Pasivní protipožární ochrana

Postupně pak dochází k deformacím a při kritické teplotě (~540 °C), již ocel není schopna podpírat zátěž. Objemné, těžké ocelové sloupy jsou však schopny absorbovat značné množství tepla a tím vůbec nedosáhnout kritické teploty po dobu až 40 minut expozice plně rozvinutého požáru. Naproti tomu lehké typy ocelových konstrukcí mohou selhat v rozmezí 5–10 min. při stejném typu požáru. Aby byla dosažena protipožární ochrana po dobu 1 hodiny a více, musí být ocelová část chráněna izolační vrstvou, která je schopna udržet teplotu pod teplotou kritickou. V minulosti se pro zajištění protipožární ochrany ocelových částí používalo zdivo, cihly atd., v dnešní době jsou to méně nákladné materiály jako nástřiky, obklady a zpěňovatelné (intumescentní) nátěrové hmoty.

POŽÁRNÍ BEZPEČNOST STAVBY
Požární bezpečnost stavby je řešena v prováděcí vyhlášce stavebního zákona č. 137/1998Sb. o obecných technických požadavcích na výstavbu v ustanoveních § 17–21, § 30–49 a § 50–60 a zejména vychází ze dvou kmenových norem ČSN 73 0802 – Požární bezpečnost staveb – Nevýrobní objekty a ČSN 73 0804 – Požární bezpečnost staveb – Výrobní objekty. Požární bezpečnost stavby zpracovává pouze fyzická osoba, která získala oprávnění podle zákona č. 360/1992 Sb., o výkonu povolání autorizovaných architektů a o výkonu povolání autorizovaných inženýrů a techniků činných ve výstavbě, ve znění pozdějších předpisů.

POŽÁRNÍ ODOLNOST KONSTRUKCE
Požární odolnost konstrukce je doba, po kterou je konstrukce schopna odolávat účinkům požáru, aniž by došlo k porušení její funkce (mezní stav únosnosti nebo stability R, celistvosti E, teploty na neohřívané straně I, hustoty tepelného toku W a prostupu zplodin hoření S). Pokud nesplňuje některý konstrukční prvek stavby požadovanou požární odolnost, musí být upraven např. obkladem, nátěrem, nástřikem. Zvýšení požární odolnosti může provádět pouze výrobce obkladu, nátěru, nástřiku popřípadě proškolená firma, která doloží při kolaudačním řízení certifikát výrobce konkrétního systému, doklad o zaškolení, přezkoušení a dále konkrétní prohlášení o provedené práci. Stavební konstrukce se podle požární odolnosti zařazují do této stupnice požární odolnosti 15, 30, 45, 60, 90, 120 a 180 minut.

ZÁKLADNÍ PROTIPOŽÁRNÍ OCHRANA
Typ použitého materiálu pro pasivní ochranu závisí na požadavcích, které mají být tímto materiálem splněny (např. uhasit oheň, „kontrolovat“ oheň, poskytnout ochranu danému materiálu). Protipožární ochrana má tři odlišné fáze: detekce, hašení a pasivní protipožární ochrana. K dispozici jsou dva typy protipožární ochrany, a to aktivní a pasivní systémy. Aktivní systém zahrnuje detekci, požární signalizaci atd. Pasivní systémy se týkají více konstrukční integrity, dále mají zamezit dalšímu šíření ohně v budově.

AKTIVNÍ PROTIPOŽÁRNÍ OCHRANA
Tento systém je ovládán signálem, získaným např. z detektorů tepla, kouře, záření atd. Nejpoužívanější systémy jsou sprinklery, kouřové detektory, alarmy atd.

PASIVNÍ PROTIPOŽÁRNÍ OCHRANA
Pasivní protipožární ochrana je termín používaný pro jednotlivé části budovy, které zajišťují adekvátní protipožární ochranu. Může se to týkat požární odolnosti jednotlivých prvků nebo vylepšením požární odolnosti přidáním speciálních materiálů, produktů nebo systémů.

Cílem těchto systémů je udržet teplotu chráněných částí pod teplotou ~140 °C (v případě stěn, podlah a elektrických obvodů) nebo ~ 540 °C, což je teplota považována za kritickou pro konstrukční ocel. Nad touto teplotou je nebezpečí ztráty pevnosti oceli, vedoucí ke kolapsu. Obecně tyto produkty mohou nabídnout buď konstrukční stabilitu, nebo působit jako požárně dělící konstrukce. V obou případech však musí produkty poskytnout ochranu po předepsanou dobu.

Pasivní protipožární ochrana je obecně aplikována na:

• konstrukční ocel,
• zavěšené podhledy, stropy,
• obvodové zdi, opláštění budov atd.

Pro pasivní protipožární ochranu jsou z velké části používány zejména vápeno-cementové nebo sádrové nástřiky, zpěňovatelné (intumescentní) nátěrové hmoty a deskové obklady.

ZPĚŇOVATELNÉ NÁTĚROVÉ HMOTY
Zpěňovatelné nátěry jsou jednou z možností, jak účinně zajistit ochranu daného podkladu. Nátěry obsahující retardéry hoření působením tepla vytváří zpěňováním expandující vrstvu, která tvoří tepelnou bariéru. Zpěňovatelné nátěry jsou vytvořeny tak, aby odolávaly těžkým podmínkám a zajistily celistvost oceli po dobu 1–3 hodin při teplotě okolí více než 1.000 °C.

Když teplota povrchu nátěru dosáhne kritické teploty, povrch začne tát a měnit se ve vysokoviskózní kapalinu. Současně jsou zahájeny reakce, při kterých se uvolňují plyny s nízkou tepelnou vodivostí. Tyto plyny jsou zachyceny uvnitř vysokoviskózní kapaliny (tvoří se bublinky). Výsledkem je expanze pěny nátěru, která tvoří zuhelnatělou ochrannou vrstvu působící jako izolační bariéra mezi ohněm a podkladem. Tloušťka zpěněného nátěru je několikanásobně (~50×) větší než původní tloušťka zaschlého nátěru. Následkem vzniku této izolační bariéry mohou být zpěňovatelné nátěrové hmoty zvláště vhodné na ochranu stavebních a jiných konstrukcí.

Zpěňovatelné nátěrové hmoty se sníženou hořlavostí jsou vyrobeny ze zpěňovacího systému pojiv a plniv. Formulace těchto nátěrů je časově velmi náročná a musí být přizpůsobená požadovaným fyzikálním a chemickým vlastnostem. Nátěry musí vytvořit účinnou ochrannou bariéru a zároveň by nátěrová hmota měla mít prvotřídní lakařské vlastnosti.

Zpěňovací systém je tvořen třemi aktivními složkami, které jsou spolu vázány pojivem:

• zdroj kyseliny jako katalyzátoru (většinou polyfosforečnan amonný),
• zdroj uhlíkového zbytku (např. (di)pentaerytritol),
• nadouvadlo (většinou melamin a jeho sloučeniny).

Hnací síla a interakce těchto tří složek rozhodují o hlavních protipožárních vlastnostech nátěru. Mechanismus zpěňování je obvykle vysvětlován následovně: nejdříve se rozloží polyfosforečnan amonný za vzniku minerální kyseliny, která se účastní dehydratace (di)pentaerytritolu vedoucího ke vzniku uhlíkového zbytku. Melamin se rozkládá za vývinu nehořlavých plynů, které tento uhlíkový zbytek nadouvají a vytvoří ochrannou izolační vrstvu. Ve stejné chvíli dochází k přenosu tepla z tepelného zdroje na substrát a k transferu hmoty od substrátu k tepelnému zdroji s následnou „konzervací“ podkladového materiálu. Základem ve zpěňovacím systému je, že rozdílně začleněné komponenty prokáží vhodné a vyrovnané tepelné chování. Náhodný výběr komponent zpěňovacího systému, nemůže zajistit zpěňovací chování jejich směsi.

Výhody zpěňovatelných nátěrových hmot:

• nízká hmotnost v porovnání s jinými systémy
• použití na ocel, dřevo, plastové kabelové rozvody,
• estetický vzhled,
• aplikace v malých tloušťkách (od 200 μm),
• až 10× rychlejší aplikace než u deskového systému.

Nevýhody:

• aplikace musí být prováděná výhradně odborně způsobilou firmou,
• je požadována kompatibilita se základním i případným krycím nátěrem,
• doba životnosti je stanovená pouze odhadem (nátěr na organické bázi nebude plně funkční po dobu existence stavební  konstrukce),
• obtížná a nákladná obnovitelnost – měl by být aplikován na dostupná místa.

PROTIPOŽÁRNÍ NÁSTŘIKY
Protipožární nástřiky patří mezi nejlevnější systémy protipožární ochrany ocelových konstrukcí. Nejrozšířenějším typem tepelně izolačních omítkovin na našem trhu jsou v současné době nástřiky na bázi expandovaného perlitu. Vedle vápna a cementu obsahují tyto nástřiky jako hlavní složku experlit, event. další plniva, přídavek disperze a jako armující složku i minerální nebo skleněná vlákna.

Funkce nástřiků je při požáru dána jejich složením. Jedná se vesměs o silikátové hmoty, obsahující obvykle lehčené složky s vysokým obsahem vzduchu, případně doplněné o další plniva, zlepšující tepelně izolační vlastnosti. Podmínkou je, aby všechny základní použité materiály odolávaly co nejdéle vysokým teplotám a zůstávaly dlouhodobě stabilní i při běžných provozních podmínkách. Dalším požadavkem je dobrá adheze k podkladu, odolnost proti agresivnímu prostředí a průmyslovým atmosférám, nízká hmotnost a co nejlepší fyzikálně-mechanické vlastnosti.

Výhody:

• umožňují zajistit ocelovým konstrukcím prakticky všechny požadavky, kladené projektovými normami (od 15 do 180 min),
• při správné aplikaci a vhodném prostředí jsou stálé a stárnou jen velmi pomalu,
• nastříkaná vrstva dosahuje po dokončení a vysušení prakticky všech svých vlastností ihned (v případě nátěrů je to až při požárů), nedochází tak k ovlivnění vlastností dodatečnými obklady nebo jinými úpravami,
• nízké náklady na dosažení požadované požární odolnosti.

Nevýhody:

• horší vzhled, nelze je použít do běžného interiéru,
• nerovný povrch, dodatečná povrchová úprava je nákladná,
• vysoká objemová hmotnost, čímž více zatěžují konstrukci,
• křehké a nesnášejí dynamické namáhání konstrukce,
• aplikace ve velkých tloušťkách (až několik cm)

DESKOVÉ OBKLADY
V porovnání s nátěry a nástřiky je volba deskových obkladů pro protipožární ochranu podpořena čistou a suchou instalací a estetickým provedením s požadovanými protipožárními vlastnostmi. V některých případech (ochrana prolamovaných nosníků) je však použití nepraktické nebo nemožné. Mezi hlavní parametry, které jsou u tohoto typu pasivní ochrany vyžadovány, patří především tepelně izolační vlastnosti, stupeň hořlavosti a celistvost desky při vyšších teplotách. Desky jsou vyrobeny z anorganických nebo organických materiálů, nebo jejich kombinací. Používají se především desky vápenocementové, sádrokartonové, vermikulitové a na bázi minerálních vláken.

Výhody:

• čistá a suchá instalace,
• požární odolnost (až do 240 min),
• dlouhodobě nemění své vlastnosti,
• dají se dobře esteticky upravovat.

Nevýhody:

• zakrývá charakteristické rysy ocelových prvků,
• dlouhá a nákladná instalace,
• velká tloušťka a hmotnost desek.

ZÁVĚR
Účelem protipožární ochrany budov je především ochrana lidských životů a omezení (popř. snížení) vzniku materiálních škod. Projektantům je v současné době k dispozici velké množství certifikovaných a testovaných systémů splňujících požadavky protipožární ochrany. Při projektování stavby je třeba brát v úvahu všechny výhody a nevýhody daného systému, prostředí, ve kterém bude aplikován, jeho životnost a další. Požární ochrana staveb je vázána celou řadou norem, předpisů a zákonů, které musí být dodrženy. Z těchto důvodů je třeba, aby aplikace protipožárního systému byla vždy provedena kvalitní, odbornou a certifikovanou firmou.

Tento projekt (FT-TA4/064) je realizován za finanční podpory ze státních prostředků prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu.

ZDROJE INFORMACÍ:
• Guide book on Fire Protection of Steel Structures, INSDAG Publication, INS/PUB/70
• Fire protection materials for architecturally exposed structural steel, J. arker, J. J. Beitel, Structure magazine (02/2005)
• Publikace společnosti J. Seidl & spol. s r. o., www.seidl.cz
• Fire Protection of Structural Steel in High-Rise Buildings, M. G. Goode, NIST GCR 04-872
• Durability- Structural steel fire protection, P. Mayer, Building 2005
• Enhancing the fire performance of surfaces in buildings, Orange Book, ASFP, www.asfp.org.uk

Passive fire protection
The fundamental purpose of fire protection systems whether active or passive is to allow for the safe escape of the building occupants, to provide safe access for fire-fighters and protect the building from structural failure. The human and economic costs of fire damage can be signifi cantly reduced eventually eliminated, by the use of an appropriate protection system. In this article are mentioned the most used passive fire protection systems and briefly described benefits and disadvantages of their use.

Autor

• Ing. Otáhal Roman

Pasivní protipožární ochrana