Stanovení příspěvku k požární odolnosti dřevěných konstrukcí pomocí požární zkoušky

1. Úvod

Zvýšení požární odolnosti dřevěných konstrukcí se provádí v podstatě dvěma způsoby. Vlastní konstrukce se celá pokryje obkladovým materiálem, nebo se provede nátěr (nebo ev. nástřik), obvykle intumescentním (zpěňujícím) materiálem. Vzniká tak fyzická překážka, zpomalující prostup tepla do vlastní konstrukce, která přispívá k prodloužení doby požární odolnosti. Pro co nejefektivnější a nejhospodárnější, avšak stále bezpečný návrh dřevěných konstrukcí, je třeba dobře porozumět jejich chování při působení požáru. Velmi důležité je správné definování materiálových charakteristik za zvýšených teplot. Požární odolnost dřevostaveb obecně závisí na jejich míře zuhelnatění, která je charakterizována rychlostí zuhelnatění β v mm/min. Pro stanovení požární odolnosti existuje celá řada zjednodušených výpočetních postupů.

Stanovováním příspěvků k požární odolnosti konstrukcí z různých materiálů se zabývají Evropské zkušební normy řady ČSN EN 13381-x. Jsou zaměřeny na stanovení příspěvku k požární odolnosti konstrukčních prvků pro materiály jako jsou ocel, beton, ocelobeton, dřevo. Pro stanovení příspěvku k požární odolnosti konstrukčních prvků ze dřeva je od října 2019 platná nová zkušební norma ČSN EN 13381-7. Tato norma umožnuje stanovit příspěvek k požární odolnosti (zvýšení požární odolnosti) chráněných dřevěných konstrukčních prvků pomocí ochrany aplikované na tento prvek, a to jak časem, po který zkoušený systém požární ochrany dřevo chrání (t_ch), tak i chováním dřeva pod systémem aplikovaným systémem ochrany (v časech t_ch až t_f). Tato zkušební metoda umožňuje podrobně zjistit skutečné chování při požáru jak samotného ochranného materiálů, tak vlastního dřeva pod ochranou, především jeho míru zuhelnatění.

Chování nechráněného dřeva při požáru je lehce předvídatelný děj. Pomocí analytických modelů uvedených v Eurokódu (ČSN EN 1995-1-2) lze relativně přesně a jednoduše stanovit kolik dřeva odhoří za stanovenou dobu (v závislosti na druhu dřeva). Pokud je ale dřevo chráněno např. obkladem, nátěrem nebo nástřikem, jsou v tomto Eurokódu pro chráněné dřevěné prvky uvedena pouze zjednodušená pravidla pro výpočet, a pouze pro omezené množství materiálů. Problém může nastat v oddělení časů počátku zuhelnatění (t_ch) a porušení případně odpadnutí pláště požární ochrany (t_f). Pomocí uvedené zkoušky požární odolnosti lze získat rozdílné časy včetně rychlosti zuhelnatění dřeva pod ochranou (t_ch , t_f a β) a následně s nimi dále počítat podle ČSN EN 1995-1-2, jako se vstupními hodnotami. Pokud protipožární ochranné obložení odpadne, například následkem ztráty přilnavosti nebo selháním uchycení, je toto třeba do výpočtu zahrnout. Dále je velmi důležité správné stanovení času počátku zuhelnatění dřevěného prvku t_ch , kdy jeho povrchová teplota dosáhne hodnoty 300 °C. Po této hodnotě dochází v dalších minutách buď ke snížené míře zuhelnatění (případ kdy ochrana proti požáru ještě neodpadla), nebo ke zvýšené míře zuhelnatění (stanovení času t_f , tzn. protipožární ochranné obložení již odpadlo).

2. Požární zkoušky nosníků chráněných SDK deskou

V červenci r. 2020 byly v Požární zkušebně PAVUS, a.s., ve Veselí nad Lužnicí, pro společnost Saint-Gobain Construction Products CZ a.s. – Divize Rigips, provedeny zkoušky požární odolnosti chráněných nosníků (fotodokumentace viz Obrázek 1), podle nové zkušební metody ČSN EN 13381-7. Nová norma se oproti původní předběžné normě (ČSN P ENV 13381-7 z roku 2003) významně liší, a to jak konstrukcí zkušebního vzorku, tak výstupy (data získaná ze zkoušky) včetně způsobu výpočtů. Zkouškou byly stanoveny časy t_ch (počátek zuhelnatění na povrchu dřevěného prvku), t_f (čas porušení přídržnosti ochrany) a rychlost zuhelnatění dřevěného prvku β.

Zkušební vzorek zatíženého nosníku obsahuje požadovaný počet termoelektrických článků, které se umisťují mezi jednotlivé vrstvy obložení a na povrch dřevěného prvku pro stanovení času počátku zuhelnatění (t_ch). Současně s ním se zkouší i zuhelňující vzorek („charring specimen“), uvnitř kterého jsou navrtané otvory s termoelektrickými články v daných tloušťkách a rozestupech (Obrázek 2) pro stanovení rychlosti zuhelnatění β₂ v časech (t_ch až t_f).

Rychlost zuhelnatění dřevěného prvku (závislost rychlosti zuhelnatění na čase) je ovlivněna použitým systémem ochrany proti požáru. Následující graf (Obrázek 3), stanovený na základě požární zkoušky s dvojitým opláštěním pomocí SDK desky Rigips RF (DF), znázorňuje rychlost zuhelnatění dřevěného prvku v čase. Po porušení ochrany proti požáru, tedy od času, kdy je teplota dřevěného prvku rovna 300 °C (t_ch), nastává redukovaná míra zuhelnatění (křivka 2a, obr. 3). To se děje až do doby, kdy odpadne nebo se poruší systém ochrany (t_f) a dřevěný prvek je přímo vystaven požáru. Poté nastává zvýšená míra zuhelnatění (křivka 2b, obr. 3). Jakmile je dosaženo času (t_a), kdy hloubka zuhelnatění vzroste až na 25 mm, nebo se hloubka zuhelnatění rovná hloubce zuhelnatění téhož nechráněného prvku, rychlost zuhelnatění dosahuje opět rychlosti zuhelnatění nechráněného prvku (křivka 2c, obr. 3). V některých případech může dojít k tomu, že t_ch = t_f , v tom případě odpadá fáze redukované míry zuhelnatění.

V následující tabulce (Tabulka 1) jsou porovnané hodnoty (t_ch , t_f a β) pro nosník dvojitě opláštěný SDK deskou tl. 15 mm, vypočítané podle Eurokódu (ČSN EN 1995-1-2) a hodnoty získané z požární zkoušky provedené podle ČSN EN 13381-7.

3. Závěr

Velmi důležitou roli v požární ochraně dřevěných konstrukcí hrají obkladové materiály, které významně přispívají k požární odolnosti celé konstrukce. Výpočetní postupy udávané Eurokódem (ČSN EN 1995-1-2) jsou aplikovatelné pouze na omezené množství obkladových materiálů. Tuto absenci výpočetních postupů lze nahradit zkušební normou ČSN EN 13381-7. Pomocí nové zkušební metody ČSN EN 13381-7 pro stanovení příspěvku k požární odolnosti dřevěných prvků lze velmi přesně zjistit chování daného systému ochrany proti požáru a chráněného dřeva. Pro mnoho ochranných materiálů je to jediný způsob, jak stanovit čas porušení / odpadnutí pláště této ochrany, čímž dojde k navýšení požární odolnosti chráněné konstrukce stanovené podle ČSN EN 13381-7. Pomocí zkušební metody lze zkoušet jakýkoliv ochranný materiál/systém a pro reaktivní nátěrové ochranné materiály je to i jediná možnost, jak stanovit podklady pro určení požární odolnosti chráněné dřevěné konstrukce podle Eurokódu (ČSN EN 1995-1-2). Zvýšení požární odolnosti chráněných dřevěných konstrukcí umožňuje dosažení jejich lepší konkurenceschopnosti oproti jiným, tradičním materiálům, jako jsou beton, zdivo, ocel.

Seznam literatury

1. ČSN EN 1995-1-2, Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí – Část 1-2: Obecná pravidla – Navrhování konstrukcí na účinky požáru.
2. ČSN EN 13381-7, Zkušební metody pro stanovení příspěvku k požární odolnosti konstrukčních prvků – Část 7: Ochrana aplikovaná na dřevěné prvky.
3. Charvátová, M. Požární odolnost lehkých dřevěných skeletů vícepodlažních budov. Disertační práce, ČVUT v Praze, 2017.

---

Komentář Ing. Josef Hruban – IZOSTAV k tématu

Nespornou výhodou použití transparentního protipožárního intumescentního nátěrů, na rozdíl od obkladů, je možnost zachování původního vzhledu dřevěné konstrukce.
Společnost Ing. Josef Hruban – IZOSTAV již dvacet let dodává na český a slovenský trh italské nátěry AITHON. Intumescentní nátěr PLAMOSTOP D - AITHON PV33 zvyšuje požární odolnost dřevěných stěn, stropů, sloupů a nosníků na 15 až 60 minut. Nátěr splňuje třídu reakce na oheň B, dále vykazuje nulové šíření plamene po povrchu a výrobce deklaruje minimální prokázanou bezporuchovou životnost 20 roků.
Plně transparentní protipožární nátěr je oblíbený nejenom při úpravách podkroví, kanceláří a dalších obytných prostor vybavený dřevěnými prvky, ale také při renovacích historických objektů po celé Evropě, kde uživatelé ocení uchování přirozené krásy dřeva.
Podrobné informace naleznete na www.izostav.cz

Komentář PROMAT k tématu

Další alternativou zajištění požární odolnosti dřevěných konstrukcí je použití protipožárního nátěru PROMADUR^®.

Aplikací tohoto nátěru získáte ke zvýšení požární odolnosti dřevěného prvku, navíc snížení třídy reakce na oheň B a také možnost zajištění až nulového šíření plamene po povrchu i_s. Hlavní výhodou tohoto nátěru je zajištění zachování vzhledu dřevěných prvků, ať se jedná o použití v nových stavbách, nebo při rekonstrukci historických staveb. Velkou popularitu získalo také využívání podkrovních prostor, kde jsou stávající nevyužité půdní prostory přestavovány nejčastěji na prostory pro bydlení, ubytování nebo kanceláře. Dřevo je přírodní, velmi příjemný materiál, a je častým přáním investorů a architektů zachovat dřevo v interiéru v jeho přirozené podobě.

Přesně tyto požadavky splňuje právě protipožární nátěr PROMADUR^® v bezbarvém provedení. Díky tomu, že je nátěr po aplikaci a dokonalém vyschnutí zcela transparentní, vypadají dřevěné prvky, jako by byly pouze nalakované. Více naleznete na www.promatpraha.cz.