Zastosowanie wyrobów silikatowych do budowy przegród przeciwpożarowych

W trakcie projektowania i realizacji inwestycji dużą uwagę zwraca się na wybór rozwiązań technicznych, materiałów budowlanych i wyposażenia obiektu. Jednymi z najbardziej odpornych na działanie ognia materiałami budowlanymi są wyroby silikatowe, które charakteryzują się najwyższą klasą reakcji na ogień A1. Oznacza to, że są materiałami całkowicie niepalnymi. Dodatkowo silikaty nie biorą również udziału w rozwoju pożaru w żadnej jego fazie, a także nie wydzielają żadnych szkodliwych substancji. Takie właściwości silikatów stanowią szansę na zapewnienie większego bezpieczeństwa w trakcie ewakuacji.

Właściwości silikatów w kontekście ochrony przeciwpożarowej

Silikaty to elementy murowe wykonane z piasku, naturalnie palonego wapna i wody. Historia wyrobów silikatowych rozpoczyna się w połowie XIX w., kiedy podejmowano pierwsze próby wytworzenia materiału budowlanego z piasku i wapna palonego z dodatkiem wody.

Produkcję przemysłową zapoczątkowano pod koniec XIX w. w Niemczech i w Szwajcarii, a pierwsza wytwórnia silikatów na dzisiejszych ziemiach polskich powstała w 1903 r. w Piszu i funkcjonuje do dziś [1].

W pkt 3.2 zharmonizowanej normy europejskiej PN-EN 771­‑2+A1:2015-10 [2] element murowy silikatowy definiuje się jako element murowy wyprodukowany przeważnie z materiałów wapiennych i krzemionkowych, stwardniałych pod wysokim ciśnieniem pary.

Aktualnie w Polsce najczęściej są produkowane bloczki silikatowe jako wielokrotność historycznej cegły silikatowej. Pojawiają się działania wdrażania produkcji i zastosowania elementów wielkowymiarowych o wymiarach sięgających 500 mm szerokości.

Technologia produkcji silikatów pozwala na wytwarzanie elementów o wymiarach 1000×600 mm, które są już stosowane np. w Niemczech.

Wychodząc od niezmiennego od ponad 100 lat składu wyrobów wapienno-piaskowych, możemy dokładnie poznać trwałe właściwości silikatów. Jednym z nich jest odporność ogniowa.

Na podstawie wieloletnich badań i prac legislacyjnych w Unii Europejskiej powstał dokument [3], opisujący właściwości reakcji na ogień wielu materiałów budowlanych, w tym również silikatów, które zostały sklasyfikowane w najwyższej klasie A1, jako materiały całkowicie niepalne.

Tak wysoką odporność silikatów na ogień potwierdza fakt, że materiał o bardzo podobnym składzie chemicznym do piasku kwarcowego jest używany do produkcji materiałów ogniotrwałych. To właśnie między innymi z naturalnych kwarcytów produkuje się materiały odporne na ogień. Silikaty to w większości (ponad 90%) kwarc SiO₂, którego ziarna tworzą szkielet materiału i są spojone spoiwem wapniowym.

Spoiwo wapniowe powstaje z reakcji Ca(OH)₂ z SiO₂ w warunkach wysokiego ciśnienia pary wodnej (ok. 15–16 barów) przy równowagowej temperaturze 200–204°C. Tworzą się wówczas złożone krzemiany wapniowe, jak tobermoryt i fazy C-S-H-I i C-S-H-2.

Wymienione powyżej składniki tworzywa powodują, że w sytuacji nadzwyczajnej, jaką jest pożar i wysokie temperatury, możemy stwierdzić:

• brak płomieni i brak rozgorzenia tworzywa, gdyż jest całkowicie niepalne,
• brak dymu i innych szkodliwych gazów,
• brak płonących kropli,
• brak sadzy,
• może pojawić się w bardzo niewielkich ilościach para wodna:
  –    do 100°C jako woda z suszenia materiałów,
  –    100–800°C jako utrata wody krystalizacyjnej.

Pierwsze przemiany wysokotemperaturowe pojawiają się podczas przemian polimorficznych kwarcu. Kwarc b (niskotemperaturowy) przechodzi w kwarc a (wysokotemperaturowy) w temperaturze ok. 600°C. Następne przemiany polimorficzne kwarcu w trydymit i krystobalit występują już w znacznych temperaturach, które nie występują przy pożarze.

Pierwsze przemiany temperaturowe, które obniżają wytrzymałość tworzywa, pojawiają się w temperaturze ok. 800°C, wówczas to znajdujący się w spoiwie uwodniony tobermoryt traci wodę krystalizacyjną i przechodzi w bezwodny wollastonit i mogą się pojawić mikrorysy i spękania, ale tworzywo ma jeszcze znaczną wytrzymałość. Nie jest określona wartość temperatury, przy której silikaty ulegają całkowitej destrukcji – przyjmuje się, że powyżej 900°C wytrzymałość znacznie się obniża.

Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków

Kwestia odporności ogniowej jest szeroko uregulowana w normach europejskich:

• PN-EN 13501-1:2019-02 [4],
• PN-EN 13501-2:2016-07 [5].

Zgodnie z normą PN-EN 13501-1 dla wyrobów budowlanych przewidziano siedem podstawowych klas: A1, A2, B, C, D, E, F.

W wyżej wymienionych dokumentach wskazano elementy wpływające na klasyfikację ogniową. Najważniejsza jest podstawowa klasa wyrobu, która wskazuje jak (i czy) wyrób przyczynia się do rozwoju pożaru, tzn. jak dużo energii materiał dodaje do ognia. Najbezpieczniejszym jest wyrób oznaczony klasą A1, a następnie A2 i B. Wyroby znajdujące się w klasach C, D, E oraz F mogą doprowadzać do rozgorzenia, czyli gwałtownego wybuchowego rozprzestrzeniania się ognia, charakteryzującego się skokowym wzrostem temperatury. W związku z tym ich zastosowanie powinno być w miarę możliwości ograniczone.

Dodatkowe oznaczenie „s” towarzyszące klasie podstawowej, jakie podaje norma PN-EN 13501-1, oznacza dym (ang. smoke). Dym jest przyczyną śmierci dwóch trzecich wszystkich ofiar pożarów, dlatego dobrze jest unikać wszystkich wyrobów wytwarzających intensywny dym, oznaczonych s2 lub s3.

Inne dodatkowe oznaczenie „d” (ang. droplets) przy klasie podstawowej uwzględnia występowanie płonących kropli i/lub odpadów. Powstawanie płonących kropli czy też odpadów może prowadzić do przenoszenia pożaru w miejsca odległe od jego źródła.

Odporność ogniowa konstrukcji lub elementu budynku

Ważnym zagadnieniem dla budowli inżynierskiej analizowanej pod kątem trwałości w obliczu zagrożenia pożarowego jest odporność ogniowa konstrukcji czy też elementu budynku, rozumiana jako zdolność do zachowania własności użytkowych w czasie działania znormalizowanych warunków fizycznych odwzorowujących przebieg pożaru.

Miarą odporności ogniowej jest czas podawany w [min] od początku badań do chwili osiągnięcia przez element poddany próbie jednego ze stanów granicznych:

• nośność ogniowa (R) – to zdolność elementu konstrukcji do wytrzymania oddziaływania ognia przy określonych oddziaływaniach mechanicznych, na jedną lub więcej powierzchni, przez określony czas, bez utraty właściwości nośnych [5],
• szczelność ogniowa (E) – to zdolność elementu konstrukcji, który pełni funkcję oddzielającą, do wytrzymania oddziaływania ognia tylko z jednej strony, bez przeniesienia na stronę nienagrzewaną w wyniku przeniknięcia płomieni lub gorących gazów. Mogą one spowodować zapalenie albo powierzchni nienagrzewanej, albo jakiegokolwiek materiału będącego w sąsiedztwie tej powierzchni [5],
• izolacyjność ogniowa (I) – 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. Przenoszenie powinno być ograniczone tak, żeby powierzchnia nienagrzewana ani jakikolwiek materiał będący w otoczeniu tej powierzchni nie zapalił się. Element powinien również stanowić barierę dla ciepła, wystarczającą do ochrony ludzi w jego pobliżu [5].

Wyróżnia się również kryteria pomocnicze:

• promieniowanie (W) – to zdolność elementu konstrukcji do wytrzymania oddziaływania ognia tylko z jednej strony, tak aby ograniczyć prawdopodobieństwo przeniesienia ognia w wyniku znaczącego wypromieniowania ciepła albo przez element, albo z jego powierzchni nienagrzewanej do sąsiadujących materiałów. Od elementu może być również wymagana ochrona ludzi w pobliżu. Uznaje się, że element, który spełnia kryteria izolacyjności ogniowej I, I1 lub I2, spełnia również wymagania W przez ten sam okres [5],
• odporność na oddziaływanie mechaniczne (M) – to zdolność elementu konstrukcji do wytrzymania uderzenia, reprezentującego przypadek, gdy zniszczenie konstrukcji innego elementu składowego w pożarze wywołuje uderzenie w odpowiedni element [5],
• samoczynne zamykanie (C) – dotyczy drzwi i okien [5],
• dymoszczelność (S) – to zdolność elementu do ograniczenia lub eliminacji przemieszczania się spalin (gazów) lub dymu z jednej strony elementu na drugą [5],
• odporność na „pożar sadzy” (G) – dotyczy wyrobów kominowych [5],
• zdolność do zabezpieczenia ognioochronnego (K) – to zdolność okładziny ściennej lub sufitowej do zapewnienia przez określony czas materiałowi znajdującemu się za wykładziną ochrony przed zapaleniem, zwęgleniem lub innym uszkodzeniem [5].

Producenci powinni deklarować czasy klasyfikacyjne w odniesieniu do dowolnej charakterystyki w minutach, z użyciem jednej z wartości: 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 lub 360.

Projektowanie konstrukcji murowych z uwagi na warunki pożarowe

Dokonując wyboru materiałów do wznoszenia ścian, należy wziąć pod uwagę aspekt zachowania ścian murowych w warunkach pożarowych, który jest zależny od następujących czynników:

• rodzaju elementów murowych (ceramika, silikaty, autoklawizowany beton komórkowy, beton zwykły lub kruszywowy lekki, sztuczne kamienie),
• typu elementu murowego (pełny lub z otworami, rodzaj otworów, udział procentowy uformowanych pustek, grubość ścianek obwodowych i wewnętrznych),
• typu zaprawy (zwykła, do cienkich spoin, lekka),
• stosunku wartości obliczeniowej obciążenia do nośności obliczeniowej ściany,
• smukłości ściany,
• mimośrodu obciążenia,
• gęstości elementów,
• typu konstrukcji ściany,
• typu i sposobu wykończenia powierzchni [6].

Ściana oddzielenia przeciwpożarowego

Ściana oddzielenia przeciwpożarowego to przegroda oddzielająca dwie przestrzenie, zaprojektowane z uwagi na odporność ogniową i nośność konstrukcji, cechująca się odpornością na uderzenia mechaniczne w taki sposób, że w przypadku pożaru i zniszczenia konstrukcji po jednej stronie ściany unika się rozprzestrzeniania ognia poza tę ścianę [6].
Wymagania są uzależnione od charakteru rozdzielanych pomieszczeń. Szczegółowy podział podano w [7]:

§ 209. Podział budynków ze względu na bezpieczeństwo pożarowe:

1. Budynki oraz części budynków, stanowiące odrębne strefy pożarowe w rozumieniu § 226, z uwagi na przeznaczenie i sposób użytkowania, dzieli się na:

1) mieszkalne, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej charakteryzowane kategorią zagrożenia ludzi, określane dalej jako ZL,

2) produkcyjne i magazynowe, określane dalej jako PM,

3) inwentarskie (służące do hodowli inwentarza), określane dalej jako IN.

2. Budynki oraz części budynków, stanowiące odrębne strefy pożarowe, określane jako ZL, zalicza się do jednej lub do więcej niż jedna spośród następujących kategorii zagrożenia ludzi:

1) ZL I – zawierające pomieszczenia przeznaczone do jednoczesnego przebywania ponad 50 osób niebędących ich stałymi użytkownikami, a nieprzeznaczone przede wszystkim do użytku ludzi o ograniczonej zdolności poruszania się,
2) ZL II – przeznaczone przede wszystkim do użytku ludzi o ograniczonej zdolności poruszania się, takie jak szpitale, żłobki, przedszkola, domy dla osób starszych,
3) ZL III – użyteczności publicznej, niezakwalifikowane do ZL I i ZL II,
4) ZL IV – mieszkalne,
5) ZL V – zamieszkania zbiorowego, niezakwalifikowane do ZL I i ZL II.

§ 212. Klasy odporności pożarowej:

1. Ustanawia się pięć klas odporności pożarowej budynków lub ich części, podanych w kolejności od najwyższej do najniższej i oznaczonych literami: „A”, „B”, „C”, „D” i „E”, a scharakteryzowanych w § 216.

2. Wymaganą klasę odporności pożarowej dla budynku, zaliczonego do jednej kategorii ZL, określa poniższa tabela:

§ 216. Wymogi klasy odporności pożarowej elementów budynku:

1. Elementy budynku, odpowiednio do jego klasy odporności pożarowej, powinny spełniać, z zastrzeżeniem § 213 oraz § 237 ust. 9, co najmniej wymagania określone w poniższej tabeli:

Ściana oddzielająca

Ściany oddzielające, czyli narażone na działanie ognia tylko z jednej strony, służą do zapobieżenia rozprzestrzenieniu się ognia z jednego miejsca na drugie i są eksponowane na działanie ognia tylko z jednej strony. Przykładem są ściany wzdłuż dróg ewakuacyjnych, ściany klatek schodowych, oddzielające ściany stref pożarowych.

W TABELI 2 podano przykładowe wymagania dla ścian z elementów murowych silikatowych [6].

Inne wymagania dla ścian oddzielenia przeciwpożarowego i ścian oddzielających

Ściana to przede wszystkim elementy murowe, np. silikatowe, ale też elementy łączące (zaprawa w spoinach) oraz elementy instalacji. Zaprawy murarskie zwykłe i do cienkich spoin mają naturę materiałową, bardzo podobną do elementu murowego silikatowego. Wapno w zaprawie po stwardnieniu zazwyczaj przechodzi w kalcyt CaCO₃, którego temperatura rozkładu wynosi pow. 900°C.

Związki powstające przy hydratacji cementu to ponad 90% produkty uwodnienia alitu i belitu (krzemianów wapniowych), z których powstają uwodnione krzemiany podobnie jak w silikatach, a więc tobermoryt i fazy C-S-H-I i C-S-H-II. Ilość pozostałych związków hydratacji cementu, jak brownmilleryt czy etryngit, nie wpływa na ognioodporność całości tworzywa zaprawy.

Zasadnicza część konstrukcyjna zaprawy, czyli piasek, zachowuje się tak samo jak tworzywo silikatowe, a zatem zaprawy zwykłe i do cienkich spoin, nie pogarszają właściwości ognioodporności ścian silikatowych.

Inne sposoby łączenia elementów murowych, np. specjalne pianki poliuretanowe „do murowania na sucho”, niosą już znaczne różnice dla ognioodporności ściany, ale w przypadku ścian silikatowych nie są stosowane z uwagi na przeszkody współpracy mechanicznej łącznika i elementu.

Elementy instalacji mają wpływ na ognioodporność całej ściany. I tak według [6]:

(1) Bez potrzeby oddzielnych obliczeń można przyjmować, iż obecność w ścianach nośnych wnęk i bruzd dozwolonych w PN-EN 1996-1-1 [8] nie redukuje czasu odporności ogniowej podanego w tablicach powołanych w 4.5.

(2) W ścianach nienośnych pionowe bruzdy i wnęki powinny pozostawiać przynajmniej 2/3 wymaganej minimalnej grubości ściany, lecz nie mniej niż 60 mm, włączając w to wszystkie nałożone na stałe warstwy wykończeniowe charakteryzujące się odpornością ogniową, takie jak tynki.

(3) Poziome i ukośne wnęki i bruzdy w ścianach nienośnych powinny pozostawiać przynajmniej 5/6 wymaganej minimalnej grubości ściany, lecz nie mniej niż 60 mm, włączając w to wszystkie nałożone na stałe warstwy wykończeniowe charakteryzujące się odpornością ogniową, takie jak tynki.

Poziome i ukośne wnęki i bruzdy nie mogą znajdować się w środkowej części ściany wynoszącej 1/3 wysokości.

Szerokość pojedynczych wnęk i bruzd w ścianach nienośnych nie może być większa niż podwojona wymagana minimalna grubość ściany, włączając w to wszystkie nałożone na stałe warstwy wykończeniowe charakteryzujące się odpornością ogniową, takie jak tynki.

(4) Odporność ogniową ścian nienośnych zawierających bruzdy i wnęki niezgodne z (2) i (3), należy ustalać na podstawie badań zgodnych z PN-EN 1364-1 [9].

(5) Pojedyncze kable mogą przenikać przez otwory uszczelnione zaprawą. Dodatkowo rury z materiałów niepalnych o średnicy do 100 mm mogą przenikać przez otwory uszczelnione materiałem niepalnym, pod warunkiem że w rezultacie przepływu ciepła przez rury nie zostaną przekroczone kryteria E i I, a wydłużenia nie będą miały negatywnego wpływu na odporność ogniową.

Uwaga: Można stosować materiały inne niż zaprawa, pod warunkiem że spełniają wymagania norm CEN.

(6) Grupy kabli i rur wykonanych z materiałów palnych lub pojedyncze kable w otworach nieuszczelnionych zaprawą mogą przenikać przez ściany, pod warunkiem że:

• metoda uszczelnienia została oceniona na podstawie badań zgodnych z PN-EN 1366-3 [10] lub
• postępuje się zgodnie z zaleceniami sformułowanymi na podstawie wystarczających doświadczeń [6].

Podsumowanie

Zaprezentowane w niniejszym artykule wieloaspektowe podejście do budowy przegród przeciwpożarowych wykazało, że podczas projektowania tego rodzaju rozwiązań konieczna jest duża staranność na każdym etapie działania. Ważny jest odpowiedni dobór materiałów budowlanych, instalacji i wyposażenia budynku, aby minimalizować prawdopodobieństwo wystąpienia pożaru lub zapobiegać rozprzestrzenianiu się ognia w przypadku jego wystąpienia.

Literatura

 1. Katalog techniczny PPMB Niemce SA, wyd. 2021 r.
 2. PN-EN 771-2+A1:2015-10, „Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 2: Elementy murowe silikatowe”.
 3. Decyzja Komisji Europejskiej z dnia 4 października 1996 r. ustanawiająca wykaz produktów należących do klasy A „Materiały niepalne” przewidziany w decyzji 94/611/WE wykonującej art. 20 dyrektywy Rady 89/106/EWG w sprawie wyrobów budowlanych (aktualizacja 2000/605/EC, 2003/424/EC).
 4. PN-EN 13501-1:2019-02, „Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków. Część 1: Klasyfikacja na podstawie badań reakcji na ogień”.
 5. PN-EN 13501-2:2016-07, „Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków. Część 2: Klasyfikacja na podstawie wyników badań odporności ogniowej, z wyłączeniem instalacji wentylacyjnej”.
 6. PN-EN 1996-1-2:2010, Eurokod 6 „Projektowanie konstrukcji murowych. Część 1-2: Reguły ogólne. Projektowanie z uwagi na warunki pożarowe”.
 7. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. (DzU z 2019 r., poz. 1065). Stan prawny aktualny na dzień: 15.04.2022 r.
 8. PN-EN 1996-1-1+A1:2013, Eurokod 6 „Projektowanie konstrukcji murowych. Część 1-1: Reguły ogólne dla zbrojonych i niezbrojonych konstrukcji murowych”.
 9. PN-EN 1364-1:2015-08, „Badania odporności ogniowej elementów nienośnych. Część 1: Ściany”.
10. PN-EN 1364-3:2014-03, „Badania odporności ogniowej elementów nienośnych. Część 3: Ściany osłonowe. Pełna konfiguracja (kompletny zestaw)”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!