Wysoka odporność ogniowa ścian z betonu komórkowego

Dla materiałów budowlanych, zwłaszcza służących do budowy konstrukcyjnych części budynków oraz do budowy przegród istotną cechą jest m.in. reakcja na ogień oraz odporność ogniowa elementów budynku z nich wykonanych. W tym względzie znakomicie sprawdza się beton komórkowy. Materiał ten został wielokrotnie przebadany i sprawdzony w akredytowanych laboratoriach (między innymi w Zakładzie Badań Ogniowych ITB).

Wysoka odporność ogniowa betonu komórkowego

Przeprowadzone badania dowiodły, że beton komórkowy jest bardzo odporny działanie ognia i wysokich temperatur. Wynika to z składu surowcowego oraz z porowatej struktury betonu komórkowego. Skład surowcowy betonu komórkowego to piasek, jako kruszywo oraz wapno, cement oraz gips, jako spoiwa, woda oraz środek porotwórczy: proszek aluminiowy lub pasta aluminiowa. W wyniku produkcji powstaje materiał o porowatej strukturze. Co istotne, w kontekście odporności na ogień, to materiał ten zachowuje ustabilizowaną na poziomie 2-6%.

Dzięki takim właściwościom materiał jest sklasyfikowany do materiałów o reakcji na ogień, klasyfikującej go do materiałów niepalnych klasy A1 wg PN-EN 13501-1+A1:2010 [1]. Reakcja na ogień jest istotnym kryterium, określającym zachowanie się materiału budowlanego lub komponentu w warunkach pożarowych.

To odpowiedź materiału na ogień działający na wyrób w określonych warunkach ekspozycji (w postaci wydzielonego ciepła, dymu, obszaru spalania bądź płonących kropel). Reakcja na ogień podawana jest opisowo (niepalny, niezapalny, trudno zapalny, łatwo zapalny) lub w postaci klas (A1, A2, B, C, D, E, F) i charakteryzuje zachowanie się materiałów budowlanych i wyrobów pod wpływem ognia i opisuje ich możliwy udział w rozwoju pożaru. W kontekście odporności ogniowej najbezpieczniejsze są wyroby z materiałów niepalnych, czyli zakwalifikowanych do klasy A1. Do tej klasy zalicza się wyroby i materiały pochodzenia nieorganicznego zawierające nie więcej niż 1% masy lub objętości homogenicznie rozprowadzonego materiału organicznego, lub wyroby wykonane z kilku materiałów niepalnych.

Oprócz tego, że beton komórkowy jest niepalny, to istotne jest to, że pod wpływem wysokich temperatur nie wydziela dymu nie powstają z niego płonące krople i cząstki. Przy bezpośrednim działaniu ognia zachowuje przez długi czas parametry nośności. Przegrody z betonu komórkowego wykazują wysoką szczelność.

Zachowanie się betonu komórkowego w poszczególnych przedziałach działania wysokich temperatur

Podczas pożaru i działania wysokiej temperatury w betonie komórkowym zachodzą chemiczno-mineralogiczne przemiany struktury betonu. W normalnych warunkach eksploatacyjnych wilgotność betonu komórkowego wynosi około od 2 do 6% całkowitej masy materiału. W temperaturze 100° C woda absorpcyjna jest uwalniana, co powoduje nieznaczny skurcz materiału. W zakresie temperatur pomiędzy 200 a 800°C następuje uwalnianie wody skrystalizowanej, występującej w szkielecie materiałowym. W górnej granicy tego przedziału, czyli przy temperaturze około 700°C, następują znaczące zmiany właściwości w strukturze betonu komórkowego. Możliwe jest pojawienie się mikrorys, jednakże nie ma to żadnego wpływu na techniczne właściwości materiału. Wytrzymałość betonu komórkowego nie ulega zmianie do temperatury około 700°C. A nawet w pewnym przedziale nieznacznie wzrasta. Maksymalne przyswajalne naprężenia wahają się w okolicy 80% wartości początkowych. Przy temperaturach wyższych, przekraczających już 700° C, zaczyna spadać wytrzymałość. W temperaturach około 800° C uwodniony tobermoryt przechodzi w bezwodny wollastonit. W wyniku tego procesu następuje całkowite wytrącenie wody chemicznie związanej i zmienia się objętość materiału, czego konsekwencją jest powstanie rys na powierzchni elementów. Czasowo beton komórkowy może wytrzymywać temperatury wyższe niż 900° C. W takiej temperaturze w ścianie z betonu komórkowego powstają odkształcenia, a przy bezpośrednim działaniu ognia powstaje spękanie powierzchni i powierzchowne kruszenie materiału (fot. 1). Głębokość tych rys sięga jedynie około 40 mm, co oznacza, że cały pozostały przekrój ściany zachowuje parametry wyjściowe.

Podczas badań wyznaczających wpływ działania temperatur w betonie komórkowym wykazano również wysoką izolacyjność tego materiału. Beton komórkowy ze względu na dużą porowatość oraz wysoką izolacyjność cieplną izolacyjność cieplną, przez co nie nagrzewa się i nie przewodzi dobrze wysokich temperatur. Dzięki temu znaczny wzrost temperatury otoczenia po jednej stronie ściany (w warunkach pożaru jest to ponad 1100^oC) nie powoduje „przechodzenia” temperatury na drugą stronę ściany. Przez co beton komórkowy jest materiałem bardzo bezpiecznym, stanowi istotną bierną ochronę przeciwpożarową budynku przez co stwarza warunki na ewakuacje i prowadzenie akcji gaśniczej.

Fot. 1: Wierzchnia warstwa betonu komórkowego po poddaniu 240 minutowemu obciążeniu ogniowemu. Widać spękania sięgające jedynie na głębokość do 40 mm.

Odporność ogniowa elementów budynku

Oprócz reakcji na ogień istotna jest również odporność ogniowa poszczególnych elementów budynku. Właściwość ta oznaczona jest mianem klasy odporności ogniowej, która określa zdolność konstrukcji lub elementu budynku, poddanych działaniu znormalizowanych warunków fizycznych, do spełnienia w określonym czasie wymagań dotyczących nośności ogniowej i / lub izolacyjności ogniowej, i / lub szczelności ogniowej oraz innych wymaganych właściwości. Klasy wyrobów lub elementów budynku ze względu na odporność ogniową oznacza się symbolem literowym określającym dane kryterium i liczbą określającą czas wyrażony w minutach, w których dane kryterium jest spełnione, Gdzie:

• R – oznacza kryterium nośności

Kryterium to określa czas, po którym następuje utrata nośności lub stateczności elementu, fragmentu konstrukcji lub całej konstrukcji oraz przekroczenie stanów granicznych użytkowalności, czyli ugięcie, powstanie nadmiernych odkształceń, przemieszczeń lub zarysowań.

• E – oznacza szczelność ogniową

Charakteryzuje szczelności ogniową przegrody i elementu.

• I – oznacza izolacyjność ogniową

Charakteryzuje ograniczenie temperatury nieogrzewanej powierzchni przegrody lub elementu.

W elementach nośnych dodatkowo określa się wskaźnik wykorzystania nośności elementu, czyli stosunek obciążenia do nośności elementu. Opisuje to parametr wytężenia. Wytężenie na poziomie 0,6 oznacza, że poziom obciążenia ściany do jej nośności wynosi 60%.

Np. oznaczenie REI 120 oznacza czas (w tym wypadku 120 minut) w którym elementy nośne spełniają funkcje oddzielające zachowują nośność, szczelność i izolacyjność ogniową.

Dla ścian wykonanych z betonu komórkowego klasy odporności ogniowej przyjmować można z klasyfikacji 00765/15/Z00NP [2] opracowanej przez Zakład Badań Ogniowych ITB. W tablicy 1 ujęto klasyfikację w zakresie odporności ogniowej ścian wykonanych z elementów murowych – wg badań Zakładu Badań Ogniowych Instytutu Techniki Budowlanej w Warszawie. Klasy odporności ogniowej ujęto, w zależności od grubości ścian i od poziomu obciążenia.

Klasy odporności ogniowej dla ścian z betonu komórkowego można również przyjmować z normy zharmonizowanej PN-EN 1996-1-2:2010 Eurokod 6 — Projektowanie konstrukcji murowych — Część 1-2: Reguły ogólne — Projektowanie z uwagi na warunki pożarowe [3]. Dla ścian z ABK można posłużyć się tabelami N.B.4.1 do N.B.4.5 z załącznika B niniejszej normy. Poniżej przedstawiono trzy najważniejsze tabele dotyczących ścian nienośnych, nośnych.

Osobno określono też klasę odporności ogniowej ścian działowych wykonanych na klej poliuretanowy. Ściany wypełniające o grubości 10cm osiągnęły klasę odporności ogniowej EI 240. Taką klasę odporności ogniowej uzyskał jeden z systemów ścian działowych wykonywanych na klej poliuretanowy.

Odporność ogniowa nadproży zbrojonych z betonu komórkowego

W skład systemu z betonu komórkowego wchodzą również nadproża zbrojone z betonu komórkowego. Dla większości produktów na rynku polskim dostępne są nadproża o klasie odporności ogniowej R30. Jednak też są dostępne nadproża o klasie odporności ogniowej R90. Nadproża o podwyższonej klasie odporności ogniowej R90 mają inaczej rozmieszczone oraz mocniejsze zbrojenie, w stosunku do nadproży standardowych R30. To oferta skierowana przede wszystkim na inwestycje, gdzie klasa odporności ogniowej ścian ma znaczenie.

Podsumowanie

Jak widać, ściany z betonu komórkowego uzyskują wysokie klasy odporności ogniowej, niezależnie od tego, czy przyjmuje się klasy odporności ogniowej wg badań lub wg Eurokodu. Niepalność materiału oraz wysoka odporność na ogień powoduje, że beton komórkowy stosuje się do wykonywania bezpiecznych i odpornych ścian oddzielenia pożarowego. Znajduje zastosowanie przy budowie m.in. wielkich centrów logistycznych, gdzie inwestorzy dbają o wysokie bezpieczeństwo składowanych towarów. Beton komórkowy stosuje się również m.in. w budowie ogniowych komór badawczych Zakładu Badań Ogniowych Instytutu Techniki Budowlanej. To materiał bardzo chętnie stosowany w biernych zabezpieczeniach budynków przez zagrożeniami pożarowymi.

Fot 2.: Beton komórkowy wykorzystany w Zakładzie Badań Ogniowych ITB do budowy stanowisk badawczych

Fot 3.: Ściany oddzielenia przeciwpożarowego z betonu komórkowego w magazynie papieru. Ściany nieotynkowane.

Fot 4.: Ściany oddzielenia przeciwpożarowego z betonu komórkowego w centrum handlowym

Literatura:

[1] PN-EN 13501-1+A1:2010 Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków — Część 1: Klasyfikacja na podstawie wyników badań reakcji na ogień
[2] Klasyfikacja 00765/15/Z00NP Klasyfikacja w zakresie odporności ogniowej ścian z autoklawizowanego betonu komórkowego
[3] PN-EN 1996-1-2:2010 Eurokod 6 — Projektowanie konstrukcji murowych — Część 1-2: Reguły ogólne — Projektowanie z uwagi na warunki pożarowe