Jak zabezpieczyć konstrukcje metalowe i drewniane przed ogniem?

Skuteczne zabezpieczenia przeciwpożarowe zmniejszają prawdopodobieństwo poważnych uszkodzeń konstrukcji w razie pojawienia się ognia, a tym samym ograniczają ryzyko związane z użytkowaniem budynku. Elementami, które zwykle wymagają zastosowania dodatkowej ochrony przed ogniem i wysoką temperaturą są struktury nośne wykonane z drewna albo stali. Przy wykorzystaniu odpowiednich technologii mogą jednak zyskać znacznie większą odporność ogniową.

Zagrożenia pożarowe a rodzaj obiektu i użyte do jego budowy materiały

Zagrożenie pożarowe występuje w przypadku większości budynków mieszkalnych i użytkowych, ponieważ w niemal każdym obiekcie znajdują się materiały, które mogą się zapalić, a także przedmioty i instalacje mogące stać się zarzewiem ognia takie jak choćby system ogrzewania lub urządzenia elektryczne. Skutki pożaru mogą być niebezpieczne, zarówno z uwagi na potencjalne straty materialne, jak i możliwość odniesienia poważnych obrażeń, a nawet śmierci. Poza poparzeniami powodowanymi przez płomienie lub wysoką temperaturę, a także najgroźniejszym w skutkach działaniem uwalniających się gazów pożarowych znaczący problem stanowią elementy nośne budynków, które w razie pożaru mogą utracić stabilność i doprowadzić do zawalenia się części lub całości konstrukcji. Sposobem na ograniczenie tego ryzyka jest zastosowanie odpowiednich środków biernej ochrony przeciwpożarowej – wyjaśnia przedstawiciel firmy ISKRA, specjalizującej się w ochronie przeciwpożarowej oraz rozwiązaniach z zakresu BHP.

Obowiązujące przepisy wymagają, by najważniejsze elementy budynku gwarantowały właściwy poziom odporności ogniowej konstrukcji, chroniąc przed ryzykiem utraty nośności i związaną z tym katastrofą. Dotyczy to wszystkich najważniejszych części składowych obiektu oraz obejmuje użyte materiały, zwłaszcza te, które są podatne na działanie ognia lub wysokiej temperatury tak jak drewno i stal. W przypadku drewna niebezpieczeństwo polega na utracie nośności przez belki użyte do budowy elementów konstrukcyjnych np. wykonania więźby dachowej, wskutek zmniejszenia się ich przekroju po zwęgleniu zewnętrznej części lub ich całkowitym przepaleniu. Jeśli chodzi o stal, to największym problemem jest zwiększenie jej plastyczności w wyniku działania wysokiej temperatury i utrata zdolności do dalszego przenoszenia obciążeń. Jest to tym ważniejsze, że elementy stalowe najczęściej służą jako szkielet nośny – np. słupy podtrzymujące stropy lub przekrycia dachowe, a także dźwigary, na których spoczywa pokrycie dachu.

Wszystkie elementy konstrukcji budynku muszą odpowiadać wymaganiom dotyczącym ich nośności ogniowej, czyli wyrażanego w minutach czasu, w jakim muszą wytrzymywać rozwój pożaru. Określa się je osobno dla głównej konstrukcji nośnej, konstrukcji dachu oraz stropu, a także ścian wewnętrznych i zewnętrznych oraz przekrycia dachu. Poszczególne wartości są uzależnione od klasy odporności pożarowej budynku. Jest ona wyznaczana w zależności od kategorii zagrożenia ludzi ZL (od ZL I do ZL V) dla konkretnego obiektu, a także jego wysokości – wśród budynków wielokondygnacyjnych wyróżnia się obiekty niskie (do 12 m), średniowysokie (od 12 do 25 m), wysokie (25–55m) oraz wysokościowe (powyżej 55 m). Klasa odporności pożarowej budynku jest oznaczona literami od A do E. W kategorii A obowiązują najsurowsze wymogi, np. główna konstrukcja nośna musi utrzymać nośność przez 240 minut, a najniższe w kategorii E, gdzie nie określa się tej wartości.

Spełnienie wymagań ppoż. przez całą konstrukcje budynku oznacza konieczność korzystania z materiałów spełniających kryteria klasyfikacji reakcji na ogień. Określa ona tempo, w jakim spala się konkretny wyrób oraz definiuje ryzyko jego zapłonu, pokazując ilość energii, która jest oddawana w trakcie pożaru. Klasyfikacja reakcji na ogień obejmuje trzy grupy parametrów – klasę palności, wytwarzanie dymu oraz niebezpieczeństwo powstawania płonących kropel. Klasa palności obejmuje  natomiast trzy kategorie – materiałów niepalnych (klasa A1 i A2 np. beton), niezaplanych (klasa B), np. PVC, trudnozapalnych (klasa C) oraz łatwozapalnych (klasa D, E i F). Materiały klasy B mają ograniczony udział w pożarze, klasy C ograniczony, lecz zauważalny, a klasy D istotny udział w pożarze, a klasy E i F bardzo duży udział w pożarze. Jeśli chodzi o wytwarzanie dymu, to klasa s1 oznacza palenie się prawie bez dymu, s2 średnią ilość dymu, a s3 dużą. W przypadku powstawania płonących kropel klasa d0 to brak, d1 niewiele kropel/iskier, d2 wiele kropel/iskier.

Metody zabezpieczania drewna przed skutkami pożaru

Reakcja drewna na płomienie jest łatwa do przewidzenia, w stosunkowo krótkim czasie może się ono zająć ogniem. Powodem zapłonu może być jednak także wysoka temperatura, która niekoniecznie musi się wiązać z wcześniejszym rozgorzeniem ognia. Przyczyną zapalenia się drewna może być rozgrzana wskutek zwarcia instalacja elektryczna, czy źle zaizolowane termicznie źródło ciepła – piec, kominek lub przewód kominowy. Warto pamiętać, że elementy konstrukcyjne wykonane z drewna nie zapalają się od razu. Proces, który kończy się pożarem, ma swój początek jeszcze sporo poniżej temperatury zapłonu, kiedy z drewna odparowuje znajdująca się w nim woda. Kolejnym etapem jest rozkład termiczny jednego z głównych składników drewna – celulozy. Następnie rozpoczyna się rozkład termiczny ligniny, a w temperaturze między 300 a 500°C dochodzi do samoczynnego zapłonu drewna i proces ten jest kontynuowany bez dostarczania energii z zewnątrz. Gdy temperatura przekroczy 500°C, dochodzi do spalania powstającego węgla.

W przypadku drewna konstrukcyjnego wykorzystywanego w budynkach podstawowym sposobem na zabezpieczenie ogniochronne przed skutkami pożaru jest ograniczenie jego palności, a zatem zmniejszenie klasy, do jakiej jest zaliczane. Największe zagrożenie stwarza drewno iglaste, najczęściej używane zarówno do budowy więźby dachowej, jak i konstrukcji schodów oraz stropów. Dzieje się tak ze względu na podwyższoną zawartość żywicy i olejków eterycznych. Drewno liściaste ma mniejszą podatność na ogień. Metodą zabezpieczenia drewna jest stosowanie preparatów ogniochronnych, które tworzą barierę na zewnątrz lub są wtłaczane do wnętrza struktury drewna. Impregnaty stosowane wgłębnie najczęściej aplikuje się ciśnieniowo w specjalnej komorze lub podczas kąpieli w danym preparacie. Impregnacja wgłębna jest o tyle korzystna, że na efekt nie wpływa późniejsza obróbka, np. docinanie. W przypadku impregnacji zewnętrznej często trzeba stosować dodatkowe środki chroniące przed działaniem wody mogącej wypłukiwać substancję zabezpieczającą. Muszą one być również nanoszone już po obróbce wszystkich elementów. Preparaty zewnętrze mogą należeć do środków pochłaniających energię lub pęczniejących, które tworzą specjalną warstwę termoizolacyjną na powierzchni materiału.

Dzięki stosowaniu odpowiedniego impregnatu klasę reakcji na ogień drewna można podnieść do „trudno zapalnej” lub „niepalnej”, klasę wytwarzania dymu zmniejszyć do „średnia ilość dymu”, a powstawanie krople/iskier obniżyć nawet do d0.

Zabezpieczenia ogniochronne stali i elementów metalowych

Stal jest materiałem niepalnym i zaliczanym do kategorii A, jednak trzeba pamiętać, o tym, że wbrew pozorom jest ona odporna na ogień w niewielkim zakresie. Choć istnieje wiele gatunków stali żaroodpornej, z której produkuje się m.in. wkłady kominowe czy paleniska kotłów centralnego ogrzewania, to skład stali konstrukcyjnych nie pozwala na osiąganie tak dobrych rezultatów w zakresie wytrzymałości na podwyższoną temperaturę. Większość gatunków używanych do tworzenia elementów nośnych osiąga temperaturę, w której nośność zmniejsza się o połowę (a zatem powyżej około 500°C) już w ciągu kilku–kilkunastu minut od zapłonu znajdujących się w pobliżu materiałów łatwopalnych. Większość konstrukcji stalowych wymaga więc odpowiedniej ochrony przed wzrostem temperatury. Jeszcze większa skala problemu dotyczy popularnego w różnych zastosowaniach budowlanych aluminium, z którego wykonuje się konstrukcje montowane na dachach np. pasma świetlne, czy duże przeszklenia, ale także coraz częściej niektóre wsporniki i profile. Temperatura, w której aluminium traci swoją wytrzymałość, to około 200–300°C w zależności od stopu. Przy 660°C metal ten ulega upłynnieniu.

Do najczęściej stosowanych metod należy wykonywanie powłok zabezpieczających. Do najprostszych rozwiązań zaliczyć można korzystanie z farb pęczniejących. Działają one podobnie jak w przypadku zabezpieczeń powierzchni drewnianych – pod wpływem wysokiej temperatury pęcznieją, zwiększając swoją objętość. Warstwa pęczniejąca może stać się nawet 50 razy grubsza niż naniesiona powłoka. Mechanizm, dzięki któremu jest to możliwe, może być różny, jednak najczęściej dochodzi do odparowania wody, znajdującej się w składzie powłoki i wytworzenia pęcherzy budujących pianę, które po aktywowaniu środków porotwórczych i powstających gazów zwiększają jeszcze objętość. Pojawiające się pęcherze stanowią warstwę termoizolacyjną na elemencie stalowym. Wielkim plusem powłok pęczniejących jest ich łatwa aplikacja – nakłada się je na warstwę gruntu, istnieje też możliwość wykończenia ich np. przez pomalowanie na wybrany kolor. Minusem jest natomiast możliwość uzyskiwania odporności ogniowej wynoszącej maksymalnie od R30 do R60, co w większości przypadków jest niewystarczające dla elementów konstrukcyjnych.

Skuteczniejszym sposobem, ale bardziej kłopotliwym do wykonania są okładziny z płyt wyprodukowanych z materiałów niepalnych. W takim przypadku elementy nośne obudowuje się płytami ogniochronnymi wykonanymi z gipsu, silikatu, wapnia, włókien szklanych, cementu i ich rozmaitych mieszanek. Obudowy z płyt dobrze sprawdzają się przy zabezpieczaniu większych powierzchni, jednak dopasowywanie obudów do niektórych konstrukcji jest bardzo pracochłonne, a przy tym często skutkuje zbytnim ograniczeniem przestrzeni czy ograniczeniem użyteczności konkretnego elementu. Zaletą tego rozwiązania jest natomiast możliwość osiągania nawet najwyższej klasy R240.

Rozwiązaniem łączącym zalety płyt ogniochronnych i powłok pęczniejących są zabezpieczenia natryskowe. Są one nakładane ciśnieniowo przy użyciu agregatu. Wyróżniają się dobrą adhezją do chronionych powierzchni, a przy tym są stosunkowo cienkie. Masy natryskowe składają się ze spoiwa, którym zwykle jest gips albo cement oraz wypełniacza np. z włókien wełny skalnej lub szklanej, który pełni funkcję termoizolacji. Przy większych powierzchniach może pojawiać się konieczność stosowania siatek wzmacniających, podobnych do tych, jakie wykorzystuje się podczas tynkowania. Plusem powłok natryskowych jest ich niewielka masa, która nie obciąża nadmiernie konstrukcji, ważną zaletą jest tu również łatwość aplikacji. Podobnie jak przy okładzinach z płyt za sprawą mas natryskowych można osiągać R240.

Wykonanie odpowiedniech biernych zabezpieczeń przeciwpożarowych znacznie podnosi poziom bezpieczeństwa obiektu oraz zwiększa prawdopodobieństwo przeprowadzenia skutecznej akcji ewakuacyjnej i gaśniczej, dzięki podniesieniu nośności ogniowej chronionych elementów.