Zkoušení požární odolnosti protipožárního instalačního kanálu
Při vytvoření nového výrobku, který má být použitelný pro zvýšení ochrany obyvatelstva i majetku v případě požáru, je nutné splnit všechny předepsané požadavky, jež jsou pro takový výrobek stanoveny. Stěžejní a nezbytnou zkouškou, která je požadována, je zkouška požární odolnosti. Požaduje-li se stanovení požární odolnosti z hlediska ochrany instalací, které slouží k napájení životně důležitých přístrojů a zařízení, jehož selhání by ohrozilo bezpečnost lidí, musí být výrobek navržen a proveden takovým způsobem, aby si zachoval celistvost a izolační funkci během příslušného požárního namáhání.
Podmínky a příprava zkoušky
Všechny činnosti související se zkouškou, včetně přípravy a samotného zkoušení, se provádí podle norem třídy 7308 – Požární bezpečnost staveb, v nichž je dokonale popsán celý postup zkoušky a požadavky, jež při ní musí být dodrženy.
Pro přípravu i průběh zkoušky byly použity především tyto normy:
- ČSN EN 1363-1 Zkoušení požární odolnosti – Část 1: Základní požadavky
- ČSN EN 1363-2 Zkoušení požární odolnosti – Část 2: Alternativní a doplňkové postupy
- ČSN EN 1363-3 Zkoušení požární odolnosti – Část 3: Ověřování charakteristik pecí
Tyto normy stanovují základní požadavky pro určení požární odolnosti různých prvků stavebních konstrukcí vystavených podmínkám působení požáru a všechny okolnosti se zkouškami spojené.
Pro posouzení požární odolnosti kompozitního prvku je nejdůležitější kritérium celistvosti a izolace.
Kritérium celistvosti je definováno jako doba uběhnutého času v celých minutách, po kterou zkušební prvek zachovává při zkoušce svou dělicí funkci, aniž by došlo ke vznícení přiloženého bavlněného polštářku, nebo výskytu trhlin umožňujících průchod speciální měrky, nebo souvislému plamennému hoření na vnější neohřívané straně zkušebního tělesa [1].
Kritérium izolace je pak definováno jako doba uběhnutého času v celých minutách, po kterou zkušební prvek zachovává při zkoušce svou dělicí funkci, aniž by na neohřívané straně byly dosaženy teploty, které způsobí:
- vzrůst průměrné teploty nad počáteční průměrnou teplotu o více než 140 °C; nebo
- vzrůst teploty v kterémkoliv místě nad počáteční průměrnou teplotu o více než 180 °C.
Počáteční průměrná teplota je průměrná teplota na neohřívaném povrchu na počátku zkoušky.
Obr. 1 Detail normového zatížení ocelovým řetězem
Obr. 2 Kanál na podpěrné zídce je stažen sponami a opatřen termočlánky
Příprava kanálu ke zkoušce probíhala ve zkušebně týden před vlastní zkouškou z důvodu nutného kondicionování vzorku ve zkušební místnosti a peci. Kanál byl zkoušen v horizontálním směru na zatížení ohněm vně kanálu.
Kanál byl instalován na podpůrnou zídku z pórobetonových tvárnic. Jelikož se kanál zkouší zatížený normovým zatížením, které musí odpovídat zatížení v praxi, byl do něj vložen ocelový řetěz, jež toto zatížení spolehlivě simuloval (obr. 1).
Délka zkoušeného kanálu činila 6 metrů, přičemž 4 m byly umístěny v peci a 2 m mimo pec. Zkušební sestava musí dle normy obsahovat nejméně jeden spoj uvnitř pece, což v našem případě vzhledem k metrovým segmentům celé sestavy, navíc rozděleným na kanál a víko, nebylo těžké splnit. Všechny spoje a mezery byly tmeleny elastickým protipožárním tmelem Hilti CP 601S. Pro dokonalé utěsnění víka s kanálem byly navíc použity ocelové spony (2 kusy na metr kanálu), které po obvodu kanál s víkem obepínaly.
Prostup kanálu přední stěnou pece, která má tloušťku 100 mm byl vyřešen pomocí postupu firmy Hilti ČR pro VZT potrubí. Samotný kanál je v místě prostupu obložen pásy minerální izolace tloušťky 25 mm a šířky 80 mm, zbylý prostor (z každé strany přibližně 10 mm) je pak zatmelen elastickým tmelem.
Na stěny kanálu a také na přední vstup byly umístěny termočlánky pro sledování teploty pro hodnocení izolačních schopností kanálu při jeho vystavení požáru.
Provedení zkoušky
Samotná zkouška probíhala za přítomnosti dvou zástupců Výzkumného ústavu stavebních hmot, a.s. a tří pracovníků zkušebny Pavus, a.s. v požární zkušebně ve Veselí nad Lužnicí. Během zkoušky byla provedena komplexní fotografická dokumentace.
Termočlánky byly připojeny k řídícímu počítači, na kterém bylo možné sledovat celý průběh zkoušky, a který také velice podrobně zaznamenává všechna potřebná data během zkoušky a reguluje zařízení, jež jsou pro zkoušku potřeba. Do otvorů v bocích pece byly umístěny čtyři plynové hořáky, které dle normové křivky nárůstu teploty simulují požár.
Sledované parametry při zkoušce jsou popsány výše, pro připomenutí je zde však shrnuto to nejdůležitější. Na termočláncích v přední části kanálu nesmí teplota po celou dobu zkoušky překročit 300 °C; na stěnách pak nesmí vzrůst průměrná teplota ze všech termočlánků o 140 °C nad počáteční teplotu – to jsou základní požadavky pro dodržení kritéria izolace při zkoušce. Kritérium celistvosti je splněno, pokud se na kanálu vně pece neobjeví žádná trhlina.
Zkouška byla zahájena po krátké kontrole funkčnosti všech zařízení a zapálení hořáků. Při dosažení teploty 50 °C na termoelektrickém článku v peci se začínal odpočítávat čas.
Obr. 3 Z otvoru v čele kanálu uniká během zkoušky vodní pára
Brzy po zahájení zkoušky začala ze vstupu kanálu unikat pára jako důsledek uvolňování vody z materiálu. Je-li sádra, resp. její hydratovaná forma, vystavena teplotám nad 160 °C, uvolňují se z 10 kg materiálu až 2 litry vody ve formě vodní páry. Ve struktuře sádry jsou vázány molekuly vody, což vyplývá z jejího chemického složení CaSO4‧2H2O, kdy na každou molekulu síranu vápenatého připadají dvě molekuly vody. Důležitým aspektem také je, že při odbourávání vody z krystalové mříže sádrovce se spotřebuje velké množství tepelné energie. Díky tomu všemu mají materiály na bázi sádry výborné protipožární vlastnosti [2].
V průběhu zkoušky bylo možné sledovat kanál okénky ve stěnách pece. Bylo vidět, jak postupně dochází k popraskání tmelu a také k tvarovým, resp. objemovým změnám segmentů kanálu, které jsou viditelné na obrázku níže.
Obr. 4 Pohled do pece během zkoušky na zvětšující se mezeru mezi víky
Obr. 5 Sledování doby zachování dělící funkce (kritérium izolace)
Po celou dobu zkoušky byla netrpělivě sledována doba, po kterou kanál vyhoví podmínkám norem. Výsledek byl velice příznivý, dokonce předčil očekávání – doba požární odolnosti kanálu byla 120 minut [3].
Závěr
Stěžejní zkouškou, která plně charakterizuje nejdůležitější vlastnost protipožárního instalačního kanálu ze sádrového kompozitu vyztuženého čedičovým vláknem, je zkouška požární odolnosti. Po více než tříletém výzkumu a vývoji byla vyvinuta finální hmota, ze které bylo možné vyrobit kanál, jež měl podle předběžných zkoušek odolat požárnímu zatížení minimálně 90 minut. Po řádné přípravě a výrobě dostatečného množství reprezentativních segmentů kanálu v rámci poloprovozní malosériové výroby byla zkouška v Požární zkušebně 1026 společnosti Pavus, a.s. uskutečněna. Po ukončení zkoušky mohlo být konstatováno, že protipožární instalační kanál odolal zatížení po dobu 120 minut a byl tedy klasifikován ve třídě EI 120 (o→i) ho (splňuje kritérium celistvosti a izolace po dobu 120 minut při požáru vně kanálu uloženého v horizontálním směru).
Tento příspěvek byl vypracován v rámci řešení projektu FR-TI1/216. Tento projekt byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu ČR.
Literatura
- [1] ČSN EN 1363-1 Zkoušení požární odolnosti – Část 1: Základní požadavky. Praha: Český normalizační institut, únor 2000. 44 s.
- [2] HEJHÁLEK, Jiří. Sádrové materiály a jejich fyzikální vlastnosti. Stavebnictví a interiér [online]. 2008, č. 6 [cit. 2014-04-30]. Dostupné z: http://www.stavebnictvi3000.cz/clanky/sadrove-materialy-a-jejich-fyzikalni-vlastnosti/
- [3] FRANK, M.; SMETANOVÁ, L. Požárně odolné kompozitní prvky – výzkum, vývoj a zkoušení. In: Ekologie a nové stavební hmoty a výrobky. Brno: Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s., 2013, s. 127–130. ISBN 978-80-87397-14-5.
Test on fire-resistance is a substantial part of necessary verification of a fireproof installation channel, which was developed as an output of the solved project FR-TI1/216.
The final designed fire-resistant mixture with the most appropriate characteristics for this kind of materials was used for pilot production of individual segments of the installation channel. A sample of the fire-resistant channel was assembled according to relevant standards into a testing furnace in the test institute for fire-resistance PAVUS, a.s. in a way, which represents its common using in praxis.
After necessary 1 week conditioning of the channel in the furnace environment the test on fire-resistance was carried out with result that the channel reached even better fire-resistance than it was expected according to laboratory results.