Vliv vlhkosti na požárně degradovaný sádrokarton
Foto: Pexels
Zúčastnili jsme se studentské konference Zapálení 2025 a společně s organizátory vybrali několik zajímavých prací. Ing. arch. Petr Hejtmánek, Ph.D. doporučil níže uvedený text z toho důvodu, že jde o málo prozkoumanou oblast s přímým dopadem na požární prevenci, vyšetřování příčin požárů i udržitelnost stavebních materiálů.
Úvod
Ruku v ruce s nárůstem trendů rychlé suché výstavby narůstá i obliba sádrokartonových konstrukcí. Od přelomu tisíciletí, kdy se v České republice vyrobila první sádrokartonová deska, se zastoupení sádrokartonu v novostavbách, ale i rekonstrukcích, několikanásobně zvětšilo. Požár si však nevybírá, díky tomu je sádrokarton přítomen stále na více a více požářištích. Je tak i důležitější prozkoumat a pochopit jeho chování při zvýšených teplotách, následný vliv hasební vody, nebo možnosti jeho recyklace. [1]
Kalcinace sádrokartonu
Charakteristickým projevem sádrokartonu při požáru, který požární vyšetřovatel může sledovat a měřit, a který mu může pomoci zjistit příčinu vzniku požáru, je kalcinace. Jedná se o chemicko-fyzikální proces, při kterém se vlivem teploty odpařuje volná i chemicky vázaná voda ze sádrovce (dihydrát síranu vápenatého). K tomu začne docházet při dosažení 100 °C. Po překročení 220 °C je již všechna voda vypařena a z látky se tak stává anhydrit. V poslední fázi při zvyšování zahřívání se mění krystalická mřížka anhydritu. Kompletní transformace se ustálí při překročení teploty nad 800 °C.
Tento teplotní proces je doprovázený změnami fyzikálních vlastností sádrokartonu. Tak, jak je materiál vystavován teplu a vysoušen, ztrácí postupně svou tvrdost a soudržnost. SDK desky typu A se stávají křehkými. Vlivem vysoušení dochází i k mírnému smršťování materiálu, následkem kterého vznikají trhliny. Aby SDK deska typu DF vyhověla všem požadovaným mezním stavům, přidává se do jejího jádra především větší množství skelných vláken. Jejich přítomnost zvyšuje soudržnost a omezuje vznik trhlin. Ve výsledku díky heterogenitě materiálu je dosaženo i větší pevnosti. [2]
Vliv hasební vody
Voda, která byla vlivem požáru ze sádrokartonu odpařena, může být protipožárním zásahem opět snadno dodána. Schopnost vody vsakovat se a kapilárně vzlínat dehydratovaným sádrokartonem je totiž velká. Nicméně anhydrit síranu vápenatého (CaSO4) už ji zpět do své struktury nepřijme. Nedojde tak ke zpětné reakci, kdy by se z anhydritu znovu stal hemihydrát (sádra) nebo dokonce původní dihydrát (sádrovec) a materiál by se tak stal znovu pevným.
Při přímém zásahu desky tlakovou vodou dojde k jejímu kompletnímu zničení. Když po desce bude voda stékat nebo na ni bude pouze prýštit, k mechanickému poškození nedojde. Voda se do vysušené desky začne vsakovat. Důsledkem toho se částečně znehodnotí důkazy pro požární vyšetřovatele, které ale nejsou ztraceny úplně. Při odebrání vzorků a jejich opětovném vysušení lze opět míru kalcinace efektivně změřit. [3, 4]
Sada vzorků
Pro odběr vzorků sádrokartonu byl sestaven zkušební rám o rozměrech 1 250 mm × 1 000 mm a tloušťce 112,5 mm opláštěný rozpůleným dvojzáklepem tloušťky 2×12,5 mm. Na jedné polovině byla použita obyčejná stavební deska Rigips RB (typ A). Druhá polovina byla zaklopena protipožární deskou Rigips RF (typ DF). Rám byl vystaven účinkům teplotní normové křivky ISO 834 po dobu 20 minut v peci MiniFUR. Po samovolném zchladnutí byly odebrány 3 vzorky z 1. exponované vrstvy z obou sádrokartonových desek.
Kvůli rozdílnému složení a struktuře desek byly vzorky odebírány různými způsoby. Zatímco z desky typu A stačilo jednotlivé kousky sádrokartonu opatrně vylomit. Vzorky z protipožární desky typu DF byly vyřezány vykružovací korunkou o průměru 7 cm. Díky tomu jsou vzorky z této desky stejně velké a stejně těžké. Vylámané vzorky z desky typu A mají rozdílné počáteční hmotnosti.
Obr. 1a Zkušební rám opláštěný dvojitým záklopem SDK deskou typu A a typu DF
Fig. 1a Test frame sheathed with non-fire-resistant and fire-resistant plasterboard
Obr. 1b Základní vybavení pro rovnoměrné vystavování vzorků vlhkosti
Fig. 1b Basic equipment for uniform exposure of moisture samples
Zrealizovaná zkouška
Zkouška proběhla na sadě 6 výše popsaných vzorků, které byly vystaveny rovnoměrnému vlivu vody po dobu 24 hodin. Jednotlivé kusy sádrokartonu byly položeny na plně nasycené syntetické houbičky ponořené po okraj do nádoby s vodou. Každý vzorek byl pravidelně vážen na laboratorních vahách v předem určených intervalech, které byly stanoveny na základě zkušebního testu. V prvních 5 minutách byly vzorky měřeny každou minutu. Následně se interval prodlužoval až na dobu 2 hodin. Předposlední měření proběhlo po 12 hodinách od položení vzorečku na houbu, a to úplně poslední po 24 hodinách.
Po posledním měření byly pravidelně vykroužené vzorky oblepeny izolepou kolem dokola a zespodu podlepeny. U vzorků z desky typu A, díky svým nepravidelným tvarům, oblepení nebylo možné. Byly tak alespoň izolepou podlepeny. Tyto kroky byly podniknuty ve snaze docílit pouze 2D odparu z čelní strany vzorků, tak jako by tomu bylo ve skutečnosti v ploše desky. Měření probíhalo 6 dnů, po kterých se stal sledovaný hmotností úbytek téměř neměřitelným.
Cílem zkoušky nebylo simulovat vliv tlakové vody, ani vystavit vzorek omezenému množství hasební vody tak, jako by tomu bylo v reálném prostředí. Naopak nás zajímala schopnost absorpce a evaporace vody požárně degradovaným sádrokartonem, její rychlost a vliv nasycení na tvrdost materiálu. Tato laboratorní zkouška byla vybrána na základě neexistujícího dostupného poznání chování požárně degradovaného sádrokartonu a vlivu vody, a také pro složitost a náročnost měření větších vzorků.
Současně se zkoušením požárně degradovaných vzorků probíhalo i měření na první pohled nedegradovaných vzorků sádrokartonu. Tyto vzorky se však následně ukázaly také jako částečně tepelně znehodnocené. Výsledky z jejich měření tak nejsou zcela reprezentativní. Budou publikovány v plánovaném druhém kole zkoušky.
a
b
Obr. 2 Graf poměru hmotnosti absorbované vody k počáteční hmotnosti vzorku a) desky typu A, b) desky typu DF v čase
Fig. 2 Graph of the ratio of the mass of water absorbed to the initial mass of the sample a) nonFR board, b) FR board over time
a
b
Obr. 3 Graf poměru hmotnosti odpařené vody k počáteční hmotnosti vzorku a) desky typu A, b) desky typu DF v čase
Fig. 3 Graph of the ratio of the mass of water evaporated to the initial mass of the sample a) nonFR board, b) FR board over time
Vyhodnocení
Schopnost absorbovat vodu je vázána na chemické složení jednotlivých desek. Čím více je v jádře obsažena sádra, tím lépe a rychleji deska vodu přijímá. V případě nepožární desky, kde se prakticky nenachází nic jiného než sádra, je nárůst hmotnosti zhruba o 20 % větší než u požární desky, která obsahuje větší množství různých příměsí, především skelných vláken.
Z grafů je také patrné, že k nejdramatičtějšímu nárůstu hmotnosti dochází v prvních několika minutách po vystavení vzorků vodě. Následně dochází k postupnému zpomalování příbytku, až se dosáhne bodu plného nasycení.
Vysychání je vázáno především na počáteční velikost vzorku. Z požární desky byly vzorky vyřezávány. Díky tomu bylo docíleno stejných rozměrů a podobných průběhů odpařování vody. Zatímco odlamované vzorečky z nepožární desky se rozměrově na počátku neshodovaly. Lze tedy vyčíst, že nejmenší vzorek 3 se vody zbavil o více než 24 hodin dříve než největší vzorek 1.
Z naměřených hodnot lze vysledovat i účinnost izolepového obalu vzorů, který byl aplikován, aby bylo dosaženo pouze plošného odparu, tak jako by tomu bylo u skutečné desky ve stěně nebo stropu. Vykroužené vzorečky z desky typu DF šlo snadno oblepit zespodu i ze stran. Zatímco odpar u nepravidelných vzorků z desky typu A, které byly podlepeny pouze zespodu, je rychlejší.
Závěr
Provedený experiment, zaměřený na zjištění schopností absorpce a evaporace sádrokartonu a jejich rychlosti, přinesl nad očekávání dobrá data. Všechny vzorky se chovaly logicky a přinesly nám základní poznání pro další plánované zkoušky. Vystavení vzorků požárně degradovaného sádrokartonu vodnímu prostředí se ukázalo jako smysluplné.
Společně se zkouškou požárně zdegradovaného sádrokartonu probíhalo i měření zdravých vzorků, které nebyly vystaveny vlivu požáru v požární peci. Jejich chování vykazuje jisté rozdíly. Tím nejzásadnějším je pomalejší a menší nasákavost. Výsledky a detailní porovnání obou materiálů bude jedním z výstupů diplomové práce autora.
Poděkování
Výzkum, který je prezentován v tomto článku je součástí realizace projektu BV MV Inovace a rozvoj nástrojů v oblasti zjišťování příčin vzniku požárů VJ01010046.
Literatura
- Sádrokarton se v Česku vyrábí již 25 let. Cihlu dohnal a překonal. TZB-info [online]. [vid. 2025-05-07]. Dostupné z:
https://stavba.tzb-info.cz/stavebni-desky/26836-sadrokarton-se-v-cesku-vyrabi-jiz-25-let-cihlu-dohnal-a-prekonal - LUBOŠ SVOBODA A KOLEKTIV. Stavební hmoty [online]. 2018. Dostupné z:
https://k123.fsv.cvut.cz/media/subjects/files/123SH01/kniha-stavebni-hmoty.pdf - Lokalizace kriminalistického ohniska pomocí metody měření hloubky kalcinace sádrokartonových desek. TZB-info [online]. [vid. 2025-03-13]. Dostupné z: https://www.tzb-info.cz/pozarni-bezpecnost-staveb/16873-lokalizace-kriminalistickeho-ohniska-pomoci-metody-mereni-hloubky-kalcinace-sadrokartonovych-desek
- MEALY, Christopher L. a Daniel T. GOTTUK. A STUDY OF CALCINATION OF GYPSUM WALLBOARD. In: ISFI 2012: Proceedings of the 5th International Symposium on Fire Investigation Science and Technology. B.m.: National Association of Fire Investigators, International, nedatováno.
Oceněný studentský článek v rámci konference ZAPÁLENÍ 2025.
Článek se zabývá analýzou chování sádrokartonových konstrukcí při hašení požáru, kdy použitou hasební látkou je voda. Proces hašení vodou vyvolává zásadní změny fyzikálních vlastností sádrokartonových desek. Tím, že jsou tepelně namáhány a vysoušeny, ztrácejí mechanické vlastnosti, výsledkem je povětšinou vznik trhlin. Pro omezení vzniku trhlin jsou do jádra desky s požární odolností přidána při výrobě povětšinou skelná vlákna.
Pro lepší pochopení vlivu hasební vody na změnu fyzikálních vlastností desek byl proveden experiment, zaměřený na zjištění schopností absorpce a evaporace sádrokartonu v čase.
Experiment si nekladl za cíl podrobnou analýzu chování desek při hašení vodou. Byly zkoušeny vzorky neporušené vlivem požáru i vzorky požárem degradované.
Závěrem provedených experimentů je konstatování, že zkušební vzorky se při experimentu chovaly předvídatelně, byla získána potřebná data pro pokračování studia problematiky.
This article addresses the issue of the effect of moisture on the characteristic manifestations of plasterboard. It first summarizes the processes of plasterboard in fire. It then highlights the influence of fire-fighting water. Second, it describes an experiment carried out in which fire-degraded plasterboard samples were exposed to water. Their subsequent natural drying was also measured.