Czytaj także -

Aktualne wydanie

Okladka SS-05-2018

20180123-BANNER-160X600-V3-PL FENSTERBAUEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

konferencja 12 kwietnia 2018 1a

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 RODO

RODO baner1

 aby móc przekazywać Ci informacje o nowych wyrobach, technologiach i wydarzeniach

 

 

z branży szklarskiej, okiennej i fasadowej

 

 

zgodnie z nowymi przepisami o ochronie danych osobowych RODO - WIĘCEJ INFORMACJI

 

25575923 

 

20180633kongres ppoz 750x150

 

480x100px RFT18 engl

 

abs banner 480x120 English

 

glass2018 480x120  

 

 

Ogólne zasady dotyczące badań odporności ogniowej elementów przeszklonych Część 4
Data dodania: 29.05.18

W poprzedniej części artykułu, zamieszczonej w „Świecie Szkła” 3/2018, scharakteryzowano kryteria pozwalające na ocenę grożącego zniszczenia konstrukcji. Poniżej opisano warunki badania odporności ogniowej elementów szklanych oraz procedurę badawczą. 

 

 

Warunki badania

 

Badania w zakresie odporności ogniowej przegród przeszklonych przeprowadzane są w ściśle określonych warunkach. Oprócz właściwego dla danego elementu oraz jego zamierzonego zastosowania sposobu nagrzewania komory badawczej istotne jest zachowanie odpowiedniego ciśnienia w piecu oraz zapewnienie odpowiednich warunków środowiskowych przez cały czas badania.

 

Normy [98, 99] szczegółowo opisują warunki jakie powinny panować podczas badania. Wśród wielu wymagań, na szczególną uwagę zasługują opisane poniżej.

 

Temperatura w piecu

 

Badanie można przeprowadzać wg kilku krzywych temperatura-czas, przy czym najpopularniejsza, znajdująca odwołanie w wymaganiach określonych w rozporządzeniu [104], jest tzw. krzywa oddziaływania standardowego (N), odpowiadająca scenariuszowi rozwiniętego pożaru w pomieszczeniu zamkniętym, określona zależnością:

 

T = 345log10(8t+1) +20,  (1)

gdzie: T - oznacza średnią temperaturę w piecu, w stopniach Celsjusza; t - oznacza czas w minutach.

 

W przypadku badania bardzo istotne jest zwrócenie uwagi na dopuszczalne, procentowe odchylenia (de) pomiędzy polem powierzchni pod krzywą średniej temperatury zarejestrowanej przez termoelementy piecowe, a polem powierzchni pod standardową krzywą temperatura-czas: 

 

  • dla czasu 5 < t ≤ 10 max de = 15 %; 
  • dla czasu 10 < t ≤ 30 max de = (15-0.5(t-10)) %; 
  • dla czasu 30 < t ≤ 60 max de = (5-0.083(t-30)) %;
  • dla czasu t > 60 max de = 2.5 %;

gdzie: de = (A-As)/As∙100; A – pole powierzchni pod aktualną krzywą temperatura-czas w piecu; As – pole powierzchni pod standardową krzywą temperatura-czas.

 

Praktycznie wymienione powierzchnie wyznacza się jako sumy powierzchni w odstępach nie dłuższych niż 1 minuta, licząc czas od zera.

 

Bardzo istotne jest by pomiary temperatury przez termoelementy piecowe, po upływie 10 minut od rozpoczęcia badania wskazywały temperaturę jak najbardziej zbliżoną do temperatury, jaka wynika z krzywej standardowej. Maksymalna różnica pomiędzy wskazaniami nie może przekraczać 100 K. Dopuszcza się jednak przekroczenie tej różnicy temperatur przez maksymalnie 10 minut (w przypadku materiałów palnych, takich jak np. drewno, stosowane często jako profile przeszklonych ścian działowych), pod warunkiem dokładnego zidentyfikowania tego zjawiska, podwyższającego temperaturę w piecu.

 

Drugą, powszechnie stosowaną krzywą temperatura- czas w badaniach, w szczególności w przypadku przeszklonych fasad (ścian osłonowych) jest tzw. krzywa zewnętrzna (E), odpowiadająca scenariuszowi pożaru rozprzestrzeniającego się na zewnątrz lub płomienia wydostającego się na zewnątrz przez otwór w ścianie. Krzywa ta opisana jest równaniem:

 

T = 660[1-0.687e-0.32t-0.313e-3.8t] +20 (2)

 

gdzie: T - oznacza średnią temperaturę w piecu, w stopniach Celsjusza; t - oznacza czas w minutach.

 

Na rys. 66 przedstawiono porównanie średnich przyrostów temperatury na profilach i przeszkleniach aluminiowo-szklanej ściany osłonowej w zależności od warunków nagrzewania, w tym oddziaływania różnych krzywych temperatura czas.

 

 

2018 05 28 1

Rys. 66. Porównanie średnich przyrostów temperatury na profilach i przeszkleniach aluminiowo- szklanej ściany osłonowej w zależności od warunków nagrzewania [22]

 

 

Ponadto, normy [98, 99] przewidują dwa dodatkowe scenariusze: tzw. krzywą węglowodorową (H), odpowiadającą pożarowi o bardzo dużej intensywności, np. w zakładach petrochemicznych czy na platformie wiertniczej (ten scenariusz raczej nie znajduje zastosowania w przypadku elementów przeszklonych) oraz krzywą powolnego nagrzewania, która jest odpowiednim scenariuszem dla materiałów aktywowanych pod wpływem ciepła.

 

Wykresy poszczególnych zależności temperatura- czas, przedstawiono na rys. 67.

 

 

2018 05 28 2

Rys. 67. Podstawowe krzywe nagrzewania. Linia ciągła – krzywa standardowa, linia przerywana – krzywa zewnętrzna [39]

 

 

Zakłada się, że temperatura otoczenia w momencie rozpoczęcia badania powinna wynosić od 10oC do 40oC w odległości 1 i 3 metry od nienagrzewanej powierzchni elementu próbnego. Podczas badania temperatura otoczenia nie powinna wzrosnąć o więcej niż 20 K i obniżyć się o więcej niż 10 K.

 

 

(...)

Ciśnienie w piecu

 

Ciśnienie w piecu odgrywa bardzo ważną rolę i ma istotny wpływ na wynik badania, w szczególności w zakresie szczelności ogniowej. Wraz z wysokością pieca, ciśnienie zmienia się, co jest związane z naturalną prężnością gazów i można przyjąć, że gradient ciśnienia wynosi 8,5 Pa na każdy metr wysokości pieca. Z uwagi na turbulencje, system pomiaru ciśnienia pieca powinien być zaopatrzony w mechanizm pomiarowy odrzucający nagłe zmiany ciśnienia. Każdorazowo ciśnienie w piecu należy ustalać w stosunku do aktualnie panującego ciśnienia na zewnątrz pieca.

 

Podczas badania ciśnienie w piecu należy monitorować i kontrolować. Zakłada się, że po 5 minutach od rozpoczęcia badania, ciśnienie w piecu nie powinno się różnić o więcej niż 5 Pa w stosunku do ciśnienia nominalnego podanego dla danego elementu badanego, a od 10 minuty wartość ta nie powinna przekraczać ±3 Pa. Na rys. 68 przedstawiono wykres ciśnienia w piecu, na różnych wysokościach (P1 – najniższa czujka, P3 – najwyższa czujka) w trakcie badania w zakresie odporności ogniowej przeszklonej ściany osłonowej.

 

 

2018 05 29 1

Rys. 68. Wykres ciśnienia w piecu, na różnych wysokościach (P1 – najniższa czujka, P3 – najwyższa czujka) w trakcie badania w zakresie odporności ogniowej przeszklonej ściany osłonowej

 

 

Podobnie, jak w przypadku temperatury, również w przypadku ciśnienia możliwe jest chwilowe (maksymalnie przez 5 minut) niespełnienie w/w warunków, pod warunkiem precyzyjnie zidentyfikowanego zapalenia się materiałów palnych, np. drewna, z jakich wykonany jest element próbny, które mogło mieć wpływ na ciśnienie w piecu.

 

Z uwagi na fakt, że w piecu na różnej wysokości panuje rożne ciśnienie (na dole podciśnienie, na górze nadciśnienie), konieczne jest ustalenie tzw. płaszczyzny neutralnego ciśnienia (ciśnienia równego zero). Zwyczajowo ustala się ją na wysokości 500 mm, powyżej umownej podłogi. Wysokość ta może ulec zmianie w przypadku, kiedy na górze elementu spodziewamy się wystąpienia ciśnienia powyżej 20 Pa, podczas gdy nominalne ciśnienie w piecu nie powinno przekroczyć 20 Pa. W takim przypadku sterujemy położeniem płaszczyzny neutralnego ciśnienia.

 

Obciążenie

 

W przypadku elementów nośnych, oczekuje się, że Zleceniodawca badania dostarczy podstawę ustalenia obciążenia podczas badania, włącznie z niezbędnymi obliczeniami. Istotne jest również ustalenie zależności pomiędzy obciążeniem badawczym a projektowanym obciążeniem użytkowym.

 

 

Procedura badania

 

Właściwe zamocowanie konstrukcji, w zależności od rodzaju badanego elementu, można zapewnić poprzez wbudowanie go w sztywną ramę. Tak robi się np. w przypadku ścian działowych i niektórych stropów. Należy przy tym pamiętać, by wszystkie szczeliny pomiędzy brzegami elementu próbnego a ramą wypełnić materiałem nieściśliwym.

 

W przypadku elementów nośnych obciążenie badawcze należy przyłożyć co najmniej 15 minut przed rozpoczęciem badania, w taki sposób by nie wywołać efektów dynamicznych. Powstałe ugięcia należy zmierzyć. Obciążenie należy utrzymywać przez cały czas badania na stałym poziomie. System obciążeniowy, w szczególności hydrauliczny powinien szybko reagować na pojawiające się podczas badania ugięcia elementu badawczego.

 

Na maksymalnie 5 minut przed rozpoczęciem badania należy sprawdzić temperaturę początkową zarejestrowaną przez wszystkie termoelementy oraz ustalić wartości wyjściowe. Podobnie należy postąpić z ugięciami oraz odnotować stan początkowy elementu próbnego.

 

Początkowa średnia temperatura termoelementów piecowych oraz temperatura powierzchni nienagrzewanej powinna się mieścić w zakresie od 10oC do 40oC i nie powinna odbiegać od temperatury otoczenia o więcej niż 5oC.

 

Przed rozpoczęciem badania, temperatura w piecu powinna być niższa niż 50oC, a za moment rozpoczęcia badania uważa się moment uruchomienia palników.

 

Podczas trwania badania należy mierzyć i rejestrować temperaturę wszystkich termoelementów (z wyłączeniem termoelementu ruchomego) nie rzadziej niż raz na minutę. W przypadku pojawienia się podczas badania na elemencie gorącego miejsca, należy przyłożyć do niego termoelement ruchomy na 20 sekund, w celu zweryfikowania izolacyjności ogniowej.

 

Podobnie należy mierzyć i rejestrować ciśnienie, w odstępach nie rzadszych niż 1 minuta, najlepiej w sposób ciągły.

 

Ugięcia odgrywające istotną rolę przy ocenie elementu próbnego należy rejestrować przez cały czas trwania badania. Dodatkowo, jeżeli metoda badawcza wymaga pomiarów w ustalonym momencie badania, w określonych punktach, należy to wykonać w taki sposób, aby można było odtworzyć historię ruchu elementu próbnego. Należy mieć również na uwadze, że częstotliwość pomiarów ugięcia, szczególnie blisko momentu utraty szczelności ogniowej, może mieć wpływ na ocenę rozszerzonego zakresu zastosowania.

 

W przypadku elementów nośnych, pomiary ugięcia należy wykonać przed i po przyłożeniu obciążenia badawczego i nie rzadziej niż raz na minutę podczas procesu nagrzewania. Szczelność ogniową szczegółowo opisaną wcześniej weryfikuje się poprzez przyłożenie tamponu, użycie szczelinomierza oraz zaobserwowania utrzymującego się płomienia na nienagrzewanej stronie elementu, które to zjawisko każdorazowo należy zarejestrować wraz z jego lokalizacją.

 

Podsumowując należy pamiętać, że w trakcie badania należy obserwować ogólne zachowanie elementu próbnego i w szczególności zwracać uwagę i odnotowywać emisję dymu, pęknięcia, tąpnięcia, odpryskiwanie czy np. zwęglanie elementów.

 

 

Zakończenie badania

 

Zakończenie badania związane jest z wystąpieniem co najmniej jednego z trzech powodów:

 

  • osiągnięcia wybranych kryteriów;
  • na życzenie zleceniodawcy; 
  • w celu zapewnienia bezpieczeństwa personelu lub zbliżającego się uszkodzenia wyposażenia.

 

Na rys. 69-75 przedstawiono przykładowe elementy próbne przeszklonych przegród po badaniu w zakresie odporności ogniowej.

 

 

 2018 05 29 2

Rys. 69. Widok nienagrzewanej powierzchni elementu próbnego przeszklonej ściany osłonowej po badaniu w zakresie odporności ogniowej (źródło: Archiwum ITB)

 

 

2018 05 29 3

Rys. 70. Widok nienagrzewanej powierzchni dachu przeszklonego po badaniu w zakresie odporności ogniowej (źródło: Archiwum ITB)

 

 

2018 05 29 4

Rys. 71. Widok nagrzewanej powierzchni jednoskrzydłowych drzwi „całoszklanych” po badaniu w zakresie odporności ogniowej (źródło: Archiwum ITB)

 

 

2018 05 30 1 

Rys. 72. Widok nagrzewanej powierzchni dwuskrzydłowych aluminiowych, profilowych drzwi przeszklonych po badaniu w zakresie odporności ogniowej (źródło: Archiwum ITB)

 

 

 2018 05 30 2

Rys. 73. Widok nagrzewanej powierzchni ściany z pustaków szklanych po badaniu w zakresie odporności ogniowej (źródło: Archiwum ITB)

 

 

2018 05 30 3

Rys. 74. Widok nagrzewanej powierzchni przeszklonej ściany działowej po badaniu w zakresie odporności ogniowej (źródło: Archiwum ITB)

 

 

2018 05 30 4

Rys. 75. Widok nagrzewanej powierzchni przeszklonej ściany działowej po badaniu w zakresie odporności ogniowej (źródło: Archiwum ITB)

 

 

Raport z badania

 

Ważnym elementem każdego badania w zakresie odporności ogniowej przeszklonych konstrukcji jest odpowiednie opisanie jego wyników. W tym celu sporządzany jest raport z badania. Dokument ten należy sporządzić zgodnie z wytycznymi przedstawionymi w odpowiednich normach badawczych. Każdy raport z badania powinien posiadać swój indywidualny i niepowtarzalny numer. W dokumencie powinna być podana data przeprowadzenia danego badania, jak również nazwa i adres zarówno zleceniodawcy badania jak i laboratorium przeprowadzającego badanie. Istotne jest to aby podane były wszystkie informacje związane zarówno z elementem próbnym jak i warunkami, w których był sezonowany oraz informacje związane z samym badaniem. Bardzo ważne jest odpowiednie opisanie szczegółów konstrukcyjnych oraz sposobu zamocowania elementu próbnego. Informacje te powinny być na tyle szczegółowe, aby możliwe było na ich podstawie odtworzenie elementu próbnego. W przypadku przeszklonych przegród, które zazwyczaj wykonane są z wielu elementów składowych (m. in. przeszklenia, profile, uszczelki, wkłady izolacyjne) niezbędne jest podanie ich wymiarów oraz charakterystycznych właściwości, a często także ich producenta wraz ze znakiem identyfikacyjnym (numerem katalogowym) i nazwą handlową (jeżeli takowa istnieje).

 

W raporcie z badania przedstawione być powinny także informacje związane ze sposobem przeprowadzenia badania oraz zastosowanym sprzętem pomiarowym, a wśród nich między innymi: 

 

  • Przyłożone obciążenie wraz z wybraną metodą obciążania oraz podstawą do jego wyliczenia – w przypadku elementów nośnych;
  • W przypadku elementów niesymetrycznych (np. przeszklone drzwi, ściany osłonowe) strona, która poddana została nagrzewaniu oraz uzasadnienie jej wyboru, 
  • Informacje dotyczące umiejscowienia wszystkich termoelementów służących do pomiaru temperatury elementu próbnego oraz urządzeń do pomiaru ciśnienia i przemieszczeń, jak również radiometru służącego do pomiaru promieniowania, jeżeli taki pomiar był prowadzony,
  • Temperaturę otoczenia w laboratorium w trakcie badania, 
  • Krzywe temperatura/czas warunków nagrzewania w piecu oraz ciśnienie wewnątrz pieca w trakcie badania.

 

W omawianym dokumencie powinien znaleźć się też punkt dotyczący wyników przeprowadzonego badania. Wynik powinien być wyrażony jako czas w pełnych minutach, który upłynął pomiędzy rozpoczęciem nagrzewania, a momentem przekroczenia właściwych kryteriów, obejmujących:

 

  • Prędkość przemieszczenia, jeżeli jest to kryterium wykorzystane do oceny nośności ogniowej, z uwzględnieniem wartości używanej do obliczenia granicznej prędkości przemieszczenia dla elementów zginanych,
  • Maksymalne przemieszczenie i czas oraz miejsce, w którym wystąpiło, uzupełnione o odpowiednie przedstawienie graficzne,
  • Forma przekroczenia kryterium szczelności ogniowej w odniesieniu do wszystkich jej kryteriów (tampon bawełniany, szczelinomierze, płomień ciągły),
  • Położenie, w którym przekroczona została temperatura z uwagi na izolacyjność ogniową,
  • Przekroczenie kryterium promieniowania, o ile było weryfikowane.

 

Przykładowe, prawidłowo opisane wyniki badań przedstawione zostały w tabeli 2.

 

 

Tabela 2 Przykładowe przedstawienie wyników badań (w przypadku przeszklonej ściany bezszprosowej)

2018 05 32 1 1

 

 

Ponadto w raporcie z badania powinny zostać przedstawione, w sposób graficzny lub tabelaryczny, dane pochodzące ze wszystkich urządzeń do pomiaru ciśnienia, przemieszczenia, termoelementów powierzchniowych oraz – tam, gdzie mają zastosowanie – termoelementów wewnętrznych. W przypadku formy tabelarycznej nie jest konieczne przedstawienie wszystkich wyników mierzonych w jednominutowych odstępach przez cały czas badania, jednakże zalecane jest aby przedstawione były pomiary z okresu bliskiego utraty zdolności do spełnienia danych kryteriów branych pod uwagę. Przed i po tym okresie przedział czasowy, w jakim dane pomiarowe należy umieszczać w raporcie, może być dłuższy i wynosić nawet 10 minut.

 

Oprócz wyników zarejestrowanych przez sprzęt pomiarowy w raporcie powinny znaleźć się także obserwacje osoby przeprowadzającej badanie, zawierające opis każdego znaczącego zachowania elementu próbnego, jak np. powstanie pęknięć na szybach czy wydostawanie się dymu ze szczelin powstałych w próbce.

 

Bardzo istotną sprawą dotyczącą badań w zakresie odporności ogniowej jest niepewność ich wyników. Wpływ na nią może mieć bardzo wiele czynników i dlatego też, z powodu charakteru badania w zakresie odporności ogniowej i wynikającej stąd trudności w ilościowym określeniu niepewności pomiaru odporności ogniowej, nie jest możliwe określenie ustalonego poziomu dokładności wyników. Informacja na ten temat powinna znaleźć się w raporcie z badania.

 

 

Podsumowanie

 

Wykorzystanie szkła w budownictwie, z uwagi na bardzo szerokie spektrum korzystnych użytkowo cech, będzie nieustannie rosło. A gdy uwzględnimy jeszcze możliwość pozyskiwania energii, zmienną transparentność, itp., to w zasadzie w prawie każdej dziedzinie budownictwa szkło może znaleźć zastosowanie. Przedstawione w artykule przykłady współczesnego wykorzystania szkła wykazują, że prawie każdą przegrodę budowlaną można wybudować wykorzystując szkło. Stosunkowo najmniej jest zastosowań w elementach nośnych ale należy pamiętać, że włókna szklane charakteryzują się kilkakrotnie wyższą wytrzymałością właściwą niż stal, co pokazuje drzemiące w szkle możliwości. Powszechne wykorzystanie szkła w budownictwie, w obserwowanej obecnie formie, związane jest z możliwościami technologicznymi producentów, którzy nieustannie rozwijają technologie, zapewniając szkłu dodatkową funkcjonalność. Tak też było ze szkłem o odporności ogniowej, które tak naprawdę największy skok technologiczny zrobiło w ostatnim 25-leciu. Otworzyło to przed konstrukcjami przeszklonymi zupełnie nową perspektywę zastosowania, co pozwoliło na spełnienie wymagań z zakresu bezpieczeństwa pożarowego stawiane przez budowlane przepisy europejskie i krajowe.

 

Największym problemem w ocenie odporności ogniowej elementów przeszklonych pozostaje konieczność weryfikacji badawczej na konstrukcjach o wymiarach naturalnych lub jak najbardziej do nich zbliżonych. Nie istnieją metody analityczne, tak jak np. opisane w Eurokodach dla elementów drewnianych, stalowych czy żelbetowych, które by pozwoliły na oszacowanie odporności ogniowej nawet najprostszych elementów przeszklonych, co związane jest ze złożonością konstrukcyjno- materiałową elementów przeszklonych. Być może w przyszłości takie metody oceny, przynajmniej dla najprostszych rozwiązań, zostaną przedstawione jako obowiązujące, jednakże do tego czasu każdorazowo należy przy ocenie odporności ogniowej elementów przeszklonych wykorzystywać wyniki badań laboratoryjnych.

 

Biorąc powyższe pod uwagę, niniejszy artykuł*) stanowi kompendium wiedzy niezbędnej dla bardzo wielu środowisk związanych z bezpieczeństwem pożarowym w budownictwie. Przedstawiono w nim wszystkie istotne aspekty dotyczące badawczej oceny odporności ogniowej elementów przeszklonych. Zawarte w artykule informacje pozwalają zrozumieć cały proces badawczy, od wytypowania próbki badawczej do zapisów w raporcie z badań a dodatkowo ocenić wpływ poszczególnych jego elementów na uzyskany wynik oraz późniejszy zakres zastosowania elementu. Zawarte w tekście informacje mogą również posłużyć jako cenne wskazówki dla architektów, producentów, inżynierów, użyteczne przy projektowaniu budynków, w których wykorzystuje się przegrody przeszklone o odporności ogniowej.

 

 

 

 Bartłomiej Sędłak
Instytut Techniki Budowlanej
Zakład Badań Ogniowych

 

Paweł Sulik
Instytut Techniki Budowlanej
Zakład Badań Ogniowych

 

 

 

Bibliografia do wszystkich części artykułu została zamieszczona przy Części 1, w wydaniu 2/2018 “Świata Szkła”, a także jest pod tym linkiem:

 

 

2018 05 32 2

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 05/2018

 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik