Płyty gipsowo-kartonowe – odporność ogniowa ścian nienośnych

Zużycie płyt gipsowo-kartonowych jest obecnie największe w USA i Kanadzie i wynosi ponad 10 m²/mieszkańca na rok. W krajach skandynawskich jest to 7–9 m²/mieszkańca.

W Polsce w ciągu 15 lat od 1993 r. do 2008 r. zużycie płyt na jednego mieszkańca wzrosło z 0,18 m² do ok. 2 m² rocznie. W Polsce duże złoża gipsu naturalnego występują w okolicach Buska-Zdroju i Pińczowa. Tam też znajdują się dwie duże fabryki produkujące płyty gipsowo-kartonowe z gipsu naturalnego. Dwie inne fabryki w Polsce wytwarzają je z gipsu syntetycznego, uzyskiwanego z odsiarczania spalin z elektrowni.

Płyty gipsowo-kartonowe – normy

W Polsce istnieją dwie normy dotyczące płyt gipsowo-kartonowych: PN- -B -79405:1997 [1] i PN-EN 520:2005 [2].

Okres przejściowy na wprowadzenie i stosowanie normy PN-EN 520:2005 [2] skończył się w lutym 2007 r. i z dniem 19 maja 2008 r. norma PN-B-79405 została wycofana ze zbioru aktualnych norm Polskiego Komitetu Normalizacyjnego.

Płyty gipsowo-kartonowe – właściwości ogniowe

Gips jest materiałem niepalnym. Wyroby gipsowe niezawierające domieszek lub warstw organicznych są klasyfikowane (uznaniowo) jako niepalne. Klasyfikację w zakresie reakcji na ogień płyt gipsowo-kartonowych bez badań ustalono decyzją Komisji Europejskiej nr 2003/593/EC z sierpnia 2003 r. [3].

Większość wyrobów izolacyjnych charakteryzuje się niską wartością współczynnika przewodzenia ciepła. Pełnią one rolę izolacji opóźniającej wzrost temperatury przekroju lub powierzchni elementu konstrukcyjnego. Ogniochronne działanie gipsu polega na innym mechanizmie.

Gips związany zawiera ok. 20% wody krystalicznej, tzn. w 1 m² płyty gipsowej o grubości 12,5 mm znajduje się 2–2,5 l wody. Wzrost temperatury wywołuje przemiany chemiczne gipsu związane z odwodnieniem [4 i 5]. Uwalniana woda odparowuje, a na tę przemianę fazową potrzeba 5-krotnie więcej ciepła niż na ogrzanie wody od temperatury 20 do 100ºC.

Dotychczasowe klasyfikacje ogniowe ścian nienośnych – obudowy szybów instalacyjnych

Ściany działowe nienośne – obudowy szybów instalacyjnych z okładzinami z płyt gipsowo-kartonowych rżnych systemów i technologii były badane i klasyfikowane w Instytucie Techniki Budowlanej w latach 1994–98 według normy PN -90/ /B -02851 [6], a od 1997 r. według normy PN -B -02851-1:1997 [7].

W badaniach tych występowało bardzo małe zrżnicowanie płyt – badano głównie płyty GKF – małe zrżnicowanie profili stalowych, a także wyrobów izolacyjnych wypełniających badane ściany.

Elementy badane – ściany nienośne – były zamocowane z czterech stron do ramy badawczej, ciśnienie w piecu kontrolowane 10 cm poniżej stropu pieca wynosiło 10 Pa, a temperatura w piecu kontrolowana była za pomocą termoelementów płaszczowych. Na podstawie tych badań klasyfikowano ściany działowe nienośne w klasach odporności ogniowej EI 15, EI 30, EI 60, EI 90, EI 120.

Nowe normy dotyczące badań i klasyfikacji w zakresie odporności ogniowej ścian nienośnych

Obecnie w Polsce odporność ogniową lekkich nienośnych ścian działowych określa się na podstawie badania zgodnie z normą PN- -EN 1364-1:2001 [8].

Metoda badawcza podaje informacje na temat:

• elementu próbnego,
• wytycznych dotyczących projektu elementu próbnego,
• obszaru bezpośredniego zastosowania wyników badania.

Wymiary ściany działowej – elementu badanego muszą wynosić 3 x 3 m. Z trzech stron ściana musi być zamocowana do ramy badawczej, jedna krawędź pozostaje swobodna – wypełniona skalną wełną mineralną o grubości 2,5–5 cm. W piecu badawczym temperatura spalin kontrolowana jest za pomocą termometrów płytkowych.

W trakcie badania mierzone jest ciśnienie na poziomie 290 cm nad podłogą pieca i powinno ono wynosić 20 Pa. Na nienagrzewanej powierzchni ściany przyklejane są termoelementy powierzchniowe do pomiaru temperatury w trakcie badania. Podczas badania prowadzone są pomiary przemieszczeń poziomych elementu badanego, pomiar promieniowania oraz pomiar temperatury na nienagrzewanej powierzchni również za pomocą termoelementu ruchomego.

Badania są przeprowadzane zazwyczaj do osiągnięcia kryterium E – szczelności ogniowej i/lub I – izolacyjności ogniowej. Zasady prowadzenia pomiarów w trakcie badania określone są w normie PN -EN 1363-1:2001 [9], sposób nagrzewania zgodnie z normą PN -EN 1363-1:2001 [9] lub PN-EN 1363 -2:2001 [10].

Klasyfikację w zakresie odporności ogniowej nienośnych ścian działowych przeprowadza się na podstawie kryteriów normy PN -EN 13501-2:2008 [11] podanych w p. 7.5.2.

Ocena szczelności ogniowej powinna być dokonana na podstawie następujących aspektów:

• wystąpienia pęknięć lub otworów przekraczających podane wymiary,
• zapalenia tamponu bawełnianego,
• utrzymywania się płomienia na powierzchni nienagrzewanej.

Poziomem skuteczności działania do wyznaczenia izolacyjności ogniowej powinien być przyrost średniej temperatury na powierzchni nienagrzewanej, ograniczony do 140ºC powyżej początkowej średniej temperatury, przy przyroście temperatury maksymalnej w dowolnym punkcie ograniczonym do 180ºC powyżej początkowej średniej temperatury.

Klasyfikacja w zakresie promieniowania – W – powinna być określona czasem, przez który mierzone natężenie promieniowania, jak to określono w normie, nie przekracza 15 kW/m².

W przypadku określania klasyfikacji w zakresie odporności na oddziaływanie mechaniczne – M – element powinien wytrzymać uderzenie w sposób określony w normie badawczej i nie pogarszać zachowania w zakresie E i/lub I.

Klasy odporności ogniowej nienośnych ścian działowych według normy PN-EN 13501-2:2008 [11]

W tabeli podano zdefiniowane klasy odporności ogniowej nienośnych ścian działowych według normy PN-EN 13501-2:2008 [11].

W przypadku badań odporności ogniowej ścian nienośnych z okładzinami z płyt gipsowo- kartonowych zazwyczaj nie są badane W – promieniowanie, oraz M – oddziaływanie mechaniczne.

Nowa norma PN-EN 520:2005 i nowe badania odporności ogniowej ścian nienośnych

W normie PN-EN 520:2005 [2] wprowadzono istotne zmiany dotyczące technologii, nazw, typów i metod badań płyt gipsowo- -kartonowych. Wprowadzenie tej normy oraz zmiana norm badawczych i klasyfikacyjnych w zakresie odporności ogniowej spowodowały konieczność przeprowadzenia badań odporności ogniowej ścian nienośnych z okładzinami z innych płyt gipsowo-kartonowych – inaczej oznakowanych i według nowych norm badawczych.

Badaniom odporności ogniowej ścian nienośnych – obudowy szybów instalacyjnych przeprowadzonym w ostatnim okresie poddano ściany z okładzinami z płyt gipsowo- -kartonowych typu: F, DF. Montowane one były z jednej strony (brak możliwości technicznych montażu płyt od strony szybu instalacyjnego) na konstrukcji ze zrżnicowanymi profilami stalowymi i z wypełnieniem z większą ilością rodzajów płyt z wełny mineralnej (płyty wełny mineralnej mocowane w różny sposób – za pomocą stalowego drutu wiązałkowego, wycinków profili CW itp.) oraz bez wypełnienia.

Wymiary elementów badanych płaskich wynosiły 3 x 3 m lub 3,7 x 3 m (wysokość x szerokość), elementy miały kształt litery C, czyli były badane z narożnikami pod kątem prostym. W elementach badanych nie stosowano dylatacji ani puszek elektrycznych.

Nowe klasyfikacje ogniowe obudowy szybów instalacyjnych

W nowych klasyfikacjach w zakresie odporności ogniowej ścian nienośnych – obudowy szybów instalacyjnych podano klasy odporności ogniowej ścian od EI 15 do EI 120 według normy PN-EN 13501-2:2008 [11].

Wskazano także wiele szczegłowych informacji na temat płyt gipsowo-kartonowych, systemów profili nośnych, rodzajów i rozstawów wkrętów w poszczególnych warstwach okładzin, informacji dotyczących rodzajów mas szpachlowych i sposobu szpachlowań; opisano wypełnienia ścian z podaniem grubości, gęstości i producenta wełny mineralnej; zamieszczono informacje dotyczące połączeń z podłogą, stropem i ścianami krańcowymi.

Do ścian, z uwagi na to, że nie było przeprowadzonych badań z dodatkowymi obciążeniami, które mogą w znaczący sposób przyspieszyć odpadanie okładzin z płyt gipsowo- kartonowych w ogniu, nie mogą być podwieszane żadne elementy obciążające, jak instalacje, przewody wentylacyjne itp.

Klasyfikacje ogniowe nie dotyczą zamknięć otworów i przejść instalacyjnych w ścianach.

Nowe klasyfikacje w zakresie odporności ogniowej ścian nienośnych – obudowy szybów instalacyjnych rżnią się od starych klasyfikacji m.in.:

• w poszczególnych klasach odporności ogniowej występuje czasami niewielka zmiana grubości okładziny z płyt gipsowo-kartonowych uzależniona także od rodzaju zastosowanej płyty,
• nowe oznaczenia płyt gipsowo-kartonowych, obecnie płyty typu F, DF, DFH2 według PN-EN 520:2005 [2] (wcześniejsze oznaczenia odpowiednio: GKF, GKFI), związane z innymi metodami określania właściwości płyt,
• odwołaniem do rżnych norm badawczych i klasyfikacyjnych dotyczących odporności ogniowej (co przejawia się także w różnym oznakowaniu klas odporności ogniowej, np. EI 60, uprzednio F1).

Wnioski

• Nowe klasyfikacje w zakresie odporności ogniowej ścian nienośnych – obudowy szybów instalacyjnych są bardziej szczegłowe i obejmują znacznie więcej detali.
• Rozwiązania z punktu widzenia odporności ogniowej ścian nienośnych są znacznie bardziej narażone na błędy projektowe, materiałowe i wykonawcze w stosunku do poprzednich rozwiązań.
• Ze względu na szczegłowość klasyfikacji ogniowych dokumenty te stanowią lepszy i dokładniejszy materiał do weryfikacji w procesie inwestycyjnym.
• Bogactwo materiałowe w danych klasach odporności ogniowej ścian nienośnych – obudowy szybów instalacyjnych z okładzinami z płyt gipsowo-kartonowych (różne profile, wypełnienia, sposoby mocowań, szpachlowań itd.) stwarza większe możliwości przy projektowaniu i wykonywaniu tych elementów.

Literatura

1. PN-B-79405:1997, „Płyty gipsowo-kartonowe”.
2. PN-EN 520:2005, „Płyty gipsowo-kartonowe. Definicje, wymagania, metody badań”.
3. Instrukcja ITB 401/2004, „Przyporządkowanie określeniom występującym w przepisach techniczno-budowlanych klas reakcji na ogień wg PN-EN”, Warszawa 2004.
4. M. Kosiorek, B. Wróblewski, „Zachowanie płyt gipsowo-kartonowych w warunkach pożaru”, „Materiały Budowlane”, nr 10/2003.
5. M. Kosiorek, B. Wróblewski, „Skuteczność ogniochronna płyt gipsowo-kartonowych”, Praca ITB nr NP.-25/00, Etap I i II, Warszawa 2001.
6. PN-90/B-02851, „Ochrona przeciwpożarowa budynków. Badania odporności ogniowej elementów budynków. Wymagania ogólne i klasyfikacja”.
7. PN-B-02851-1:1997, „Ochrona przeciwpożarowa budynków. Badania odporności ogniowej elementów budynków. Wymagania ogólne i klasyfikacja”.
8. N-EN 1364-1:2001, „Badania odporności ogniowej elementów nośnych. Część 1: Ściany”.
9. PN-EN 1363-1:2001, „Badania odporności ogniowej. Część 1: Wymagania ogólne”.
10. PN-EN 1363-2:2001, „Badania odporności ogniowej. Część 2: Procedury alternatywne i dodatkowe”.
11. PN-EN 13501-2:2008, „Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków. Część 2: Klasyfikacja na podstawie badań odporności ogniowej, z wyłączeniem instalacji wentylacyjnej”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!