Działanie opasek i kołnierzy ogniochronnych a materiały pęczniejące

Dobrym rozwiązaniem zapewniającym odpowiednią klasę odporności ogniowej uszczelnień przejść instalacyjnych, stosowanym głównie do uszczelniania rur z tworzyw sztucznych, są opaski i kołnierze ogniochronne.

Charakterystyka kołnierzy i opasek ogniochronnych

Kołnierze ogniochronne zakładane są na rurę, której przejście mają zabezpieczyć. Mocowane są do przegrody, przez którą dana instalacja przechodzi. Opaski ogniochronne natomiast zakłada się na rurę i wsuwa do wnętrza przegrody. Kołnierze najczęściej mocowane są po obu stronach w przypadku ścian i od spodu w przypadku stropu.

Opaski zaś najczęściej montowane są w ścianie w sposób podobny do kołnierzy – parami, po obu stronach ściany, lub pojedynczo w środku przegrody, a w przypadku stropu – pojedynczo w przegrodzie, choć również zdarza się mocowanie ich parami.

Przykładowe uszczelnienie przejścia rury z tworzywa sztucznego przez ścianę przy użyciu kołnierza ogniochronnego przedstawiono na rys. 1, natomiast przy użyciu opaski ogniochronnej – na rys. 2.

Na fot. 1 przedstawiono uszczelnienia przejść rur przy użyciu kołnierzy oraz opasek. Oczywiście, opaski są niewidoczne, ponieważ znajdują się wewnątrz ściany.

Głównym elementem składowym kołnierzy i opasek są warstwy materiału pęczniejącego. Liczba warstw, ich długość oraz grubość zależą od średnicy oraz grubości ścianki zabezpieczanej rury oraz od oczekiwanej klasy odporności ogniowej.

Zasada działania kołnierzy i opasek w przypadku wystąpienia pożaru jest podobna – znajdujący się w nich materiał pęczniejący pod wpływem temperatury zwiększa swoją objętość i zgniata mięknącą rurę. Powoduje to zamknięcie obszaru, przez który ogień mógłby przedostać się do sąsiedniego pomieszczenia.

Na fot. 2 przedstawiona została powierzchnia uszczelnień wykonanych przy użyciu kołnierzy ogniochronnych po badaniu odporności ogniowej. Zdjęcie obrazuje, jak materiał pęczniejący zamknął przestrzeń zajmowaną wcześniej przez rurę.

Warstwy pęczniejące stosowane w kołnierzach i opaskach ogniochronnych wykonane są najczęściej z materiału na bazie tzw. grafitu ekspandującego. Materiały te zaczynają pęcznieć w temp. ok. 140°C i mogą zwiększyć swoją objętość od kilkunastu nawet do kilkudziesięciu razy.

Badania odporności ogniowej uszczelnień przejść instalacyjnych

Należy je przeprowadzać zgodnie z normą PN-EN 1366-3:2010 [1]. Określa ona metodykę badania uszczelnień przejść znajdujących się zarówno w stropie, jak i w ścianie. Badanie uszczelnień w stropie przeprowadza się tylko przy oddziaływaniu ognia od spodu stropu, natomiast w ścianie – przy nagrzewaniu z jednej strony w odniesieniu do uszczelnień przejść o symetrycznym rozwiązaniu przekroju lub z dwóch stron przy rozwiązaniu niesymetrycznym.

Nagrzewanie badanych elementów odbywa się według standardowej krzywej temperatura–czas określonej w normie PN-EN 1363-1:2012 [2].

Istotne jest wytypowanie odpowiednich elementów próbnych do badania w celu uzyskania oczekiwanego zakresu zastosowania. W przypadku uszczelnień przejść rur z tworzyw sztucznych zabezpieczonych przy użyciu kołnierzy lub opasek ogniochronnych zakres zastosowania zależy m.in. od średnicy i grubości ścianek rur oraz konfiguracji ich zakończenia (tabela 1), a także od wymiarów materiału pęczniejącego kołnierzy/opasek zastosowanych w badaniu.

Podczas badania odporności ogniowej uszczelnień przejść instalacyjnych sprawdzane są dwa kryteria skuteczności działania: szczelność ogniowa i izolacyjność ogniowa.

Szczelność ogniowa to zdolność elementu konstrukcji, który pełni funkcję oddzielającą do wytrzymania oddziaływania ognia tylko z jednej strony bez przeniesienia ognia na stronę nienagrzewaną w wyniku przeniknięcia płomieni lub gorących gazów.

Podczas badania szczelność ogniowa sprawdzana jest za pomocą tamponu bawełnianego, szczelinomierzy lub wizualnie. Utrata szczelności następuje wtedy, gdy na nienagrzewanej powierzchni elementu próbnego pojawi się ogień ciągły trwający dłużej niż 10 s lub, tampon bawełniany ulegnie zapaleniu w czasie 30 s od momentu przyłożenia go do elementu próbnego albo gdy w wyniku działania ognia powstanie na tyle duża szczelina, że możliwa będzie jej penetracja szczelinomierzem gr. 25 mm lub 6 mm na długości 150 mm.

Izolacyjność ogniowa to zdolność elementu konstrukcji do wytrzymania oddziaływania ognia tylko z jednej strony bez przeniesienia ognia w wyniku znaczącego przepływu ciepła ze strony nagrzewanej na stronę nienagrzewaną.

Przyrost temperatury maksymalnej na nienagrzewanej powierzchni elementu próbnego sprawdzany jest za pomocą termoelementów powierzchniowych mocowanych do badanego elementu za pomocą kleju odpornego na temperaturę.

Na rys. 3 przedstawiono przykładowy rozkład termoelementów dla uszczelnienia przejścia rury z tworzywa sztucznego przez ścianę przy użyciu kołnierza, natomiast na rys. 4 – dla uszczelnienia przejścia rury przy użyciu opaski ogniochronnej.

Klasyfikacja w zakresie odporności ogniowej uszczelnień przejść instalacyjnych

Sporządza się ją zgodnie z normą PN-EN 13501-2 + A1:2010 [3]. Klasę odporności ogniowej przyznaje się na podstawie badania przeprowadzonego zgodnie PN-EN 1366-3:2010 [1]. Przy jej przyznawaniu pod uwagę brane są następujące kryteria skuteczności działania:

• szczelność ogniowa (E) – oceniana jest na podstawie trzech aspektów: pęknięć lub otworów przekraczających dopuszczalne wymiary, utrzymywania się płomienia na powierzchni nienagrzewanej, zapalenia tamponu bawełnianego, przy czym jeśli element klasyfikowany jest tylko w zakresie szczelności ogniowej, bez uwzględnienia klasyfikacji izolacyjności ogniowej, ostatni z aspektów nie jest brany pod uwagę;
• izolacyjność ogniowa (I) – poziomem skuteczności działania stosowanym do określenia izolacyjności ogniowej jest przyrost temperatury maksymalnej w dowolnym punkcie nienagrzewanej powierzchni elementu próbnego ograniczony do 180°C.

Klasy odporności ogniowej definiowane w normie PN-EN 13501­‑2 + A1:2010 [3] przedstawiono w tabeli 2.

Przy określeniu klasy odporności ogniowej uszczelnienia przejścia rur należy również wziąć pod uwagę konfigurację zakończenia rury z badania. Prawidłowy więc zapis klasy uszczelnienia przejścia rury to np. EI 120 U/C.

Porównanie przyrostów temperatury na nienagrzewanej powierzchni uszczelnień

Porównania dokonano w odniesieniu do 16 uszczelnień przejść rur z tworzyw sztucznych przechodzących przez strop żelbetowy. Zabezpieczane rury wykonane były z PE-HD (8 szt.) i PVC (8 szt.). Konfiguracja zakończenia każdej z rur była taka sama – U/C. Każda z rur zabezpieczona była w dwóch wariantach (za pomocą kołnierza lub opaski). Zestawienie wszystkich użytych do porównania uszczelnień przejść przedstawiono w tabeli 3.

W kołnierzach i opaskach zabezpieczających rury o tej samej średnicy i grubości ścianki użyto tyle samo tego samego materiału pęczniejącego. Kołnierze zamocowane były do spodniej powierzchni stropu, opaski natomiast umieszczone były centralnie w stropie. Przekroje przez uszczelnienia przejść, dla których sporządzone zostało porównanie, przedstawione zostały na rys. 5 i 6.

Na rys. 5 i 6 zaznaczono również miejsca pomiaru temperatury na nienagrzewanej powierzchni uszczelnień przejść o średnicach minimalnych. W przypadku rur o średnicach maksymalnych liczba termoelementów była podwojona.

Na rys. 7–10 porównano średni przyrost temperatury w przypadku uszczelnień przejść rur z PE-HD odpowiednio dla:

• rury o maksymalnej średnicy i maksymalnej grubości ścianki (rys.  7),
• rury o maksymalnej średnicy i minimalnej grubości ścianki (rys.  8),
• rury o minimalnej średnicy i maksymalnej grubości ścianki (rys.  9),
• rury o minimalnej średnicy i minimalnej grubości ścianki (rys.  10).

Na rys. 11–14 porównano średni przyrost temperatury w przypadku uszczelnień przejść rur z PVC odpowiednio dla:

• rury o maksymalnej średnicy i maksymalnej grubości ścianki (rys. 11),
• rury o maksymalnej średnicy i minimalnej grubości ścianki (rys. 12),
• rury o minimalnej średnicy i maksymalnej grubości ścianki (rys. 13),
• rury o minimalnej średnicy i minimalnej grubości ścianki (rys. 14).

Na rys. 15–18 przedstawiono różnice pomiędzy średnim przyrostem temperatury na nienagrzewanej powierzchni uszczelnień przejść w stropie zabezpieczonych przy użyciu kołnierza i średnim przyrostem temperatury na nienagrzewanej powierzchni uszczelnień przejść w stropie zabezpieczonych przy użyciu opaski, odpowiednio dla:

• rur z PE-HD o maksymalnej średnicy; grubość ścianki rury maksymalna i minimalna (rys. 15),
• rur z PE-HD o minimalnej średnicy; grubość ścianki rury maksymalna i minimalna (rys. 16),
• rur z PVC o maksymalnej średnicy; grubość ścianki rury maksymalna i minimalna (rys. 17),
• rur z PVC o minimalnej średnicy; grubość ścianki rury maksymalna i minimalna (rys. 18).

Podsumowanie

Na podstawie przedstawionych wyników badań trudno w sposób jednoznaczny określić, które z porównywanych rozwiązań jest lepsze. Obydwa rozwiązania osiągnęły według kryteriów normy PN-EN 13501-2 + A1:2010 [3] klasę odporności ogniowej EI 120.

Zauważyć można jednak, że w początkowym okresie badania przyrost temperatury na rurach zabezpieczonych przy użyciu opaski jest zdecydowanie większy niż przyrost temperatury na rurach zabezpieczonych przy użyciu kołnierza. Dzieje się tak, ponieważ materiał pęczniejący umieszczony w kołnierzu poddany jest bezpośredniemu działaniu wysokiej temperatury od początku badania, dzięki czemu szybciej od opaski uzyskuje temperaturę niezbędną do rozpoczęcia procesu pęcznienia.

W momencie, gdy kołnierz zamyka rurę i tym samym spowalnia proces przewodzenia przez nią ciepła, temperatura materiału pęczniejącego opaski jest jeszcze zbyt niska, by rozpocząć proces pęcznienia. W późniejszej fazie badania można zauważyć, że wartość przyrostu temperatury na rurach zabezpieczonych opaskami zaczyna się zmniejszać. Oznacza to, że materiał ogniochronny w ­opasce spęczniał i zamknął rurę.

W końcowej fazie badania w większości przeanalizowanych przypadków przyrost temperatury na rurach zabezpieczonych przy użyciu kołnierza jest zdecydowanie większy niż na rurach zabezpieczonych opaską. Dzieje się tak, ponieważ materiał pęczniejący znajdujący się w kołnierzu, będący od początku badania narażony na bezpośrednie działanie ognia, zaczyna się wypalać, podczas gdy materiał pęczniejący opasek nie osiągnął jeszcze tak wysokiej temperatury.

Literatura

1. PN-EN 1366-3:2010, „Badania odporności ogniowej instalacji użytkowych. Część 3: Uszczelnienia przejść instalacyjnych”.
2. PN-EN 1363-1:2012, „Badania odporności ogniowej. Część 1: Wymagania ogólne”.
3. PN-EN 13501-2 + A1:2010, „Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków. Część 2: Klasyfikacja na podstawie wyników badań odporności ogniowej, z wyłączeniem instalacji wentylacyjnej”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!