Ugrás a tartalomhoz

Faépítés

Andor Krisztián, Bejó László, Hantos Zoltán, Józsa Béla, Karácsonyi Zsolt, Oszvald Ferenc Nándor, Sági Éva, Szabó Péter, Wehofer Valéria

Educatio Társadalmi Szolgáltató Nonprofit Kft.

A fa tűzvédelmi jellemzői

A fa tűzvédelmi jellemzői

A fa, mint építőanyag világszerte reneszánszát éli, amely több tényezőnek köszönhető. Egyrészt a krónikussá váló fahiány enyhülését eredményezte a kevésbé értékes faanyagok alkalmazásával készülő ragasztott faszerkezetek megjelenése, valamint csökkent a fának tüzelőanyagként történő felhasználása a korszerű fűtőanyagok előtérbe kerülése révén.

Másrészt az építmények természettől való elszakadása többek között a műanyagok túlzott felhasználása következtében jelentősen megnőtt, emiatt néhány éve az építészetben és így az építőiparban is új igény jelentkezett, nevezetesen az építményeknek kizárólag természetes építőanyagokból (égetett kerámia, kő, fa) történő építése.

Harmadrészt a nagy terek lefedésének igénye előtérbe helyezte a fatartók alkalmazását, azok kis tömege esztétikus megjelenése, könnyű szerelhetősége (gyors kivitelezés) miatt.

A fa építőipari célú felhasználásának azonban természetes eredete szab határt. Az építőipari szakemberek jó része idegenkedik a fa alkalmazásától, mert a fa egyrészt korhad, másrészt ég, vagyis élettartama és megbízhatósága nem éri el a „kívánt” mértéket. Hozzátehetjük, a kívánt mérték alatt a vasbeton élettartamát értik. Ez a meggondolás inkább szűklátókörű, mint modern. Azok a tervezők és kivitelezők, akik megismerik a fa jellegzetességeit, csodát tudnak alkotni fából. Ha felismerjük, hogy ez az anyag bizony halandó, hiszen a természet anyag-körfolyamatainak része, és gondos karbantartást, odafigyelést igényel, akkor látjuk be, mit jelent a természetesség.

A fa tűzvédelmi tulajdonságait vizsgálva az éghetőség mellett a füstfejlesztő képességet és az égve csepegést kell meghatároznunk. Éghetőség szerint az érvényes szabványok két anyagcsoportot határoznak meg: az éghető és a nem éghető anyagokat. A fa az éghető csoporton belül a közepesen éghető alcsoportba sorolandó. A fa megfelelő tűzgátló anyagok alkalmazása esetén akár nehezen éghetővé is tehető. Ez különösen fontos burkolatlan tartószerkezeti alkalmazás esetén. Burkolattal ellátott alkalmazása esetén a burkolat égési tulajdonságai a mérvadóak, amennyiben a burkolat alatti anyagok (faváz, hőszigetelés) bizonyos feltételeknek megfelelnek. A fa füstfejlesztő képessége fafajtól, égési hőmérséklettől, nedvességtartalomtól és még sok tényezőtől függhet, de általánosan a közepesen füstfejlesztő kategóriába sorolható. Égve csepegés fa esetében nem áll fenn. Az előírások nem csak az anyagok, hanem a belőlük felépített szerkezeti elemek tűzállóságát is előírják. Az ellenálló képességet a tűz kitörése és az adott határállapot elérése közt eltelt idővel jellemzik, ez a tűzállósági határérték (Th, [óra]). Alapvetően három határállapotot határozhatunk meg: az állékonysági határállapotot, a felmelegedési határállapotot, és a lángáttörési határállapotot. A két utóbbi térelhatároló szerkezetek jellemzésére szolgál

A faanyag tűzállósága

A faanyagú tartószerkezet állékonysági (törési) határállapota a szakmai tévhitekkel ellentétben kedvezőnek mondható. A tűzhatásnak kitett faszerkezetek viszonylag gyorsan meggyulladnak, majd égésük során a tűznek kitett felületen egy elszenesedett réteg keletkezik, melynek vastagsága megközelítően állandó ütemben növekszik. Az elszenesedett réteg, mely gyakorlatilag nem rendelkezik szilárdsággal a teherbíró képesség fokozatos csökkenését vonja maga után.

Számos tényleges tűz, valamint kísérlet igazolta, hogy a faszerkezetek a tűzeseteknél viszonylag jól megőrzik szilárdságukat, amely részben az elszenesedett réteg hőszigetelő hatásának, részben a magas hőmérséklet következtében az elszenesedéssel nem érintett mag kiszáradási folyamatának az eredménye. A tűzállósági méretezéshez a fa fajtájától függő beégési sebességek ismerete szükséges, amely a fa tartószerkezetek tűzállósági vizsgálata során a teherviselő keresztmetszeti méretek időegység alatt bekövetkező csökkenését jelenti. A fa elszenesedési folyamatát olyan tényezők befolyásolják, mint a sűrűség (elsődlegesen fafajtól függ), nedvességtartalom, anyagi inhomogenitás (repedések, göcsök), keresztmetszet, vagy épp a beépítési helyzet. Könnyen belátható, hogy a keresztmetszet „sarkai” hamarabb leégnek, mint az oldalfelületek. Ezt a hatást átlagos beégési sebességgel tudjuk figyelembe venni.

A számításoknál a következő adatokat célszerű alkalmazni:

  1. fenyőfa 1,0 mm/perc

  2. nyárfa 1,3 mm/perc

  3. akácfa 0,6 mm/perc

  4. tölgyfa 0,5 mm/perc

Beégési sebesség tekintetében egyes országok előírásai (pl. Ausztria) megkülönböztetik az alkatrész funkcióját is (pl. oszlop oldalfelülete, födémgerenda alsó felülete, oldalsó felülete). A fatartók tűzállósági méretezésében elkülönül egymástól az előírt tűzállósági határértékre történő tervezés, illetve a meglévő szerkezetek ellenőrzése. A tervezés során elsődleges feladatként az érvényes statikai előírások szerint meg kell határozni a szerkezetre jutó terhek függvényében a szükséges keresztmetszetet. A terhek felvételekor eltekinthetünk a biztonsági tényezők alkalmazásától. Ezt követően a tervezett tűzállósági határértéknek és fafajnak megfelelő ráhagyást kell felvenni. A keresztmetszetet csak a tűznek kitett oldalakon kell megnövelni (oszlop esetén 4, födémgerenda esetén 3 oldalon, stb.)

Az ellenőrzés során meghatározzuk a beégésnek kitett oldalakat, és felvesszük azt a legkisebb keresztmetszetet, aminek az oldalaránya ennek megfelelő. A tényleges és a számított legkisebb keresztmetszet különbségéből a tűzállósági határérték meghatározható. A terheléseknél itt sem kell biztonsági tényezőt felvennünk. Érdemes figyelembe venni, hogy a használati határállapotra (tartós alakváltozásra) való méretezés meglehetősen nagy teherviselési tartalékot visz be a szerkezetbe. Ez a tartalék a tűzállósági tervezés és ellenőrzés során egyaránt felhasználható.

Megjegyzendő, hogy a tűzállósági méretezésnek korlátozó feltételei is vannak, melyek közül a legfontosabb a keresztmetszeti méret. Előírás, hogy olyan szerkezet, amelynek vastagsága a 8 cm-t nem haladja meg, beégési sebesség figyelembevételével tűzállósági szempontból nem méretezhető. Nem célszerű a méretező eljárást alkalmazni a régi, repedezett faszerkezetek esetében addig, amíg a szerkezet hézagait „nem éghető” masszával előzetesen nem tömítik. Továbbá a méretezett fa tartószerkezetek tűzállósági határértéke kizárólag abban az esetben lesz meghatározó, ha a szerkezetek hagyományos fakötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. Amennyiben a teherátadásra alkalmas kapcsolatokat fémből alakítják ki, úgy a szerkezet tűzállóságát a fémkapcsolatok fogják meghatározni. Ez normál acélszerkezet esetén alig 15 perc. Következésképpen ahhoz, hogy a faszerkezetet az előírt tűzállósági határértéknek megfeleljen a fém kapcsolatokat tűzvédő burkolattal, vagy tűzvédő bevonattal kell ellátni.

Faszerkezetek tűzállósága

A faszerkezetek tűzállósága két részre bontható:

  1. keresztmetszetből eredő tűzállóság (beégési sebességen alapuló méretezés)

  2. borításból eredő tűzállóság (borítóanyagok tűzállósági határértékén alapuló méretezés)

A mai magyar előírások beégési sebességen alapuló méretezést csak rétegelt ragasztott szerkezetek esetében írják elő. Átlagos alkalmazás (tetőszerkezet, fafödém, könnyűszerkezetes épület falai) esetén a borításoknak önállóan kell biztosítani a tűzállóságot. Ezt elméletileg számolással is alá lehet támasztani, azonban a kivitelezés (hézagok a borítólapok illesztésénél, felforrósodó csavarok, kapcsok) jelentősen befolyásolják a valódi tűzállóságot. Ezért az ismert szerkezetek égetési próbájával pontosabb eredményt lehet elérni. Magyarországon az alsó oldalán nádvakolattal ellátott, borított gerendafödém vizsgálatát végezték el, de német tervezési segédletekben és szabványokban azonban sok más, gyakori szerkezet (vizsgálatokon alapuló) tűzállósága is megtalálható.

  1. Pórfödém: B2 (közepesen éghető), Th=0 (tűzállósága nem vehető figyelembe)

  2. Borított gerendafödém: B1 (nehezen éghető), Th=0,75 óra (vakolat, deszkázat, fagerenda)

  3. Csapos gerendafödém: B2 (közepesen éghető), Th nem ismert, de az egyoldali tűzterhelés és a jelentős túlméretezettség miatt várhatóan magas.

A német előírások alapján általánosságban elmondható, hogy a favázas falszerkezetre (családi ház méretben) megkövetelt 30 perces tűzállóság egy réteg 12,5 mm vastag tűzálló, vagy 18 mm vastag normál gipszkarton borítással elérhető. A tűzállóságot jelentősen befolyásolja a vázrendszer keresztmetszete, teherbírási kihasználtsága, és a vázrendszer között alkalmazott hőszigetelőanyag, de dupla réteg 12,5-es gipszkartonnal akár 90 perces tűzállóság is elérhető. A 30 percnél nagyobb követelményeknél már hangsúlyosabb szerepet kapnak az egyéb elemek is, mint a tűzgátló ajtó, vagy a tűzgátló gépészeti áttörés.

Faipari-faépítészeti szempontból tanulságos, hogy a német szabványok éghető borítóanyagokat (farostlemez, rétegeltlemez, lambéria) is megengednek alkalmazni, csupán vastagabb kivitelt (40~50 mm) követelnek meg, mint a szilikát alapú borítások esetében. Nagyon fontos a csomópontok kiképzése, hiszen hiába bármilyen tűzálló borítás, ha a tűz a táblaelemek illesztéseinél beférkőzik a faszerkezethez. Ezen a téren precízebb megoldásokra (pl. lépcsősen kialakított illesztések) ad lehetőséget a helyszínen végzett burkolási munka. Persze ettől még nem kell lemondanunk a paneles előregyártásról, csupán a sarkok, illesztések kidolgozásánál kell jó megoldásokat készítenünk.

Tömör fa falelemek (pl. boronafalas építési mód) is méretezhetők tűzállóságra. Ilyen esetben a fal legkisebb vastagsága, és a terhelés függvényében grafikonról lehet a tűzállóságot megtudni. A grafikonok figyelembe veszik a beégési sebességet, és a falszerkezet az égés során folyamatosan növekvő teherbírási kihasználtságát. A falterhelés felvételekor a terhek alapértékével számolhatunk. Arra azonban figyelni kell, hogy a német és osztrák teherviselési szabványok még megengedik a megengedett feszültségen alapuló méretezést, sőt, a megengedett feszültség tűz esetén akár kétszeresére is megnövelhető (a rendkívüli jelleg miatt). Fontos tehát, hogy a német adatok csak kellő óvatossággal, és szükség szerint módosítva alkalmazhatóak Magyarországon.

Megelőző tűzvédelmi kezelés faszerkezetekhez

A jelenleg érvényes faanyagvédelmi előírások szerint a beépítésre szánt szerkezeti faanyagokat gomba-, rovar- és lángmentesítő szerrel kell kezelni. Ennek tényleges szükségessége a kezelés hatását tekintve kétséges, hiszen az előírás nem határoz meg elérendő védelmi szintet, sőt, az eredményt alapvetően befolyásoló kezelési módszert sem köti ki. Vagyis úgy is eleget lehet tenni az előírásnak, hogy a kezelés gyakorlatilag hatástalan. Mindemellett megjegyzendő, hogy a piacon még nem jelentek meg olyan vegyszerek, amik a faanyagvédelmet és a tűzgátlást azonos hatékonysággal végeznék el. A gyakorlatban a faanyagvédelem hétköznapibb szempont, így inkább erre teszik a hangsúlyt a kezelések során. A tűzvédelmet pedig utólagosan felhordott bevonatokra bízzák.

Az általános meghatározás szerint a bevonat egy alap-anyagra rádolgozott bevonó anyagok több, egymással összekapcsolt rétege. Többrétegű bevonatok esetében bevonó rendszerről beszélünk. Ezek szerint a bevonat folyadéktól pasztaszerűig terjedő konzisztenciájú anyagokat jelent, melyek kötőanyagokat, pigmenteket, oldószereket, töltőanyagokat és más adalékokat tartalmaznak.

Tűzvédő bevonat alatt tűzvédő anyagból készített speciális bevonatot kell értenünk A különböző tűzvédő bevonat rendszereket a működésmechanizmusuk szerint lehet elkülöníteni. A szigetelő bevonatok a legfontosabbak az olyan védendő szerkezetek számára, mint a fa, acél, kábel. Különböző fajtáik létezhetnek, de általában nem néznek ki másként száradás után, mint bármely szokásos lakk vagy diszperziós festék bevonat. A tűzvédő hatás azon alapul, hogy a bevonat emelt hőmérsékleten /130 ºC-tól kezdve/ elbomlik és egy homogén, finom pórusú és vastag, nem éghető habréteget képez, mely nagyfokú hőszigetelésnek tulajdoníthatóan hosszú időn keresztül meg tudja védeni a bevont szerkezetet a hő hatásától. Expanziós faktor a hő hatására kialakuló duzzadást adja meg. (pl. a 100-as expanziós faktor azt jelenti, hogy a száraz réteg 0,2 mm-éből 2 cm-es habréteg fejlődik ki.)

A szigetelő bevonatok, mint a normál festékek kötőanyagot tartalmaznak (pl. szerves oldószerben oldható szintetikus gyanták, hígított szintetikus gyanta diszperziók). Ezenkívül tartalmaznak különböző töltőanyagokat, pigmenteket és segédanyagokat (nedvesítő ágensek, diszpergálók, habképző, habvastagító ágensek és egyéb adalékok). A bevonat így egy nagyon komplikált, sok anyagból álló rendszer. Fontos, hogy optimálisan működjön a tűz hatására, de az is fontos, hogy tartósan kötődjön a felülethez, még klímaváltozás esetén is. Az égés során a következő folyamat zajlik le: A foszforsav forrás (általában ammónium-foszfát) a tűzben kialakuló léghőmérséklet hatására foszforsavat fejleszt. Ez az erősen vízelvonó hatású anyag a kémiailag kötött vizet is eltávolítja a festékréteg alkotóanyagaiból. Így ezek a szénláncvegyületek fokozatosan annyi vizet veszítenek a foszforsav és a megnövekedett hőmérséklet hatására, hogy végül majdnem tiszta szén marad vissza. (Ezeket az anyagokat „szénelosztóként” is nevezik.)

A gázképző anyagok (melamin és karbamid származékok) a gázképződés (általában ammónia) következtében felpuffasztják a lassan szenesedő szénelosztót, és egy finom, puffadó szénhab képződik. A hab jó hőszigetelő tulajdonságának (a kialakuló hab hővezetési tényezője közel áll a habosított hőszigetelő anyagokéhoz) és az adagolt tűzgátló anyagnak tulajdoníthatóan -a lassú égés ellenére is- hatékonyan védi az alapot a hő és a tűz hatásától. Ezen felületkezelő anyagok jó része –a környezetvédelmi előírások miatt- vízben oldható. Emiatt magas nedvességtartalmú helyiségekben vagy gőzben ellenálló képességük és tartósságuk korlátozott.