Izolacyjność ogniowa uszczelnień złączy liniowych w zależności od głębokości i szerokości złącza

Złącze liniowe to pustka, szczelina lub nieciągłość w obrębie jednego elementu konstrukcyjnego, między dwoma zestawionymi elementami konstrukcyjnymi lub większą liczbą zestawionych elementów.

Złącza liniowe powinny charakteryzować się stosunkiem długości do szerokości co najmniej 10:1. Wykonuje się je z kilku powodów:

• stosowania tolerancji wymiarowych między co najmniej dwoma elementami budynku,
• przejmowania przemieszczeń (zakładanych na etapie projektu) wywołanych różnicami temperatury, sejsmicznością i przemieszczeniami wywołanymi obciążeniami wiatrem,
• nieprawidłowych projektów, niedokładności montażowych, remontów lub uszkodzenia budynku.

Na FOT. przedstawiono przykład złącza w ścianie murowanej z uszczelnieniem.

Rozwiązania techniczne

Na rynku istnieje wiele rozwiązań uszczelnień złączy liniowych. Dobór odpowiedniego rozwiązania zależy przede wszystkim od oczekiwanej klasy odporności ogniowej, szerokości i długości wypełnianej szczeliny oraz materiałów, między którymi występuje szczelina. Najczęściej spotykane rozwiązania bazują na wełnie mineralnej lub piance ogniochronnej.

W pierwszym przypadku dylatacja wypełniana jest szczelnie wełną mineralną o odpowiedniej gęstości (zależnej od oczekiwanej klasy odporności ogniowej), a następnie malowana specjalną farbą ablacyjną lub pęczniejącą.

Farba, zależnie od rozwiązania, stosowana jest z jednej strony złącza lub obustronnie, a grubość powłoki dobierana jest odpowiednio do oczekiwanej klasy odporności ogniowej.

W przypadku pianki ogniochronnej wykonanie uszczelnienia jest jeszcze prostsze - wystarczy wypełnić szczelinę odpowiednio dobraną pianką.

Istnieje również hybryda dwóch wymienionych rozwiązań - w środku głębokości złącza umieszcza się wełnę mineralną, a zewnętrzna warstwa wypełniana jest pianką ogniochronną.

Kolejnym ciekawym i prostym do wykonania rozwiązaniem jest zastosowanie specjalnych sznurów dylatacyjnych. Sznury o odpowiedniej średnicy umieszcza się wewnątrz złącza pojedynczo lub parami, a zewnętrzna warstwa uszczelnienia licowana jest ze ścianą za pomocą specjalnego kitu lub pianki ogniochronnej.

Mniej popularne, chociaż równie skuteczne i łatwe do zamontowania, są uszczelnienia złączy liniowych wykonane z kauczuku na bazie EPDM - dylatacja wypełniana jest specjalną uszczelką przyciętą do odpowiednich wymiarów.

Istnieją również rozwiązania specjalne, bardziej złożone, składające się z większej liczby materiałów oraz przeznaczone dla specjalnych typów złączy.

Do tego typu rozwiązań można zaliczyć m.in. specjalne złącza sejsmiczne, które oprócz odpowiedniej klasy odporności ogniowej muszą cechować się dużą elastycznością, pozwalającą na przeniesienie obciążeń powstałych w wyniku trzęsienia ziemi.

Schematy różnych uszczelnień złączy liniowych wraz z określeniem sposobu montażu zgodnie z ETAG 026-3 [1] przedstawiono w TABELI.

Badania odporności ogniowej

Jest kilka metod badawczych dotyczących weryfikacji odporności ogniowej uszczelnień złączy liniowych. Najbardziej wymowną w tym zakresie podaje norma PN-EN 1366-4+A1:2011 [2].

Próbę ogniową najczęściej przeprowadza się przy jednostronnym oddziaływaniu ognia, według krzywej standardowej temperatura - czas, zgodnie z normą PN-EN 1363-1:2012 [3], co umożliwia klasyfikację szczelności i izolacyjności ogniowej (E, I) złącza liniowego.

Norma PN-EN 1366-4+A1:2011 [2] dotyczy sprawdzania odporności ogniowej następujących elementów:

• uszczelnień złącza liniowego w zależności od rodzaju konstrukcji, w których są one stosowane (elementy ścienne lub stropowe wykonane z różnych materiałów, np. konstrukcje żelbetowe, murowane, drewniane lub stalowe),
• uszczelnień złącza liniowego w zależności od orientacji: orientacja pionowa lub pozioma (dotyczy uszczelnień w konstrukcjach pionowych typu ściany),
• uszczelnień złącza liniowego w zależności od potrzeby wywołania mechanicznego przemieszczenia powierzchni czołowych złącz (uszczelnienia złączy liniowych z mechanicznie wywołanym przemieszczeniem lub bez).

Ponadto zapisy normy PN-EN 1366-4+A1:2011 [2] zezwalają na weryfikacje kilku złączy liniowych w jednej próbie ogniowej.

Każde ze złączy powinno mieć minimalną długość 900 mm, a rozstaw w świetle powinien być nie mniejszy niż 200 mm.

W badaniach odporności ogniowej uszczelnień złączy liniowych weryfikowane są dwa parametry skuteczności działania:

• szczelność ogniowa (E),
• izolacyjność ogniowa (I).

Ponadto w normie PN-EN 1366-4+A1:2011 [2] opisano metodę badania złącza liniowego z mechanicznym przesunięciem, którego celem jest ocena efektu przemieszczenia konstrukcji wsporczej na właściwości ogniowe uszczelnień złączy liniowych.

Rozmieszczenie termoelementów do pomiaru temperatury na powierzchni nienagrzewanej uzależnione jest od szerokości złącza. Na RYS. 1 pokazano typowy rozkład.

Należy również wspomnieć, że istnieją uszczelnienia złączy liniowych stosowane w specyficznych sytuacjach. Ich odporność ogniowa wyznaczana jest w inny sposób.

Do złączy tego rodzaju można zaliczyć np. uszczelnienie między czołem stropu a zamocowaną do niego ścianą osłonową (sposób badania tego typu elementu przedstawiono w normach PN-EN 1364-3:2013 [4] i PN-EN 1364-4:2014 [5] oraz opisano w artykułach "Badania odporności ogniowej przeszklonych ścian osłonowych" [6, 7], "Badania odporności ogniowej przeszklonych ścian osłonowych wg nowego wydania normy PN-EN 1364-3" [8], "Bezpieczeństwo pożarowe budynków wysokich i wysokościowych" [9]), uszczelnienia między stropem budynku a płytą balkonową (sposób badania opisano w artykule "Odporność ogniowa żelbetowych balkonów wspornikowych z łącznikami zbrojeniowymi" [10]) czy też uszczelnienie między ościeżnicą drzwi a konstrukcją mocującą (sposób badania opisano w artykułach: "Fire resistance of timber doors. Part I: Test procedure and classification" [11], "Problematyka prawidłowego odbioru wybranych oddzieleń przeciwpożarowych" [12], "Metodyka badań odporności ogniowej drzwi przeszklonych. Cz. 1" [13], "Odporność ogniowa i dymoszczelność drzwi przeciwpożarowych na wyjściach awaryjnych z tuneli - badania i klasyfikacja" [14]).

Klasyfikacja ogniowa i wymagania w zakresie odporności ogniowej

Klasyfikację w zakresie odporności ogniowej uszczelnień złączy liniowych opisano w normie klasyfikacyjnej PN-EN 13501­‑2+A1:2010 [15]. W oznaczeniach klasy odporności ogniowej poza kryteriami skuteczności działania oraz czasem klasyfikacyjnym można spotkać następujące symbole:

• H - oznacza poziomą konstrukcję mocującą,
• V - oznacza pionową konstrukcję mocującą - złącze pionowe,
• T - oznacza pionową konstrukcją mocującą - złącze poziome,
• X - oznacza brak możliwości przemieszczenia,
• M000 - oznacza wywołane przemieszczenie (oznaczenia 000 zastępuje się procentową wartością przemieszczenia),
• M - oznacza fabryczny typ połączenia uszczelnienia,
• F - oznacza połączenie uszczelnienia wykonywane na placu budowy,
• B - oznacza połączenie wykonywane fabrycznie i na placu budowy,
• W00 do 99 - zakres szerokości złącza (w mm).

Klasa, jaką może uzyskać uszczelnienie złącza liniowego, może mieć postać: EI 120-H-X-B-W10 do 40.

Aby określić wymagania, jakie powinny spełniać uszczelnienia złączy liniowych, należy odnieść się do wymagań określonych w § 216 Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [16] dla ścian, stropów i połączeń ścian ze stropami. Chodzi o wymagania dotyczące parametrów szczelności i izolacyjności ogniowej przez określony czas.

Złącza liniowe nie muszą spełniać wymagań w zakresie nośności ogniowej, ale są przypadki, kiedy to np. elementy stropowe opierają się na ścianach z podkładkami, które przenoszą obciążenia ze stropu.

W tego typu sytuacji można powiedzieć, że złącze powinno zapewnić przenoszenie obciążenia w czasie pożaru. Tego typu elementy oprócz weryfikacji parametrów szczelności i izolacyjności ogniowej wymagają sprawdzenia stopnia degradacji uszczelnienia (metoda nienormowa).

Wymagania, jakie powinny spełniać specyficzne uszczelnienia złączy liniowych tworzonych przez łączniki balkonowe, opisano w artykule "Odporność ogniowa żelbetowych balkonów wspornikowych z łącznikami zbrojeniowymi" [10].

Porównanie przyrostów temperatury w zależności od głębokości i szerokości złącza

Porównanie wykonano dla 4 uszczelnień złączy liniowych w układzie horyzontalnym, sprawdzonych podczas jednego badania w zakresie odporności ogniowej wykonanego zgodnie z normą PN-EN 1366-4:2006+A1:2011 [2].

Uszczelnienia wykonano z kauczuku wulkanizowanego na bazie EPDM.

Przebadano złącza o minimalnej i maksymalnej szerokości oraz (dla każdego z przypadków) o minimalnej i maksymalnej głębokości.

Uszczelnienia o minimalnej głębokości umieszczono symetrycznie w środku konstrukcji mocującej gr. 110 mm, natomiast złącza o głębokości maksymalnej wypełniały całkowicie konstrukcję mocującą o gr. 200 mm.

W obu przypadkach konstrukcja mocująca wykonana była z bloczków z betonu komórkowego.

Uszczelnienia złączy liniowych miały następujące wymiary (szerokość x głębokość):

• 5×50 mm - złącze o minimalnej szerokości, zamontowane w konstrukcji mocującej o minimalnej grubości, oznaczone na wykresach jako Z_min_K_min,
• 20×50 mm - złącze o maksymalnej szerokości, zamontowane w konstrukcji mocującej o minimalnej grubości, oznaczone na wykresach jako Z_max_K_min,
• 5×200 mm - złącze o minimalnej szerokości, zamontowane w konstrukcji mocującej o maksymalnej grubości, oznaczone na wykresach jako Z_min_K_max,
• 20×200 mm - złącze o maksymalnej szerokości, zamontowane w konstrukcji mocującej o maksymalnej grubości, oznaczone na wykresach jako Z_max_K_max.

Uszczelnienia o tej samej szerokości zamontowane były w konstrukcji mocującej na tej samej wysokości.

Porównano średnie przyrosty temperatury na powierzchni uszczelnienia złącza, które w każdym z elementów mierzone były za pomocą 7 termoelementów zamocowanych za pomocą specjalnego kleju.

Termoelementy rozmieszczone zostały w punktach wyznaczonych przez normę PN-EN 1366-4+A1:2011 [2], zgodnie z RYS. 2 i RYS. 3.

Porównanie wykonano dla dwóch przypadków:

• średniego przyrostu temperatury zarejestrowanego przez wszystkie termoelementy oraz
• średniego przyrostu temperatury zarejestrowanego przez termoelementy nr 2, 3, 5, 6, umieszczone w odległości 20 mm od poziomej krawędzi złącza.

Na RYS. 4 i RYS. 5 przedstawiono średnie przyrosty temperatury na powierzchni wszystkich uszczelnień złączy. W przypadku RYS. 4 średnią wyznaczono z przyrostów temperatury zarejestrowanych przez wszystkie termoelementy umieszczone na danym uszczelnieniu złącza, a w przypadku RYS. 5 średnia wyznaczona została z termoelementów nr 2, 3, 5 i 6.

Na RYS. 6 i RYS. 7 przedstawiono różnice między średnimi przyrostami temperatury na powierzchni złączy o maksymalnej i powierzchni złączy o minimalnej szerokości.

W przypadku RYS. 6 średnią wyznaczono z przyrostów temperatury zarejestrowanych przez wszystkie termoelementy umieszczone na danym złączu, a w przypadku RYS. 7 średnia wyznaczona została z termoelementów nr 2, 3, 5 i 6.

Linia niebieska oznacza uszczelnienia złączy liniowych w konstrukcji mocującej o minimalnej grubości, a linia zielona uszczelnienia złączy liniowych w konstrukcji mocującej o maksymalnej szerokości.

Na RYS. 8 i RYS. 9 przedstawiono różnice między średnimi przyrostami temperatury na powierzchni złączy w konstrukcji mocującej o minimalnej grubości i powierzchni złączy w konstrukcji mocującej o maksymalnej grubości.

W przypadku RYS. 9 średnią wyznaczono z przyrostów temperatury zarejestrowanych przez wszystkie termoelementy umieszczone na danym złączu, a w przypadku RYS. 8 - z termoelementów nr 2, 3, 5 i 6.

Podsumowanie

Z analizy wykresów przedstawionych na RYS. 4, RYS. 5, RYS. 6, RYS. 7, RYS. 8 i RYS. 9 wynika, że szerokość danego złącza nie wpływa w istotny sposób na jego właściwości związane z izolacyjnością ogniową.

W przypadku uszczelnień złączy zamontowanych w konstrukcji mocującej o minimalnej grubości największa różnica wystąpiła w początkowej fazie badania (ok. 17 min, 23°C różnicy między uszczelnieniem złącza o maksymalnej i minimalnej szerokości), natomiast w końcowej fazie badania różnica była minimalna (w ostatniej minucie badania ok. 1°C).

W przypadku konstrukcji mocującej o maksymalnej grubości różnica między temperaturami na nienagrzewanej powierzchni uszczelnień złączy liniowych o maksymalnej i minimalnej szerokości była niewielka - w ostatniej minucie badania ok. 10°C.

Jak widać na RYS. 9, zdecydowanie większy wpływ na izolacyjność ogniową uszczelnienia miała jego głębokość – różnica między temperaturą zarejestrowaną na uszczelnieniach złączy w konstrukcji mocującej gr. 110 mm i uszczelnieniach złączy w konstrukcji mocującej gr. 200 mm osiągnęła w 80 min badania wartość ok. 50°C. W ostatniej minucie badania różnica ta wynosiła dla złączy o minimalnej szerokości ok. 35°C, a dla złączy o maksymalnej szerokości ok. 45°C.

Na podstawie przedstawionych wyników można stwierdzić, że dla każdego przypadku konieczne jest badanie złącza o maksymalnej i minimalnej szerokości, natomiast w przypadku konstrukcji mocującej wystarczające powinno być badanie konstrukcji o minimalnej grubości.

Literatura

1. ETAG 026-3, "Guideline for European Technical Approval of Fire Stopping and Fire Swaling Products. Part 3. Linear Joint and Gap Seals".
2. PN-EN 1366-4+A1:2011, "Badania odporności ogniowej instalacji użytkowych. Część 4: Uszczelnienia złączy liniowych".
3. PN-EN 1363-1:2012, "Badania odporności ogniowej. Część 1: Wymagania ogólne".
4. PN-EN 1364-3:2013, "Badania odporności ogniowej elementów nienośnych. Część 1: Ściany osłonowe - pełna konfiguracja".
5. PN-EN 1364-4:2014, "Badania odporności ogniowej elementów nienośnych. Część 1: Ściany osłonowe - częściowa konfiguracja".
6. B. Sędłak, "Badania odporności ogniowej przeszklonych ścian osłonowych”, Cz. 1. "Świat Szkła", nr 9/2012, s. 52-54.
7. B. Sędłak, "Badania odporności ogniowej przeszklonych ścian osłonowych”, Cz. 2. "Świat Szkła", nr 10/2012, s. 53-58,60.
8. B. Sędłak, "Badania odporności ogniowej przeszklonych ścian osłonowych wg nowego wydania normy PN-EN 1364-3", "Świat Szkła", nr 7/8/2014, s. 49-53.
9. P. Sulik, B. Sędłak, P. Turkowski, W. Węgrzyński, "Bezpieczeństwo pożarowe budynków wysokich i wysokościowych" [w:] A. Halicka, „Budownictwo na obszarach zurbanizowanych. Nauka, praktyka, perspektywy”, Politechnika Lubelska 2014, s. 105-120.
10. P. Turkowski, P. Roszkowski, "Odporność ogniowa żelbetowych balkonów wspornikowych z łącznikami zbrojeniowymi”, "Materiały Budowlane", nr 7/2014, s. 23-24.
11. D. Izydorczyk, B. Sędłak, P. Sulik, "Fire resistance of timber doors. Part I: Test procedure and classification", "Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW Forestery and Wood Technology", No. 86/2014, s. 125-128.
12. D. Izydorczyk, B. Sędłak, P. Sulik, "Problematyka prawidłowego odbioru wybranych oddzieleń przeciwpożarowych", "Materiały Budowlane", nr 11/2014, s. 62–64.
13. B. Sędłak, "Metodyka badań odporności ogniowej drzwi przeszklonych. Cz. 1", "Świat Szkła", R. 17, nr 3/2012, s. 50-52,60.
14. P. Sulik, B. Sędłak, D. Izydorczyk, "Odporność ogniowa i dymoszczelność drzwi przeciwpożarowych na wyjściach awaryjnych z tuneli - badania i klasyfikacja", "Logistyka", nr 6/2014, s. 10104-10113.
15. PN-EN 13501-2+A1:2010, "Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków. Część 2: Klasyfikacja na podstawie badań odporności ogniowej, z wyłączeniem instalacji wentylacyjnych".
16. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002 poz. 690 z późn. zm.).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!