Klasyfikacja pap na podstawie nowych metod badań reakcji na ogień

Badanie reakcji na ogień pap według PN-EN ISO 11925-2:2004 [2] nie wydaje się badaniem bardzo drastycznym dla próbek. Próbka wstęgi papy zostaje poddana oddziaływaniu ok. 20 mm płomienia przez 15 s.

W trakcie badania, które trwa 20 s, licząc od początku przyłożenia płomienia na próbkę, notowane są następujące dane:

• wystąpienie zapalenia,
• osiągnięcie przez wierzchołek płomienia zapalonej próbki odległości 150 mm powyżej punktu przyłożenia płomienia i czas, po którym to nastąpiło,
• wystąpienie zapalenia papieru filtracyjnego,
• obserwacje wizualne fizycznego zachowania próbki.

Tylko w przypadku, gdy wierzchołek płomienia zapalonej próbki przekroczy wysokość 150 mm, norma PN-EN 13501-1:2004 [3] daną papę przypisuje do klasy F. W pozostałych wypadkach papa należy do klasy E (lub E-d2 w przypadku wystąpienia zapalenia papieru filtracyjnego, czyli wystąpienia spadających płonących odpadów). Jak już wspomniano, taka klasyfikacja ujmująca właściwości zapalne pap tylko w dwóch klasach (a praktycznie umieszczająca wszystkie papy w jednej klasie) nie obrazuje różnic pomiędzy papami asfaltowymi dostępnymi na rynku.

Aby zobrazować różnice w zakresie reakcji na ogień pomiędzy papami, podjęto próbę rozszerzenia klasyfikacji ogniowej dla pap asfaltowych w obrębie klasy E (PN-EN 13501-1:2004, tabela 1 [3]) na podstawie wyników badań reakcji na ogień w warunkach powierzchniowego ataku płomieni ze zmodyfikowaną procedurą badawczą. Badania reakcji na ogień przeprowadzano przy wykorzystaniu aparatury zgodnej z PN-EN ISO 11925-2:2004 [2]. Każdorazowo badania przeprowadzano dla ekspozycji powierzchniowej. Dla każdej z powierzchni (wierzchnia strona, spodnia strona) wykonywano badania na czterech reprezentatywnych próbach papy (dwie próbki wycinano wzdłuż, a dwie w poprzek wyrobu).

Rozszerzona klasyfikacja reakcji na ogień

Procedura badawcza zasadniczo polegała na obserwacji, czy płomień zapalonej próbki w wyniku oddziaływania płomienia palnika na papę przez określony czas badania przekroczył wysokość 50 mm (lub 150 mm2) – pierwszy etap procedury badawczej).

Czas badania był równy czasowi oddziaływania płomienia na próbkę (15 s, 30 s, 45 s lub 60 s) oraz obejmował 5-sekundowy czas obserwacji próbki po odsunięciu palnika. Wynikiem badania była rozszerzona klasa reakcji na ogień. Klasy te charakteryzowano za pomocą litery E (litera E została zapożyczona z klasyfikacji normowej) oraz za pomocą indeksu opisującego czas oddziaływania płomienia na próbkę w sekundach, który nie powoduje przekroczenia 50 mm przez płomień przyjęty na próbce.

Schemat określania klasy pap pod względem reakcji na ogień został przedstawiony w algorytmie (rys. 1). Badanie rozpoczynano, poddając próbkę papy oddziaływaniu płomienia przez 15 s. Jeżeli w czasie badania (15 s + 5 s) wysokość 150 mm przyjętego płomienia została przekroczona, wówczas próbkę papy klasyfikowano jako F3) (właściwość użytkowa nieokreślona). Jeżeli przyjęty płomień nie przekroczył wysokości 150 mm, papę poddawano dalszemu badaniu. Do tego momentu procedura badawcza była zgodna z PN-EN ISO 11925-2:2004 [2].

Według klasyfikacji normowej (PN-EN 13501-1:2004, tabela 1 [3]) wszystkie papy, u których przyjęty płomień na próbce nie przekroczył 150 mm, przypisywano do klasy E. Kolejnym krokiem było określenie, czy podczas 15 s oddziaływania płomienia na próbkę (oraz 5 s obserwacji próbki po odsunięciu palnika) przyjęty płomień przekroczył wysokość 50 mm. Jeżeli wysokość przyjętego płomienia była wyższa niż 50 mm (i oczywiście niższa niż 150 mm), wówczas papę klasyfikowano w klasie E 0. W przypadku, gdy wysokość płomienia nie osiągnęła 50 mm, papę badano ponownie, tym razem wydłużając czas oddziaływania płomienia na próbkę do 30 s. Czas badania próbki papy wynosił 35 s (30 s – oddziaływanie płomienia, oraz 5 s – obserwacja próbki po odsunięciu palnika). Jeżeli w trakcie badania przyjęty płomień na próbce przekroczył wysokość 50 mm, papę przyporządkowywano do klasy E 15, jeżeli nie przekroczył – wydłużano czas oddziaływania płomienia na próbkę o 15 s, czyli do 45 s.

Podobnie sprawdzano, czy płomień przyjęty na próbce przekroczył wysokość 50 mm (tak – klasa E 30; nie – wydłużenie czasu oddziaływania płomienia). Czas oddziaływania płomienia na próbkę wynosił 60 s. Tym 50 mm została przekroczona przez płomień. Jeżeli tak – papa otrzymywała klasę E 45, jeżeli nie – klasę E 60. W trakcie badania jednej papy nie odnotowano, aby różnica w wynikach badań w odniesieniu do poszczególnych próbek analitycznych była większa niż o jedną klasę reakcji na ogień. Notowano przypadki, że 6 próbek z danej papy było zakwalifikowanych do klasy E 0, a dwie do klasy E 15. W tym wypadku papę klasyfikowano do klasy E 0. Różnica w wynikach badań (klasyfikacji poszczególnych próbek) pojawiała się mniej niż 1 na 20 przypadków, czyli, ogólnie rzecz biorąc, wszystkie próbki analityczne pochodzące z jednej papy były klasyfikowane w tej samej klasie reakcji na ogień. Nie odnotowano sytuacji, w której 3 spośród 8 próbek analitycznych zakwalifikowane zostały do różnych klas. W tabeli przedstawiono porównanie klasyfikacji według PN-EN 13501-1:2004, tabela 1 [3], i rozszerzonej klasyfikacji reakcji na ogień.

Zgodnie z normowymi kryteriami klasyfikacji wprowadzono również dodatkową klasyfikację d2 świadczącą o występowaniu spadających, płonących odpadów podczas badania (brak zapalenia papieru filtracyjnego – bez klasyfikacji; zapalenie papieru filtracyjnego – klasyfikacja d2). Analizując dane zawarte w tabeli, można stwierdzić, że w tej samej klasie E według PN-EN 13501-1:2004, tabela 1 [3], znajdują się papy, które:

• w ciągu 15 s oddziaływania płomienia na próbkę przyjęły płomień na wysokość prawie 150 mm,
• podczas oddziaływania płomienia przez 60 s praktycznie nie przyjęły płomienia.

Przeprowadzone badania reakcji na ogień zostały wykonane na próbkach pochodzących z handlu i zgodnie z PN-EN 13501-1:2004, tabela 1 [3], wszystkie zakwalifikowano do jednej klasy E.

Aby uwzględnić bogaty asortyment pap asfaltowych dostępnych na rynku, do badań wykorzystano wiele różnorodnych próbek. A mianowicie badano papy stosowane jako wierzchnie i podkładowe warstwy pokrycia dachowego oraz papy do pokryć jednowarstwowych, na różnych osnowach, o różnej grubości i różnej gramaturze. Papy różniły się między sobą również właściwościami fizykomechanicznymi, takimi jak giętkość w niskiej temperaturze (według PN-EN 1109:2001 [4]) oraz odporność termiczna (zgodnie z PN-EN 1110:2001 [5]). 

Biorąc pod uwagę omówione różnice, analizowano papy pod kątem reakcji na ogień, a w szczególności określonej dla danej papy rozszerzonej klasy reakcji na ogień. Ogólnie można stwierdzić, że większość badanych pap uzyskiwała klasę E 30 lub E 45. Klasę E 60 uzyskało tylko kilka pap, które na rynku uznawane są za papy z najwyższej półki. Wytrzymały one oddziaływanie płomienia przez 60 s, a przyjęty płomień na powierzchni papy nie przekroczył 50 mm. Część badanych pap nie wytrzymywała ataku płomienia przez 30 s (wysokość płomienia przyjęta w próbce przekroczyła 50 mm w trakcie badania), dlatego były one klasyfikowane jako E 0 oraz E 15. Do klas E 0 i E 15 ogólnie przypisywano papy stosowane jako podkładowe warstwy pokrycia dachowego, chociaż w tej grupie znalazła się jedna papa do pokryć jednowarstwowych oraz znaczna część pap stosowanych jako wierzchnia warstwa pokrycia dachowego (również takie, które zostały zakwalifikowane do klasy E 0).

Porównanie pap o bardzo zróżnicowanych właściwościach pokazuje, że na rynku występują papy, które są według normy PN-EN 13501-1:2004 [3] przypisane do jednej klasy E, a mogą różnić się aż czterokrotnie dłuższym czasem odporności na powierzchniowy atak płomienia.

Reakcja na ogień a cechy pap asfaltowych

Przedstawione na wykresach (rys. 2 i rys. 3) wyniki zależności grubości i gramatury od klasy palności papy obrazują tendencję zmian, które w pierwszej chwili wydają się zaskakujące. Na zaprezentowanych wykresach można zaobserwować, że wyższa klasa reakcji na ogień występuje wraz ze wzrostem grubości papy/gramatury papy4), czyli papy o większej zawartości asfaltu wydają się trudniej zapalne w warunkach badania. Najprawdopodobniej przyczyna tkwi w tym, że oddziałujący pojedynczy płomień palnika przez określony czas dostarcza określoną porcję energii, która zostaje przyjęta i rozprowadzona w całej objętości próbki. Im większa grubość masy asfaltowej, tym większa możliwość przyjęcia i rozprowadzenia dostarczanej energii.

Można zatem stwierdzić, że badanie reakcji na ogień pap asfaltowych za pomocą badania zapalności materiałów poddanych bezpośredniemu działaniu pojedynczego płomienia (PN-EN 11925-2:2004 [2]) w zasadzie określa zdolność przyjęcia przez próbkę energii pochodzącej z płomienia palnika. Porównanie wyników badań reakcji na ogień pap stosowanych jako wierzchnia oraz podkładowa warstwa pokrycia dachowego dobrze wpisuje się do tej interpretacji. Wyniki badań dla pap o podobnych grubościach, ale różnej ziarnistości posypki wskazały, co było do przewidzenia, że gruboziarnista posypka mineralna (papy stosowane jako wierzchnie warstwy pokrycia dachowego) w znacznym stopniu chroni powierzchnię próbki przed atakiem płomienia, przez co obniża klasę reakcji na ogień danej papy.

Rodzaj posypki, a przede wszystkim posypka gruboziarnista również odgrywa znaczną rolę przy powierzchniowym ataku płomienia następującym od spodniej strony papy. Porównując wysokość przyjętego płomienia na próbce od strony wierzchniej i spodniej (bez posypki), nie zauważono znaczących różnic w odniesieniu do poszczególnych pap. Świadczy to o tym, że posypka przyjmuje część energii dostarczanej przez płomień palnika, mimo że nie jest narażona na bezpośredni atak płomienia. Pomimo iż różnica w zachowaniu się pod wpływem płomienia różnych rodzajów osnów jest przewidywalna (osnowa poliestrowa łatwiej się zapala w przeciwieństwie do np. osnowy z welonu szklanego), nie zauważono zależności pomiędzy klasą reakcji na ogień a rodzajem osnowy danej próbki papy. Wynika to z tego, że osnowa jest osłonięta, odgrodzona od bezpośredniego ataku płomienia i nie wpływa na właściwości zapalne próbek pap.

Podsumowanie

Wyniki badań reakcji na ogień pap, a w dalszej kolejności klasa reakcji na ogień według rozszerzonej klasyfikacji zależą od możliwości przyjmowania przez próbkę energii dostarczanej w określonym czasie przez pojedynczy płomień palnika. Możliwości absorpcji energii wzrastają wraz z gramaturą czy też grubością papy. Oczywiście, gramatura czy też grubość nie są i nie mogą być podstawowymi czynnikami determinującymi klasę reakcji na ogień. Znaczną rolę w klasyfikacji reakcji na ogień mogą odgrywać np. mineralne związki wypełniające, które poprawiają właściwości reakcji na ogień pap. Analiza wyników badań wskazywała również na papy, których klasa reakcji na ogień była wyższa, niż wynikałoby to z zależności od grubości czy też gramatury. Zebrane wyniki wskazują na niewielkie zróżnicowanie, a wręcz brak zróżnicowania reakcji na ogień pap przy zachowaniu normy klasyfikacyjnej z PN-EN 13501- -1:2004 [3]. Z reguły wszystkie te papy odpowiadają klasie E. Daje to mylny obraz o jednakowej reakcji na ogień wszystkich pap. Wprowadzona modyfikacja pozwala nie tylko na zróżnicowanie klasyfikacyjne, wskazuje także na korzystniejsze lub mniej korzystne zachowania wobec płomienia tych pap, które są dostępne na rynku polskim.

Literatura

1. PN-EN 13707:2006 „Elastyczne wyroby wodochronne. Wyroby asfaltowe na osnowie do pokryć dachowych. Definicje i właściwości”.
2. PN-EN ISO 11925-2:2004 „Badania reakcji na ogień. Zapalność materiałów poddawanych bezpośredniemu działaniu płomienia. Część 2: Badania przy działaniu pojedynczego płomienia”.
3. PN-EN 13501-1:2004 „Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków. Część 1: Klasyfikacja na podstawie badań reakcji na ogień”.
4. PN-EN 1109:2001 „Elastyczne wyroby wodochronne. Wyroby asfaltowe do izolacji wodochronnej dachów. Określanie giętkości w niskiej temperaturze”.
5. PN-EN 1110:2001 „Elastyczne wyroby wodochronne. Wyroby asfaltowe do izolacji wodochronnej dachów. Określanie odporności na spływanie w podwyższonej temperaturze”.
6. PN-EN 1849-1:2002 „Elastyczne wyroby wodochronne. Określanie grubości i gramatury. Część 1: Wyroby asfaltowe do izolacji wodochronnej dachów”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!