Protipožiarna ochrana oceľových konštrukcií a jej správny výber

Oceľové konštrukcie

Moderné globálne trendy v stavebníctve smerujú k zvýšenému používaniu oceľových konštrukcií a to bez ohľadu na typ stavby. Oceľ ponúka mnoho výhod oproti iným stavebným materiálom v rôznych fázach svojho životného cyklu, od výroby a projektovania až po použitie v stavebníctve, nehovoriac o jej recyklovateľnosti, ktorá môže byť dokonca na úrovni takmer 100 %. Okrem týchto pozitívnych vlastností ocele je to aj protipožiarna ochrana oceľových konštrukcií, ktorá je relatívne menej náročná, ako je to v prípade použitia iných materiálov.

Oceľ má však aj iné vlastnosti, kvôli ktorým jej použitie v stavebníctve nie je úplne ideálne. Medzi dve najproblematickejšie vlastnosti patrí konkrétne jej náchylnosť na koróziu a nízka únosnosť v prípade požiaru.

Hoci sa oceľ klasifikuje ako nehorľavý materiál, zvýšená teplota môže spôsobiť, že stratí niektoré zo svojich vlastností, vďaka ktorým je v stavebníctve taká preferovaná. V dôsledku toho môže dôjsť k deformácii a zrúteniu oceľovej konštrukcie vo veľmi krátkom čase (Graf 1).

Graf pevnosti ťahu a modulov pružnosti v závislosti od teploty konštrukcií z uhlíkovej ocele
Graf pevnosti ťahu a modulov pružnosti v závislosti od teploty konštrukcií z uhlíkovej ocele

Zásadnou otázkou pri zabezpečovaní protipožiarnej ochrany oceľových konštrukcií je teda to, ako udržať teplotu ocele počas určitého času v rámci istých hraníc a ako udržať požadovanú únosnosť, deformácie a predĺženia konštrukcie v prípade zvýšenej teploty, ku ktorej pri požiari dochádza. Špecialista požiarnej ochrany určuje základné požiadavky protipožiarnej bezpečnosti stavby. Ak ide o projekt navrhnutý na základe Európskych nariadení, môže sa vyžadovať nosnosť na úrovni napr. R 30, R 60, R 90, R 120, R 180 a pod. Označenie R vyjadruje nosnosť oceľovej konštrukcie počas stanoveného času, ktorý sa udáva v minútach.

Výber vhodného prostriedku protipožiarnej ochrany oceľových konštrukcií

Protipožiarna ochrana oceľových konštrukcií sa dá zabezpečiť rôznymi spôsobmi. Nasledujúce tri prostriedky sú najpoužívanejšie: intumescentné protipožiarne nátery, obklad protipožiarnymi doskami a protipožiarne omietky. Na ochranu väčšiny oceľových konštrukcií sa používajú intumescentné nátery – približne v 70 % prípadoch, kým obklad protipožiarnymi doskami sa používa v 25 % prípadoch a protipožiarne omietky približne v 3 % prípadoch, (údaje pre Veľkú Britániu, Tata Steel, Protipožiarna ochrana oceľových konštrukcií 2013). Okrem vyššie uvedených prostriedkov existujú aj ďalšie spôsoby protipožiarnej ochrany: obklad protipožiarnymi panelmi, zalievanie oceľových stĺpov v betóne, čiastočné zalievanie v betóne, vyplňovanie stĺpov pomocou penobetónových tvárnic a polovičné zalievanie nosníkov do betónových stropov. Tieto spôsoby sa už používajú menej často.

Reakcia intumescentného náteru pri požiari

Intumescentné nátery

Reakcia intumescentného náteru pri požiari

Intumescentné nátery sú najrozšírenejším prostriedkom protipožiarnej ochrany pretože:

  • predstavujú najlacnejšiu alternatívu v oblasti protipožiarnej ochrany;
  • vrstva náteru je tenká;
  • majú schopnosť zachovať pôvodný vzhľad oceľovej konštrukcie;
  • sú estetické.

Okrem toho je možné ich aplikovať buď priamo vo výrobe, alebo na mieste stavby, v závislosti od druhu náteru a poveternostných podmienok.

Intumescentné protipožiarne nátery môžu byť tenkovrstvové, ktoré sú prevažne na báze vody alebo rozpúšťadiel, alebo hrubovrstvové, ktoré sú na báze epoxidu a sú určené na zaistenie ochrany voči požiaru z horenia uhľovodíkov. Tenkovrstvové intumescentné nátery na vodnej báze sa používajú najčastejšie najmä preto, že ich výroba je šetrná k životnému prostrediu a vrstva má po vytvrdení dobré kvalitatívne vlastnosti. Pred aplikáciou základného náteru je potrebné povrch oceľových profilov otryskať na stupeň Sa 2,5. Pred aplikáciou náteru je potrebné najskôr aplikovať vrstvu vhodného základného protikorózneho náteru, následne intumescentného náteru a vo väčšine prípadov sa aplikuje aj vrstva ochranného vrchného náteru, ktorým môže byť všeobecne dostupná farba na oceľ, ktorá však musí byť kompatibilná s použitým intumescentným náterom. Vrchná vrstva okrem ochrany proti vlhkosti má aj estetickú funkciu a dodáva sa v rôznych odtieňoch.

Intumescentný náter funguje nasledujúcim spôsobom: pri zvýšení teploty hmota pomocou katalyzátorov (ako je napr. kyselina fosforečná) expanduje a vytvára uhlíkovú penu, ktorá sa rozpína v pomere 1:50. Bežná vrstva s hrúbkou 1 mm tak expanduje a dosiahne hrúbku až 50 mm. Zvyčajná hrúbka suchej vrstvy závisí od konkrétnych požiadaviek a jej hodnota sa môže pohybovať v rozsahu od 100 do 5000 mikrónov. Keďže uhlíková pena má výborné izolačné schopnosti, rýchlosť prenosu tepelnej energie k oceľovému nosníku sa znižuje, v dôsledku čoho sa výrazne predlžuje čas, počas ktorého dochádza k nebezpečnému prehriatiu.

V súvislosti s obmedzeniami pri používaní protipožiarneho náteru je potrebné poukázať na ich citlivosť v určitých podmienkach aplikácie. Týka sa to najmä prípadov, kedy nie je skorodovaný povrch oceľových nosníkov dostatočne otryskaný, kedy je náter aplikovaný pri príliš nízkej teplote (náter nie je prakticky možné aplikovať, ak je teplota nižšia ako 10 °C), v daždi alebo pri teplote blízko rosnému bodu, alebo ak bol použitý na vrchnú vrstvu nevhodného základného náteru. Náter sa aplikuje použitím bezvzduchového striekacieho zariadenia alebo ručným nanášaním použitím valčekov. Pre dosiahnutie vyššej úrovne protipožiarnej odolnosti je potrebná aplikácia niekoľkých vrstiev. V takom prípade môže čas aplikácie predstavovať obmedzenie, pretože treba zohľadniť čas schnutia jednotlivých medzivrstiev (zvyčajne 24 hodín). Intumescentné nátery majú obmedzenú zaručenú životnosť a sú relatívne citlivé na oter a nárazy. Úroveň požiarnej odolnosti intumescentných náterov je od R30 do R180. Najvyšší odporúčaný stupeň požiarnej odolnosti je R60. Aplikácia vrstiev a hrúbky nad rámec tejto hodnoty je nielen zbytočná, ale tiež sa tým znižuje spoľahlivosť ochrany v prípade skutočného požiaru, ak sa vrstvy odlúpnu. Ďalej je potrebné podotknúť, že účinky protipožiarnych náterov sú špecifické pre rôzne druhy profilov, a preto skúšky náteru vykonané na otvorených profiloch typu I, H a U sa nevzťahujú na duté profily a naopak. Pred aplikáciou náteru je potrebné preveriť, či výrobca vykonal príslušné skúšky náteru pre jednotlivé alebo súčasne pre oba typy profilov. Používanie protipožiarnych intumescentných náterov v krajinách Európskej únie podlieha skúškam podľa EN 13381-8, ich trieda reakcie na oheň musí byť klasifikovaná podľa EN 13501-1 a musia byť zaradené do triedy požiarnej odolnosti podľa EN 13501-2. V súvislosti s daným produktom musí byť vydané Európske technické posúdenie (ETA) podľa ETAG 018 a osvedčenie o stálosti produktu (COC), na základe ktorého sa produktu prideľuje označenie CE, alebo akékoľvek iné doklady predpísané zákonom o stavebných výrobkoch.

Obrázok obkladu oceľového prvku kalciumsilikátovými doskami

Protipožiarne dosky

Obrázok obkladu oceľového prvku kalciumsilikátovými doskami

Protipožiarne dosky sú ďalším spôsobom, ako sa dá zabezpečiť protipožiarna ochrana oceľových konštrukcií. Zvyčajne ide o minerálne dosky (vyrobené z kalciumsilikátu) vystužené vláknami a plnivami. V závislosti od výrobcu môžu byť dosky odolné aj voči vlhkosti a mrazu a môžu byť spracované a/alebo natreté dekoračnými nátermi. Hrúbka dosky závisí od výrobcu a úrovne protipožiarnej ochrany a pohybuje sa v rozmedzí od 10 mm do 60 mm. Dosky sú po inštalácii v mieste stavby vhodné pre úroveň odolnosti R30 až R180, pričom sa najmä z dôvodu ich vyššej ceny odporúča použitie od R60. Postup prípravy a inštalácie je pomerne jednoduchý (rezanie pílkou, skrutkovanie, zatĺkanie). Keďže neexistujú žiadne konkrétne časové a teplotné obmedzenia, dosky je možné inštalovať počas celého roka. Protipožiarne dosky predstavujú najspoľahlivejšiu protipožiarnu ochranu oceľových konštrukcií, čo bolo dokázané aj v konkrétnych prípadoch. Protipožiarne dosky podliehajú skúškam podľa EN 13381-4, ich horľavosť musí byť klasifikovaná podľa EN 13501-1 a musia byť zaradené do triedy požiarnej odolnosti podľa EN 13501-2. V súvislosti s produktom musí byť vydané Európske technické posúdenie (ETA) podľa ETAG 018 a osvedčenie o stálosti produktu (COC), na základe ktorého sa produktu prideľuje označenie CE, alebo akékoľvek iné doklady predpísané zákonom o stavebných výrobkoch.

Bočný pohľad na protipožiarnu membránu
Bočný pohľad na protipožiarnu membránu

Okrem priameho obkladu je možné protipožiarne dosky inštalovať aj iným spôsobom. V praxi je obloženie stropnej konštrukcie často veľmi zložité alebo príliš nákladné. V závislosti od konkrétnych okolností je v takých prípadoch možné vytvoriť protipožiarnu membránu.

Tento spôsob je obzvlášť užitočný pri kompozitných konštrukciách alebo priehradových (prútových) konštrukciách, v prípade ktorých je vždy náročné zabezpečiť ochranu. Pri výbere tohto opatrenia je nutné zohľadniť fakt, že protipožiarna membrána musí spĺňať špecifické požiadavky a v prípade horizontálnej membrány musí byť testovaná v súlade s normou EN 13381-1, ktorá zaisťuje klasifikáciu únosnosti konštrukcie Triedy R ... alebo musí byť testovaná v súlade s normou EN 1365-2, ktorá zaisťuje únosnosť a požiarnu odolnosť REI ...

Upozornenie: Systémy protipožiarnych membrán, ktoré sú testované podľa EN 1364-2, nie sú v týchto prípadoch vyhovujúce, pretože majú požiarnu odolnosť EI ... a nezaisťujú únosnosť konštrukcie.

Protipožiarna omietka na oceľovom prvku

Protipožiarne omietky

Protipožiarna omietka na oceľovom prvku

Protipožiarne omietky sú zložené z vlákien cementu, vermikulitu a sadry. Sú obzvlášť vhodné pre konštrukcie, kde estetika nezohráva takú dôležitú úlohu, hoci ich finálny vzhľad je možné upraviť ľubovoľným vrchným náterom. Pred aplikáciou je možné na oceľovú konštrukciu naniesť základný náter, hoci to nie je nevyhnutné. Vyžaduje sa však spojovacia vrstva akrylového kopolyméru. Omietka sa na príslušné miesto aplikuje pomocou striekacieho zariadenia vo vrstve s hrúbkou v rozsahu od 10 do 70 mm. Miesto aplikácie sa môže pri aplikácii značne znečistiť. Ak sa požaduje hrubšia vrstva omietky, použije sa výstužná sieť. Hlavnými výhodami protipožiarnych omietok sú nízka cena a dobré zvukoizolačné vlastnosti. Protipožiarne omietky dosahujú požiarnu odolnosť až do R 240.

Technická podpora odborníka Promat

Potrebujete pomôcť s vaším projektom?

Technická podpora odborníka Promat

Máte viac otázok?

Neváhajte kontaktovať náš tím technickej podpory!