnej pod wpływem temperatury pożaru zachodzą złożone reakcje chemiczne. Warstwa farby pęcznieje, zwiększając wielokrotnie swoją objętość – tworzy spienioną warstwę izolacyjną, ograniczającą degradację termiczną drewna, opóźniającą zapłon drewna i spowalniającą rozprzestrzenianie się ognia.
Dla zapewnienia właściwej ochrony wymagane jest należyte przygotowanie powierzchni oraz ścisłe przestrzeganie zaleceń producenta.
Obudowa materiałem niepalnym
Jest to metoda stosowana głównie w konstrukcjach, w których elementy drewniane ulegają zakryciu, np. stropach czy ścianach. Często spotykana przy zagospodarowaniu poddaszy pod drewnianą więźbą. Do obudowy stosuje się najczęściej płyty gipsowo-kartonowe. Obudowę łączy się zwykle z niepalną izolacją wełną mineralną.
Przy tej metodzie istotne jest właściwe zaprojektowanie warstw obudowy i dokładne wykonawstwo, dla zabezpieczenia drewna przed zawilgoceniem.
Stal
Jest to materiał o niesamowitych właściwościach wytrzymałościowych. Pozwala na realizację zamierzeń architektonicznych i konstrukcyjnych, nieosiągalnych przy zastosowaniu innych materiałów. Ma jednak swoje wady, w szczególności ujawniające się w trakcie pożaru. Są to:
- względnie wysoka wydłużalność termiczna – wydłużenia elementów stalowych mogą doprowadzić do deformacji samej konstrukcji stalowej albo do zniszczenia innych, sztywnych konstrukcji: np. murów, w których osadzone sa belki stalowe,
- wysoka przewodność cieplna – temperatura szybko rozprzestrzenia się w całej masie konstrukcji stalowej, oddziaływuje także na inne elementy w otoczeniu,
- szybka utrata wytrzymałości przy temperaturach kilkuset °C.
Co dzieje się ze stalą podczas pożaru? Przy długotrwałym pożarze następują kolejno:
- odkształcenie termiczne – liniowe wydłużenie,
- zmniejszenie wytrzymałości i sztywności,
- odkształcenia plastyczne – wyboczenia, ugięcia, deformacja,
- zawalenie konstrukcji.
Do zabezpieczenia konstrukcji stalowych można zastosować metody opisane wyżej przy konstrukcjach drewnianych.
Obudowa materiałem niepalnym
Może być stosowana podobnie jak w przypadku konstrukcji drewnianych. Obudowane zostają stalowe elementy konstrukcyjne: słupy i belki.
Podobnie jak w przypadku konstrukcji drewnianych stosuje się tu wełnę mineralną i płytę gipsowo-kartonową. Uzyskana odporność ogniowa zależna jest od gęstości (masy objętościowej) zastosowanej wełny mineralnej oraz grubości obudowy. Dlatego dla osiągnięcia oczekiwanej odporności ogniowej konstrukcji konieczne jest właściwe zaprojektowanie obudowy, w tym dobór odpowiednich materiałów. Istotne jest także należyte wykonanie obudowy, dopracowanie szczegółów i ścisłe przestrzeganie rozwiązań projektowych.
Powłoki z farb ogniochronnych
W konstrukcjach stalowych działają one w taki sam sposób, jak opisane wyżej zabezpieczenie konstrukcji drewnianych – tworzą powierzchniową warstwę ochronną, która pod wpływem temperatury pożaru tworzy spienioną warstwę izolacyjną, ograniczającą termiczną degradację stali.
Tutaj także, dla zapewnienia właściwej ochrony, wymagane jest należyte przygotowanie powierzchni oraz ścisłe przestrzeganie zaleceń producenta.
Natrysk ogniochronny
Natryskiwane zaprawy ognioochronne mają różny skład (sucha mieszanka włókien z wełny mineralnej, cementów specjalnych i dodatków modyfikujących lub włókien cementowych, wermikulitu i gipsu). Są one szczególnie przydatne dla konstrukcji, gdzie estetyka wykończenia nie jest elementem kluczowym. Środek nakładany jest na miejscu poprzez natryskiwanie maszynowe warstwą o grubości pomiędzy 10 a 70 mm.
Przy większych grubościach warstwy wymagane jest zastosowanie siatki zbrojeniowej. Natrysk charakteryzuje się wysoką izolacyjnością termiczną i lekkością – nie obciąża nadmiernie konstrukcji. Dodatkowe zalety tej metody to względnie niska cena i dobre pochłanianie dźwięku. Zaprawy ogniochronne pozwalają osiągnąć odporność ogniową konstrukcji nawet do R240.
Technologie zabezpieczeń przeciwpożarowych konstrukcji
Zostały one przez wiele lat dopracowane i sprawdzają się w praktyce. Decyzję o tym, którą metodę wybrać i jakie rozwiązania zastosować należy podjąć w porozumieniu ze specjalistą w zakresie zabezpieczeń przeciwpożarowych, w odniesieniu do konkretnej konstrukcji.
Należy także pamiętać, że zastosowanie opisanych zabezpieczeń nie zwalnia użytkowników obiektów z przestrzegania powszechnie obowiązujących zasad bezpieczeństwa przeciwpożarowego i przepisów o ochronie przeciwpożarowej. Zalecane jest także niezależne zastosowanie aktywnych środków zabezpieczeń: systemu sygnalizacji pożaru lub stałych instalacji gaśniczych (zasada ochrony wielostopniowej).
To pokrótce najważniejsze informacje. Jeżeli jednak chcielibyście poszerzyć temat, to zapraszamy do kontaktu z Krzysztofem Konarskim: krzysztof.konarski@warta.pl.
