hu
Göd
Göd
Budapest
+36 30 870 6690 Hét - Csüt 07:00 - 15:00 Pén 07:00-14:00 2131 Göd, Nemeskéri-Kiss Miklós út 39.
+36 30 919 0541 Hét - Csüt 07:30 - 16:20 Pén 07:30 - 14:00 1158 Budapest, Késmárk utca 13.
Piacvezető
MAGYARORSZÁGON


Certifikációk
ISO 9001:2015
ISO 14001:2015
BS OHSAS 18001:2007
KAPCSOLAT

Húzott elemek reaktív tűzvédelmi bevonatának működésének hatékonyságát befolyásoló tényezők

Szerző: Szakál Regina tartószerkezeti tervező, tűzvédelmi szakmérnök, Mercor Dunamenti Zrt.

 

Acél szerkezetű épületek legelterjedtebb passzív tűzvédelmi megoldása a hőre habosodó festék, amely egy szénbázisú szigetelő habot képezve védi a felmelegedés ellen az elemeket. Ahogy a zárt térben a hőmérséklet eléri a 200-250 oC-ot, a tűzvédő festék meglágyul, majd szervesanyag-tartalma elbomlik, a gázképző anyagok felduzzasztják körülbelül 40-60-szorosára a száraz festékréteget, és hőszigetelő habréteg keletkezik, a hőmérsékletemelkedés lelassul, a görbe ellaposodik (1. ábra). Egy adott szerkezeti elem tűzállósága, illetve szükséges védelmének mértéke a kritikus hőmérsékletével és szelvénytényezőjével jellemezhető. A kritikus hőmérséklet az a pont, amelynél az acélelem elveszíti teherbírását a rendkívüli csökkentett mechanikai hatásokkal szemben. Minél magasabb ez a hőmérséklet, annál több teherbírási tartalékkal rendelkezik a szerkezet tűzhatás esetére, tehát vékonyabb hőszigetelő réteggel elegendő védeni a megfelelő működésének megtartása érdekében. A szelvénytényező pedig a felmelegedés mértékét mutatja, azaz hogy milyen saját ellenállása van a szelvénynek a hőmérséklet emelkedésével szemben. A szelvénytényező (jelölése Am/V az angolszász vagy U/A a német terminológiában) az adott szerkezeti elem hőhatásnak kitett kerületének és területének hányadosa, tehát minél karcsúbb egy szerkezeti elem, annál nagyobb ez a tényező és ezzel összefüggésben annál nagyobb mértékű védelemre van szüksége a felmelegedéssel szemben.

 

1. ábra: Vizsgálat közben a védelemmel ellátott nyitott szelvényű acélelem hőmérsékletének felfutása ISO834 szabványos zárttéri tűzgörbe hatására

Húzott elem magas hőmérsékleti mechanikai viselkedése általában kedvezőbb a stabilitásvesztésre érzékeny elemével összehasonlítva, ugyanis az utóbbi teherbírása a stabilitásvesztés formájától és az elem geometriájától, karcsúságától függően csökkentett. Ezzel van összefüggésben, hogy jellemzően magasabb kritikus hőmérséklet igazolható a húzásra igénybevett szerkezeti elemnél. Azonban van néhány megfontolás, amelyet érdemes megvizsgálni a viselkedésükkel kapcsolatban, ugyanis ezek befolyásolhatják a tűzvédelmi bevonat működésének hatékonyságát. Emiatt Németországban például speciálisan kezelik a húzott szerkezeti rendszereken a reaktív tűzvédelmi bevonat alkalmazását, korlátozásokkal szabályozzák.

A reaktív tűzvédő anyagok esetében az EN 13381-8 vizsgálati szabvány megkülönbözteti a nyitott- és zártszelvényeket habosodási viselkedésük alapján (4. ábra). Kizárólag húzásra igénybevett szerkezeti elemek pedig jellemzően zártszelvények és azon belül is sok esetben kis keresztmetszeti területű tömör vonórudak, amelyeken a viszonylag nagy görbület miatt a festék duzzadásakor kialakuló nagyobb keresztmetszeti kerületen többletanyagra van szükség a folytonos habréteg kialakulásához, különben hasadás jön létre a védőrétegen, amelyen keresztül a hő könnyen eléri a szelvényt és hatékonyságát veszti a védelem. Azonban ha kellő habosodni képes anyaggal van bevonva a szelvény, akkor létrejöhet egy úgynevezett újrahabosodás. Ez a jelenség okozza, hogy azonos tűzállósági követelmény esetén és azonos szelvénytényezőjű, de eltérő geometriájú, azaz nyitott és kör keresztmetszetű profilok esetén, sokszorosa lehet a szükséges rétegvastagság a köracélon a nyitott szelvénnyel összevetve.

 

2. ábra: Keresztirányú- és hosszirányú felhasadás; [1]

 

 

3. ábra: Vizsgálat közben a védelemmel ellátott csőszelvényű acélelem hőmérsékletének felfutása ISO834 szabványos zárttéri tűzgörbe hatására

 

A német szakmai álláspont szerint külön kezelendőek a húzott nyitott- és zártszelvényeket a húzott tömör keresztmetszetű rudaktól. Az előbbiek esetében alkalmazhatóak a reaktív anyagok az EN 13381-8 szabvány szerinti vizsgálatok eredményeivel (4. ábra), azonban a legmagasabb alkalmazható kritikus hőmérsékletet korlátozzák olyan módon, hogy a megengedhető kihasználtsági fok (μ0) nem lehet több 0,5-nél. Így az egyszerűsített módszer természetes logaritmus alapú összefüggésével számolva a kritikus hőmérséklet 584,7 oC-ot nem haladhatja meg, hiába lehetne tartószerkezeti szempontokat figyelembe véve ez a hőmérséklet jóval magasabb (akár 650-700 oC), aminek következményeképp nagyobb védelem és vastagabb rétegvastagság válik szükségessé. Így már két nem tartószerkezeti megfontolás is befolyásolta a szükséges védelmi réteg vastagságát és mindkét esetben növelés vált indokolttá a megfelelő működés érdekében.

A tömör kör és négyzetes keresztmetszetű rudakat külön vizsgálati szabvány, az EN 13381-10 kezeli (4. ábra). Kifejezetten a kis keresztmetszeti területű szerkezeti elemek vizsgálatára fókuszál, azaz a köracélok esetében 130 mm-es átmérőnél kisebb elemekre, illetve a négyzetes alakúaknál is 130 mm-ben maximalizált nagyobb oldalhosszal és 2:1 oldalaránnyal. Nagyobb szelvények esetén megengedhető, hogy zárt szelvényként az EN 13381-4 és -8 jelű szabványok szerint meghatározott rétegvastagságokat alkalmazzuk a védelmükre. A folyamatos húzóerőnek kitett szerkezeti elemekre jellemző a nyúlási alakváltozás, amely az eredeti beépítési hosszon alkalmazott védőbevonat folytonosságát megszakítja, így érdekes lehet, hogy a habosodás át tudja-e hidalni duzzadásával ezt a mértékű folytonossághiányt és még megfelelően el tudja látni a védelmet. Amikor ez a húzóerő a tönkremenetelhez tartozó erőhöz közeledik, lokális képlékenyedés alakul ki, amelyből adódóan elvékonyodó szakadó megnyúlás következik be. Ez a jelenség szintén hátrányos tűzvédelmi szempontból, ugyanis a vékonyabb keresztmetszet felmelegedése ellen vastagabb védőréteg szükséges, így az eredeti vastagságra meghatározott rétegvastagság már nem védi megfelelően a szerkezeti elemet és még gyorsabban eljut a tönkremenetelig. Az elvékonyodás mértékét a hőmérséklet függvényében a 4. ábra mutatja, amelyen egyértelműen látszik, hogy a melegedő anyag egyre lágyabbá válik, így egyre nagyobb hosszon képlékenyedik el a szakadási tönkremenetel közben.

 

4. ábra: Az emelkedő hőmérséklet hatására a szakadási nyúlás hossza emelkedik, így az elvékonyodás egyre nagyobb; [2]

 

Összefoglalva a kis keresztmetszeti területű tömör, húzásra igénybevett rudak több szempontból hátrányosan viselkednek tűz hatására, ami miatt teljesen más elven szükséges kezelni őket, mint a nagyobb profilokat. Nagyobb veszély áll fenn a védelem folytonosságának megszakadásában, egyrészt a hőre habosodó festék működési mechanizmusából adódó nagyobb kerület habanyaggal való kitöltésében (hosszirányú felhasadás), másrészt a tönkremeneteli szakadó nyúlás okozta keresztirányú felhasadás és a keresztmetszet elvékonyodásából adódó alacsonyabb ellenállás a felmelegedéssel szemben, amely következtében az érintett lokális szakaszon vastagabb védőrétegre lenne szükség. Ezek az elvek egyértelműen indokolják a magasabb szintű védelmüket tűz hatása ellen, azonban ez számos gyakorlati nehézség elé is állítja a szakmát, főleg a magas tűzvédelmi kockázatú épületek esetében, ahol magas tűzállósági követelmény szükséges. Az ilyen esetek gyakran olyan nagy rétegvastagságot tesznek szükségessé ezeken a nagy görbületű, azonban kis felületeken, amelynek a felhordása, vizsgálata és így működése már nehézkes, sőt akár nem is lehetséges.

 

5. ábra: Összefoglaló táblázat a vizsgálati szabványok alkalmazási feltételeiről

 

Felhasznált szakirodalom:

[1] Dustin Häβler, Sacha Hothan; Numerical and experimental analysis of reactive fire protection systems applied to solid steel rods in tension. Application of structural fire engineering conference, S. 454-460, Prague, 2013.

[2] Dustin Häβler: Verhalten reaktiver Brandschutzsysteme auf kreisförmingen Zuggliedern aus Blank- und Baustahl; Doktor der Ingenieurwissenschaften genehmigte Dissertation; 2016

 

Megjelent az Acélszerekezetek magazin 2019/I. számában.

További hírek

Lotte Advanced Materials
Eiffel Műhelyház
Andrássy 47
Budai Vár
Szekszárd Kormányhivatal
Kaposi Mór Oktató Kórház
Samsung SDI Göd
MOL Poliol Tiszaújváros
Nagykanizsai Multifunkcionális Sport- és Rendezvénycsarnok