Eksperyment stopni zapalności materiałów drewnianych z uwzględnieniem zabezpieczenia ogniochronnego Remmers BSS1 liquid
Opracował:
Zespół Rady Naukowej Programu Konserwatorskiego Małopolska - Przyszłość w Przeszłości.
St kpt dr inż. Sławomir Bałuszyński
Data: 02.10.2015r.
1. WSTĘP.
Elementy z drewna w aspekcie działania ognia.
1. 1. Ogólna charakterystyka.
Minimalizacja zagrożenia pożarowego w budownictwie to zagadnienie podstawowe z uwagi na bezpieczeństwo zarówno mienia jak i ludności. Rozpatrując drewno jako materiał budowlany należy obok wielu innych właściwości mieć na uwadze efekty oddziaływań termicznych na drewno - właściwości ogniowe. Drewno jest materiałem palnym ulegającym w odpowiednich warunkach termodestrukcji. Mimo tej palności elementy drewniane poddane działaniu impregnatów mogą uzyskać cechy dające gwarancję klasy trudno zapalności lub nie rozprzestrzeniające ognia.
We właściwościach pożarowych drewna trzeba więc wyróżniać i rozróżniać dwie różne cechy:
odporność ogniową mierzoną czasem spełniania przez element swojej funkcji (wymagań) w warunkach zbliżonych do pożaru, dotyczących:
1) nośności ogniowej (przenoszenie obciążeń zewnętrznych i własnego ciężaru),
2) i/lub izolacyjności ogniowej (temperatura nienagrzewanej powierzchni elementu i/lub natężenie promieniowania cieplnego po stronie tej powierzchni nie mogą przekroczyć określonych wartości),
3) i/lub szczelności ogniowej (przeciwdziałanie przenikaniu płomieni i gorących gazów na nieogrzewaną stronę elementu),
4) innych wymaganych właściwości.
palność mierzoną zdolnością drewna do zapalania się (najczęściej pomiar czasu do zapalenia się w określonych warunkach termicznych lub temperatura, w której następuje zapalenie).
1. 2. Klasyfikacja.
Materiały i elementy budowli wg klasyfikacji pożarowej przyjętej w Polsce dzieli się przede wszystkim pod względem ich:
1) palności (palne, niepalne),
2) zapalności (stopień zapalności od I do III - nie-, trudno-, łatwo- zapalne),
3) stopnia rozprzestrzeniania ognia,
4) odporności ogniowej.
Właściwości elementów budowlanych pod względem wymagań przeciwpożarowych określa się ich odpornością ogniową i stopniem rozprzestrzeniania ognia, natomiast palność i zapalność charakteryzują właściwości materiałów budowlanych. O klasyfikacji materiału budowlanego pod względem palności decyduje najczęściej zachowanie się jego próbek w temperaturze ok.750°C w specjalnej aparaturze. Inne równie istotne, właściwości materiałów i elementów budowlanych to szybkość powierzchniowego rozprzestrzeniania się płomienia oraz wydzielania się ciepła przy spalaniu, ciepło spalania, toksyczność, dymotwórczość itp.
1.3. Termiczny rozkład (termodestrukcja).
Ogrzewanie drewna do temp. 105°C prowadzi do usunięcia wilgoci. Powyżej temp. 110°C rozpoczyna się powolny rozkład termiczny składników drewna. Przy ogrzewaniu drewna do temp. 100°C wytrzymałość drewna rośnie, jednak dłuższe utrzymywanie drewna w tej temperaturze powoduje zmniejszenie wytrzymałości. Po ogrzaniu drewna do temp. 270-280°C rozpoczyna się niekontrolowane wydzielanie znacznych ilości ciepła, wytwarzanie głównych ilości gazów i substancji ciekłych, rozluźnienie struktury drewna i zapalenie się. Temperatura i czas, po którym nastąpi zapalenie się drewna zależą od jego gatunku i warunków ogrzewania. Do temp. 270-275°C rozkład drewna pod wpływem ciepła zachodzi wolno. Od momentu zapalenia temperatura szybko wzrasta do 500-550°C. Drewno pali się wtedy nawet po usunięciu impulsu cieplnego, samoistnie podtrzymując proces palenia. W temp. około 600°C występuje intensywne płomieniowe spalanie powstałego węgla, drewno jest samo dla siebie źródłem ciepła i ognia. Zapalenie drewna następuje w temp. 210-350°C, wg niektórych źródeł nawet w temp. ok. 150°C a samozapalenie w temp. 310-450°C choć zależy to dużym stopniu od gatunku drewna, warunków zajścia tego zjawiska, a także metody pomiarowej.
Intensywność palenia się drewna zależy m. in. od gęstości drewna, zawartości żywic, olejków eterycznych, wilgotności, przewodnictwa i pojemności cieplnej, szybkości ruchu powietrza, stosunku reagującej powierzchni do masy palącego się materiału, geometria układu spalania, natężenia i ukierunkowania dopływającego strumienia cieplnego, szybkości dyfuzji ciepła do drewna itd.
Bardzo ważne w paleniu się elementów z drewna, zwłaszcza o większych wymiarach przekroju (ponad 50 cm2), ma powstawanie węgla drzewnego na powierzchni palącego się drewna. Węgiel drzewny ma kilkakrotnie mniejszy współczynnik przewodnictwa cieplnego niż drewno. Jego warstwa utrudnia wnikanie ciepła do wnętrza drewna i wytworzenie się tam temperatur sprzyjających rozkładowi drewna. Przyczynia się to do dużej odporności ogniowej konstrukcji drewnianych o dużych przekrojach. Działanie ochronne warstwy węgla drzewnego jest jednak okresowe, gdyż w wypadku nasilenia dopływu ciepła do układu może nastąpić nawrót intensywnego spalania.
Drewno i materiały drewnopochodne (płyty pilśniowe twarde, pilśniowe twarde lakierowane, płyty pilśniowe porowate, płyty wiórowe, sklejki) o gęstości do ok. 650 kg/m3, nie zabezpieczone środkami ogniochronnymi, zalicza się najczęściej wg badań metodą radiacyjną [PN-96/B-02874] do grupy materiałów łatwo zapalnych. Klasyfikacja tych materiałów, ale o większej gęstości a także grubości, zabezpieczonych przeciwogniowo (znaczenie ma ilość i rodzaj zastosowanego środka ogniochronnego), z domieszkami związków nieorganicznych do płyt, nie jest już tak jednoznaczna i często, choć zależy to również od metody pomiarowej, zalicza się je do materiałów trudno zapalnych.
1. 4. Działanie i stosowanie środków przeciwogniowych.
Przez zastosowanie środków ogniochronnych na elementach z łatwo zapalnych gatunków drewna można osiągnąć spełnienie wymagań dla materiałów trudno zapalnych.
Zmniejszeniu ulega potencjalne zagrożenie pożarowe. W efekcie działania środków ogniochronnych można spodziewać się wydłużenia czasu potrzebnego do zapalenia drewna, ograniczenia lub wyeliminowania płomieniowej fazy spalania, zmniejszenia szybkości powierzchniowego rozprzestrzeniania płomieni, zwiększenia szybkości wytwarzania się ochronnej warstwy węgla drzewnego. Mimo zmniejszenia przez środki ogniochronne zapalności drewna lub materiału drewnopochodnego, nie nadadzą im one jednak cech materiału nie palnego. Pozostają one materiałami palnymi, nie mogą bowiem w wyniku działania chemicznych środków przeciwogniowych zostać spełnione wymagania pozwalające na klasyfikację materiałów do niepalnych. Skuteczne zabezpieczenie związane jest zatem z wprowadzeniem do drewna (materiału drewnopochodnego) lub na jego powierzchnię środków ogniochronnych w właściwy sposób i w niezbędnej ilości.
Środki ogniochronne do drewna i materiałów drewnopochodnych są to przede wszystkim substancje ciekłe i stałe, których zadaniem jest zmniejszenie zapalności tych materiałów i podatności do powierzchniowego rozprzestrzeniania płomieni. Dobre środki ogniochronne działają we wszystkich trzech fazach spalania. Najprostszy podstawowy podział dzieli te środki na aktywne i pasywne. Aktywne środki chronią drewno lub materiał drewnopochodny w sposób czynny, uczestnicząc, w procesie rozkładu i zmieniają jego przebieg. Środki pasywne stwarzają przeszkodę izolacyjną, biernie chroniąc materiał przed dyfuzją ciepła do jego wnętrza.
Środki ogniochronne dzieli się wg kilku kryteriów: przeznaczenia, postaci, odporności na wpływy atmosferyczne, zasady działania itp. Ze względu na sposób stosowania wyróżnia się dwie grupy środków ogniochronnych:
1) do zabezpieczania w masie (nasycanie wgłębne lub dodawanie środków ogniochronnych do masy substratów w produkcji materiałów drewnopochodnych),
2) do ochrony powierzchniowej.
Podczas wykonywania zabezpieczeń ważna jest kontrola prawidłowości przeprowadzonego zabiegu tj. pomiar ilości środka ogniochronnego wprowadzonego do materiału lub na jego powierzchnię.
Środki ogniochronne mogą wpływać przede wszystkim na takie właściwości drewna i materiałów drewnopochodnych jak: higroskopijność, wytrzymałość, agresywność korozyjną (roztwory środków wykazują agresywność bezpośrednią, a zabezpieczone drewno pośrednią), stabilność wymiarową, podatność do obróbki wykończeniowej (malowanie, renowacja) odporność na czynniki biologiczne (grzyby, owady).
2. 1. Przedmiot opracowania.
Przedmiotem opracowania są dane do określenia klasy odporności ogniowej wybranych elementów konstrukcji budowlanych, nie objętych świadectwami dopuszczenia do stosowania w budownictwie.
2. 2. Przeznaczenie badań.
Badania przeprowadzono do określenia klasy odporności ogniowej poszczególnych elementów konstrukcji budowlanych.
2. 3. Opis doświadczenia.
Doświadczenie przeprowadzono w dniu 02.10.2015 we wsi Czarna woj. małopolskie. W dniu 02 października 2015 w rejonie wsi Czarna temperatura wynosiła 14 stopni C, pogoda była słoneczna, bez opadów deszczu, wiatr północny 2m/s
Celem przeprowadzenia eksperymentu polegającego na sprawdzeniu ognioodporności drewna na wyznaczony i zabezpieczony pod względem bezpieczeństwa teren zostały dostarczone porównywalne konstrukcje drewniane w ilości 2 szt.
Wymiary zewnętrzne drewnianej konstrukcji:
długość: 1160mm,
szerokość: 1040mm,
wysokość: 1660mm.
Konstrukcję wykonano bez połączeń ciesielskich, do montażu użyto gwoździ i wkrętów.
Specyfikacja konstrukcji:
podwalina - pełne deskowanie deski powietrzno-suche jodłowe o grubości 19mm,
słupy konstrukcyjne świerk powietrzno-suchy o przekroju 100x100mm,
murłaty świerk powietrzno-suchy o przekroju 100x100mm,
krokwy świerk powietrzno-suchy o przekroju 100x50mm,
łaty świerk powietrzno-suchy o przekroju 20x40mm,
deska elewacyjna świerk powietrzno-suchy o grubości 19mm,
gont drewniany jodła powietrzno-sucha, pojedyncza warstwa.
Pierwsza z konstrukcji nie została zabezpieczona żadnym impregnatem, druga natomiast została zabezpieczona preparatem ognioodpornym Remmers BSS 1 liquid.
Całkowita powierzchnia drewna zabezpieczonego przeciwogniowo, na której dwukrotnie nałożono poprzez ręczne malowanie pędzlem preparat BSS 1 liquid wynosiła ca 34m2.
Do tego celu wykorzystano 10,2 litra preparatu BSS1liquid, co daje średnie zużycie 300ml/m2 zabezpieczonej powierzchni.
3. Wnioski:
Drewno jest jednym najtrwalszych spośród naturalnych materiałów konstrukcyjnych. Świadczą o tym chociażby liczne, wspaniale zachowane zabytki w konstrukcji drewnianej. Jednak drewno odwdzięczy się nam swoim pięknem i trwałością tylko wtedy, gdy zabezpieczymy je odpowiednimi środkami ochronnymi. Drewno jak każdy materiał naturalny podlega biodegradacji. Konstrukcje drewniane przede wszystkim narażone są na oddziaływanie warunków atmosferycznych, mikroorganizmów takich jak bakterie, grzyby oraz owady. Oprócz wspomnianych zagrożeń niebezpieczny dla konstrukcji drewnianej jest również ogień. Jednak wszystkim tym zjawiskom można zapobiegać poprzez stosowanie odpowiednich środków ochronnych. Z zabezpieczania drewna impregnatami chemicznymi nie warto zatem rezygnować. Niezakonserwowane drewno, wystawione na działalność negatywnych warunków atmosferycznych, w szczególności wilgoci poprzez wypaczanie się i kurczenie przestaje „trzymać wymiary” i pęka. Powstałe pęknięcia i szczeliny są idealnym miejscem dla rozwoju grzybów i bakterii a także siedliskiem owadów – szkodników. Drewno zaatakowane przez grzyby, pleśnie i owady powoli się rozkłada na jego jakość i właściwości ulegają znacznemu pogorszeniu. W pomieszczeniach zamkniętych jak kościoły efektem ubocznym procesu biodegradacji drewna może być negatywny wpływ wilgoci i mikroorganizmów na zdrowie ludzi-parafian przebywających w świątyni.
Przeprowadzony eksperyment pokazuje niszcząca siłę ognia w stosunku do próbki w stosunku do której nie użyto środka REMMERS BSS1 liquid.
Użycie środka daje gwarancję :
- uzyskania dla materiału palnego stopnia co najmniej trudno zapalności
- zagrożenie pożarowe ulega minimalizacji
- działanie środków ogniochronnych powoduje wydłużenie czasu potrzebnego do zapalenia drewna
- ograniczenie lub wyeliminowania płomieniowej fazy spalania,
- zmniejszenie szybkości powierzchniowego rozprzestrzeniania płomieni,
- zwiększenie szybkości wytwarzania się ochronnej warstwy węgla drzewnego.
- środek ogniochronny do drewna i materiałów drewnopochodnych działa we wszystkich trzech fazach spalania.
- chroni drewno lub materiał drewnopochodny w sposób czynny, uczestnicząc, w procesie rozkładu i zmieniając jego przebieg
- stwarza przeszkodę izolacyjną, biernie chroniąc materiał przed dyfuzją ciepła do jego wnętrza
- pozwala na skuteczne rozpoczęcie i prowadzenie działań przez jednostki ochrony
- przeciwpożarowej z uwzględnieniem czasu dojazdu poprzez opóźnienie destrukcyjnego działania spalania płomieniowego.
4. Uwagi:
REMMERS BSS1 liquid służy do malowania ręcznego i służy do zastosowań na zewnątrz i do wewnątrz klasa palności B-s2 d0, przy czym na otwartej powierzchni musi być zastosowany preparat LW 718, który zapobiega wypłukiwaniu preparatu BSS1 przez deszcz, grad i lód.
Bez preparatu LW718 BSS1 liquid ma klasę palności B – s2 d0, natomiast z preparatem wierzchnim LW718 BSS 1 liquid ma klasę palności C – s2 d0.
