Vznik zuhelnatělé vrstvy a její vliv na požární odolnost dřevěných konstrukcí
Dřevo, tradiční stavební materiál, zažívá v moderní architektuře renesanci. S rostoucím důrazem na ekologickou výstavbu a snižování uhlíkové stopy se dřevostavby stávají stále populárnější volbou. Nicméně, s touto popularitou se objevují i obavy ohledně požární bezpečnosti dřevěných konstrukcí. Na rozdíl od zažitých představ, dřevo se v ohni chová specifickým způsobem, který může být paradoxně výhodný. Klíčovou roli v tomto procesu hraje vznik zuhelnatělé vrstvy na povrchu dřeva.
Dřevo jako stavební materiál budoucnosti
Doba, kdy se budovy stavěly na věky, je za námi. Moderní výstavba klade důraz na udržitelnost a ekologii. K přírodě přátelská výstavba je demontovatelná, znovupoužitelná nebo ekologicky likvidovatelná. Při moderní výstavbě se logicky uvažuje celý život budovy od výstavby a využití po rekonstrukci a znovupoužití nebo demolici. Optimální, k přírodě šetrné nosné konstrukce využívají výhody všech stavebních materiálů, kamene, zdiva, oceli, betonu a dřeva. Dřevo, jako obnovitelný zdroj a materiál s nízkou uhlíkovou stopou, je ideální volbou pro ekologické stavby. Vysoké využití dřevostaveb představuje jediné řešení udržitelné výstavby.
Mýtus hořlavosti dřeva
V představě většiny z nás je dřevo materiál, který - zachvácen požárem - nezachrání ani svěcená voda. Platí přitom, že posledně jmenovaný materiál budí strach, protože hoří. A to je vůči dřevu vyložená křivda. Potíž je v tom, že chování dřeva v žáru má k této zažité představě velmi daleko. Na rozdíl od oceli, která se při vysokých teplotách deformuje a ztrácí nosnost, dřevo si svou strukturální integritu udrží delší dobu. Důvodem je právě vznik zuhelnatělé vrstvy.
Zuhelnatělá vrstva - přirozená ochrana dřeva
Když plyny uvolněné po zahřátí dřeva vzplanou, vzniká na povrchu materiálu zuhelnatělá vrstva, která další šíření ohně zpomaluje. Jde o zajímavý proces, který chrání ohněm dosud nezasažené části konstrukce a závisí na vlhkosti dřeva, způsobu šíření plamene nebo jeho teplotě. Tato vrstva funguje jako izolant, který zpomaluje pronikání tepla do hloubky dřeva a tím oddaluje jeho prohoření. Rychlost zuhelnatění je relativně pomalá a předvídatelná, což umožňuje navrhovat dřevěné konstrukce tak, aby vydržely působení ohně po dostatečně dlouhou dobu potřebnou pro evakuaci a zásah hasičů.
Kritické trhliny v zuhelnatělé vrstvě
Avšak o tom, jak dlouho bude dřevěná konstrukce plamenům odolávat, tedy bude bezpečná, rozhoduje především způsob, jakým se zuhelnatělá vrstva potrhá. Vzniklými trhlinami se oheň dostává k nezasaženému dřevu a urychluje jeho hoření. Proto je klíčové pochopit mechanismus vzniku a šíření těchto trhlin. Trhliny v zuhelnatělé vrstvě dřevěných panelů během požáru podrobně studují pracovníci katedry ocelových a dřevěných konstrukcí Českého vysokého učení technického v Praze ve spolupráci s kolegy ze slovinské Technické univerzity v Lublani. Cílem aktivit je lépe popsat, jak se trhliny vyvíjejí a jak ovlivňují požární odolnost dřevěných konstrukcí.
Čtěte také: Návody na podzimní aktivity s dětmi
Experimentální výzkum zuhelnatění
Experimenty se odehrávají nad malou vodorovnou pecí, která zahřívá šest prken ze smrkového dřeva o tloušťce 19 mm a dvě desky o tloušťce 40 mm o objemové hustotě 470 kg/m3. Dřeva, na kterých před experimentem nebyly žádné zjevné trhliny, mají vlhkost 8,1 % a jsou vzájemně spojená pero-drážkou, jako palubky. Na čtyřcentimetrové vzorky působí stejně intenzivní žár od 5 do 15 min. Zkouška končí ve chvíli, kdy mezi prkny prohoří spára. Po vypnutí přívodu plynu a hoření putují vzorky do vodní lázně. I tak zastavení povrchového hoření trvá přibližně jednu až dvě minuty. Po uhašení vzorky ukládáme při pokojové teplotě a normální vlhkosti, aby mohla hasicí voda vyschnout. Následně povrchovou vrstvu dřeva ošetřujeme epoxidovým nátěrem, který pomáhá zachovat tvar trhlin a poškození jednotlivých hran během měření a manipulace.
K předpovědi vzdáleností mezi trhlinami využíváme analytický model, rozšířený o pravděpodobnost vlastností dřeva, rozvoje hoření a požáru. Potvrzuje se, že přibližné odhady jsou vhodné pouze pro tenčí dřevěné prvky. U silnějších prvků je vhodnější použít pokročilá řešení. Platí, že čím déle oheň na dřevěný prvek působí, tím menší je variabilita ve vzdálenostech prasklin.
Vliv polohy dřevěných prvků na rozvoj požáru
Jak se rozvíjí oheň v požárním úseku budovy, závisí nejen na množství paliva, ale také na jeho umístění, typu, kvalitě povrchů místnosti a její ventilaci. Čeští a slovinští experti se soustředili na vliv polohy dřevěných prvků na rozvoj požáru, resp. jak průběh hoření ovlivní odhořívání dřevěné nosné konstrukce. Experimentovali ve světově unikátní požární komoře (tzv. Room Corner Test) ve tvaru místnosti o půdorysu 2,4 × 3,6 m a výšce 2,4 m. Komora, vybavená soustavou čidel s pokročilým numerickým modelováním a pravděpodobnostními výpočty, umožňuje energetickou a chemickou analýzu hoření ve skutečném prostoru a sledování šíření plamene, tvorby kouře a rychlosti šíření požáru.
Výzkumníci do komory umístili tři dřevěné trámy ve dvou různých konfiguracích, s jejichž pomocí chtěli zjistit, jak uspořádání dřevěných prvků a jejich poloha vůči zdroji tepla ovlivní rozvoj teploty a vznik zuhelnatělé vrstvy. V první konfiguraci do rohu místnosti postavili dva sloupy a jeden nosník, upevněný ve výšce dvou metrů nad podlahou, ve druhé variantě osadili budoucí požářiště třemi dřevěnými sloupy blízko sebe. V obou variantách pak zapálili propanový hořák, umístěný v rohu komory, jehož výkon pro první desetiminutovou fázi experimentu udržovali na 100 kW a v dalších dvaceti minutách jej zvýšili na 300 kW.
Poloha hořáku výrazně ovlivnila rozvoj hoření v prostoru, intenzitu proudění plynů a sálání na povrch vzorků a vznik zuhelnatělé vrstvy. Díky soustavě teplotních čidel, z nichž některá byla zapuštěna přímo do hořícího dřeva, získali odborníci přesnou představu, jak zuhelnatělá vrstva vzniká a během požáru se pozvolna rozrůstá. To umožnilo podrobně sledovat, jak oheň postupoval a jaké škody způsobilo nesouměrné hoření v různých částech sledovaného dřevěného konstrukčního prvku.
Čtěte také: Tvoření vánočních zvonečků
Význam výzkumu pro praxi
Výzkum zuhelnatění dřeva a jeho chování při různých typech požárů přináší poznatky, kterých lze úspěšně využít při návrzích nových budov. Ve srovnání s tradičními normovými předpoklady o chování dřeva při požáru, které počítají s rovnoměrným zatížením konstrukcí ohněm, je popsaný experiment daleko bližší reálnému chování dřevěných konstrukcí během požáru. Jde proto o cenný nástroj k dalšímu zvýšení bezpečnosti dřevěných staveb. Výsledky experimentů např. dokládají, jak poloha dřevěných prvků a jejich orientace vůči zdroji tepla ovlivňují hloubku zuhelnatělé vrstvy.
Promítnutí poznatků do praxe umožňuje navrhovat konstrukční prvky dřevěných novostaveb tak, aby měly v případě požáru minimální zaručenou odolnost a plnily nosnou roli jak během bezpečné evakuace, tak hasičského zásahu při eliminaci ohniska požáru. K zajištění jejich požární bezpečnosti je potřeba dobrých, jednoduchých a pochopitelných předpisů pro běžné stavby a pokročilé a inovativní pravděpodobnostní přístupy pro významné stavby.
Čtěte také: Nápady pro vánoční tvoření
tags: #vznik #zuhelnatělé #vrstvy