9.1 Bevezetés
A szigetelı anyag sőrősége 220 kg/m3, fajhıje 840-1000 J/kg/K, az acél fajhıje 540 J/kg/K.
sőrősége 65 kg/m3/ Ásványgyapot fajhıje 0.22, acél 0.12. A hıvezetı képesség erısen függ a nedvességtartalomtól.
Az acél tartószerkezetek igen komoly kihívást jelentenek tőzvédelmi szempontból (EC1 (2002), EC3 (2002)). A faszerkezetek (például ragasztott fatartók) egy épülettőz során lassan mennek tönkre, mivel az elszenesedett külsı felület egyfajta hıszigetelı rétegként mőködik, az alatta található, még nem sérült fa szilárdsági szempontból gyakorlatilag teljes értékő.
Ezzel szemben a felmelegedı acél szerkezetek szilárdsága hı hatására csökken, sıt kb. 500
°C felett a csökkenés rohamos, ami az acél elemek, illetve a velük megtámasztott szerkezet
tönkremenetelét eredményezi Kay et al. (1996)). Az elı- és utófeszített acélok tőzvédelmi szempontból sokkal kényesebbek, a tönkremenetel sokkal alacsonyabb hımérsékleten megtörténik, ezért a tervezı építésznek igen nagy figyelmet kell szentelnie nemcsak a tartószerkezet tőzvédelmére, hanem a szerkezeti elemek lehorgonyzására is.
Acél tőzvédelmét hıre habosodó festékekkel, szórt bevonatokkal, vagy tőzgátló lapokkal lehet hatékonyan megoldani. Üreges szelvényeknél betonkitöltés, belsı víz-áramoltatás is alkalmazható. Akkor, amikor a tőzvédelmi bevonatot tervezzük, illetve kialakítjuk, nem szabad elfeledkezni a járulékos tőzvédelemrıl sem, mely nélkül az alapvédelem nem elég hatásos. Ilyen a fémcsövek, födém, falazat, csımandzsetták, faláttörések, függönyök, gépészeti átvezetés, hézagok, rések tőzvédelme. Fontos továbbá a szellızıcsövek és csatorna tőzvédelme és a kábeltőz elleni anyagok alkalmazása is.
9.2 Acél anyagok és szerkezetek tőzvédı festése
Ez a fajta védelem akkor célszerő alkalmazás szempontjából, amikor nem kell túl hosszú tőzállósági idı (< 60 perc). A hıre habosodó festékek általában vízzel, ritkán oldószerrel hígítható festékek. Beltéri, egyesek kültéri acélszerkezetnél 30, 45 és 60 perces tőzvédelemre alkalmasak, ha az acél falvastagsága meghaladja az 5 mm-t. A tőzvédı hatás azon alapul, hogy a bevonat emelt hımérsékleten (130 oC-tól kezdve) elbomlik és egy homogén, finom pórusú és vastag, nem-éghetı habréteget képez, mely a nagyfokú hıszigetelésnek köszönhetıen hosszú idın keresztül meg tudja védeni a bevont szerkezetet a hı hatásától. A
festék a tőz hatására kiterjed és az eredeti száraz vastagság akár hatvan-százszorosát is elérı szenes réteggé duzzad. Némelyik festéket csak úgy szabad alkalmazni kültérben, ha bevonattal látják el. Sőrőségük 1.2-1.4 g/cm3 , a száraz rétegvastagságuk 500-2000 µm között változik, 30-60 perces tőzvédelmet biztosítva.
Festéskor figyelembe kell venni a helység hımérsékletét, vagy a légköri hımérsékletet, a felületi hımérsékletet, a légnedvességet, a széljárást (kültérben) és egyéb, a festést befolyásoló tényezıket. Festési munkánál fontos figyelembevenni, hogy a bevonandó felület hımérséklete legalább 3°C-al magasabb legyen, mint a körülötte lévı levegı harmatpontja!
Tilos alapozó és tőzvédı festékek alkalmazása, ha a környezeti hımérséklet +5 °C alatt, és a relatív páratartalom 80% fölött van. Harmatpont (telítési hımérséklet) az a hımérséklet (t0), ahol a (hőtött) levegı vízgızzel telítetté válik és megkezdıdik a lecsapódás, vagyis a benne lévı vízgız egy része kicsapódik pl. harmat formájában.
Általános követelmény, hogy oldószeres festékek alkalmazása során a levegı relatív páratartalma nem haladhatja meg a 80%-ot. A vizes festékeknél a levegı relatív páratartalmának 20-70% között kell lennie.
Az alacsony hımérséklet károsan befolyásolhatja:
• a befesthetıséget,
• a száradást, a kikeményedést és a filmréteg kialakulását,
• a térhálósodást,
• a tartósságot, azaz a filmréteg védıképességét.
9.3 Acél anyagok és szerkezetek tőzvédı szórt bevonata
Ha hosszabb tőzvédelemre van szükség, akkor megoldást adhatnak az ásványgyapot alapú, cement és szilikát kötéső szórt bevonatok, vizes hígítású egykomponenső habarcsok, Vermikulit bevonatok, melyek hıvezetési tényezıje 0,05 W/mK körüli és 30 perctıl 4 óráig terjedı tőzvédelmet biztosítanak általában rezgés és dilatáció álló bevonatként. A vastagságuk 5 és 70 mm között változik. Sőrőségük 200-300 kg/m3 körüli.
Elınyük, hogy a bevonatot a felületre felhordva további munkát nem igényel. Hátrányuk, hogy a bevont felületek kevésbé esztétikusak, mint a hıálló festékeknél.
9.4 Acél tőzvédelme tőzgátló lapokkal
A tőzgátló lapok általában ásványgyapotból készülnek, ami nemcsak kiválóan hıszigetel, hanem olvadáspontja is igen magas, 1000 °C feletti, ezért tőzvédelmi célokra kiváló. További elınye, hogy a tőz hatására mérgezı gázokat nem fejleszt, füstképzıdés általában nincs.
A tőzvédı bevonattal ellátott ásványgyapot rendszerrel kialakított tőzvédelmi megoldásnak az a lényege, hogy a bevont ásványgyapot elemek körbeveszik a megvédendı elemet és nem engedik azt a tőz során kritikus hımérsékletőre melegedni, illetve kábeltőz esetén az épület felé való tőz terjedését megakadályozzák. Fontos, hogy az elemek illesztései mentén se tudjon a tőz a szerkezethez hozzáférni, ezért ezeket az illesztéseket is át kell vonni tőzvédı bevonattal.
Tőzgátló lapokkal olyan helyeken célszerő a tőzvédelmet elvégezni, ahol a tőzvédı festék nem jöhet számításba, vagy a helyi körülmények miatt alkalmasabb a szerkezet beburkolása, bedobozolása. Például akkor, ha a magas, több mint 60 perc a tőzvédelmi követelmény, vagy a tőzvédı festék felhordása fizikailag nehézkes, amikor gyors, vagy száradási idı mentes kivitelezés szükséges.
Tőzgátló lapok alkalmazhatók elválasztó falaknál, ipari burkolatoknál, födémeknél, szennyvízcsatornáknál, irodákban, kereskedelmi és elıadó termekben, csıhidakban, acéltartókon, oszlopburkolatokon és tőzgátló nyílászárók betéteként.
Többnyire faanyagként feldolgozható, nedvességtőrı, gızálló, festhetı. Vastagságuk 6-60 mm közötti. Igen könnyőek: ~1 kg/m²/mm. Nagymértékő tőzvédelem, nedvességállóság, gızállóság jellemzi ıket. Laminálhatók, festhetık. Nem éghetık, maximum 240 percig nyújtanak védelmet a tőzgátló lapok.
Némelyik anyag nagyszilárdságú. Ezek ott alkalmazhatók, ahol nagy méretpontosság, ütésállóság és a burkolat nagy tartóssága szükséges.
Lágy tőzvédı bevonat hordható fel az ásványgyapot táblákra. Hatására bomlástermék pl.
vízgız szabadul fel és ez a tőz terjedését gátolja. Sok könnyen gyulladó anyag bevonható ezzel az anyaggal. Száradás után is elasztikus marad. Vizes alapú bevonat, melyet a lezáráson túlfutó kábelek felületére is fel lehet hordani. Falban és födémben 90 perces Th értéket biztosít.
A acélszerkezet tőzállósági határértékei nyitott (I, U, Z. stb.) vagy zárt, de belül üresen hagyott acélszerelvények esetén, ha az acél melegen hengerelt és a falvastagsága legalább 5 mm, akkor ez esetben a védelem nélküli szerkezet tőzállósági határértéke 15 perc.
Hidegen hajlított, vagy 5 mm-nél vékonyabb falú szelvények esetében a tőzállósági határérték 20%-kal csökkentendı, vagy az adott tőzállóság elérésére alkalmazott védelem vastagsága 20%-kal növelendı.
9.5 Tőzvédelmi festékbevonat optimálása
A 17-dik fejezetben bemutatott tartály-alátámasztó keretnél végezzük el az optimálást habosodó festékbevonat esetén. Tőzvédelmi festékbevonat alkalmazása esetén összehasonlíthatjuk a hatékonyságát és a költségeit a védelem nélküli szerkezetével. A szerkezet költségeinek meghatározásakor anyag és festési költséget veszünk figyelembe, melyek a következıképpen számíthatók:
K = Km + Kp (9.1) Km = km M,
(9.2)
Ahol a fajlagos anyagköltség km = 1 $/kg.
Kp = kp Ap,
(9.3)
Ahol a fajlagos festési költség kp = 14 $/m2 , ami a normál festést jelenti két rétegben. Ehhez jön hozzá a tőzvédelmi festékbevonat, amely vastagságtól és védelmi idıtıl függıen hozzávetılegesen 20 $/m2, vagy 60 $/m2 fél órára, illetve 1 órára. Ap a teljes bevont felület.
Ap = 16 h1H + 16 h2L (9.4)
A 9.1 táblázat mutatja a 17. fejezetben ismertetett keretszerkezet számítását védelem nélkül és tőzvédı festékkel. Az optimálás a PSO módszerrel történt (1. fejezet). Az eredmények azt mutatják, hogy fél óra tőzvédelem esetén a nagyobb acélmennyiség védelem nélkül 5 %-al kerül többe, mint a védıbevonatos, könnyebb acélszerkezeté. Egy órás tőzvédelem esetén ez az érték, már 27 %-ra növekszik, tehát jóval érdemesebb a tőzvédı festék alkalmazása.
9.1 táblázat Keretszerkezet optimálása költségre védelem nélkül és tőzvédı festékkel Tőzvédelmi idı
(sec)
h1
(mm) t1
(mm)
t2
(mm)
K ($)
Védelem nélkül 1800 250 12 8 2317.6
Védelem nélkül 3600 220 25 18 3865.9
Tőzvédı festékkel
1800 250 7 7 2210.8
Tőzvédı festékkel
3600 230 10 6 2811.0
9.6 Összefoglalás
Mind a nyomástartó edény alátámasztó kereténél, mind az épület kereténél az optimálás azt mutatja, hogy egyrészt fontos a tőzvédelemmel foglalkozni, másrészt a biztonságnak ára van.
Fél órás, egy órás tőzvédelem jelentıs költségnövelı hatással bír. Vagy több acélt kell beépíteni a hıre lágyuló szerkezetbe, vagy bevonattal kell ellátni. A habosodó festékbevonat alkalmazása azt mutatja, hogy érdemes az acél tömegét kisebb értéken tartva a bevonattal védeni a szerkezetet. A költségmegtakarítás anyag- és festési költség figyelembevétele esetén 5 – 27 % lehet, a védelmi idı nagysága szerint.
Irodalom
Eurocode 1, Action on structures, Part 1-2 (2002) General actions – Actions on structures exposed to fire, Final Draft, CEN prEN 1991-1-2. 60 p. Bruxelles.
Eurocode 3, Design of steel structures, Part 1-2 (2002) General rules –Structural fire design, Final Draft, CEN prEN 1993-1-2, 2002. 74 p. Bruxelles
Kay,T.R.,Kirby,B.R.& Preston,R.R. (1996) Calculation of the heating rate of an unprotected steel member in a standard fire resistance test, Fire Safety Journal, 26 327-350.
International Standards Organisation: ISO 834 (1975) “Fire Resistance Test. Elements of Building Construction”.