Konstrukcje

Właściwości materiałów budowlanych: izolacje (styropian)

Tagi:
fizyka budowli
,
izolacja
,
izolacja akustyczna
,
izolacja termiczna
,
izolacje
,
materiały budowlane
,
ocieplanie
,
ocieplenia
,
styropian

Współczesne materiały budowlane o wysokiej jakości muszą spełniać wymagania różnej natury. Są to m.in.  odpowiednia izolacyjność termiczna i akustyczna oraz ochrona przed wilgocią. Będą one dokładniej omówine w rozdziale Fizyka budowli. Również właściwości materiałów z zakresu fizyki budowli będą szerzej analizowane w poszczególnych podrozdziałach.

1. Ekologia

2. Właściwości materiałów budowlanych

3. Podstawy fizyki budowli

4. Dachy strome

5. Stropodachy

6. Ściany zewnętrzne

7. Stropy i podłogi

8. Izolacja fundamentów, drenaż

2.1 Uwagi wstępne

2.1.1 Wiekości, oznaczenia, jednostki

 

 

 

Niezależnie od właściwości fizyczno-chemicznych szkieletu materiału, w przypadku materiałów budowlanych duże znaczenie ma obecność i właściwości porów powietrznych zawartych w materiale. Pory wewnątrz materiału mogą być całkowicie suche, wypełnione wodą częściowo lub całkowicie. Ma to więc wpływ na rzeczywistą masę materiału przy różnych stopniach zawilgocenia i inne właściwości fizyczne rys. 2.2.1/1

 

Opis materiału budowlanego, uwzględniający właściwości techniczne i jego stan wilgotnościowy, wymaga wprowadzenia trzech wielkości: gęstości, zarówno materiału suchego jak i materiału zawierającego wilgoć w porach, porowatości, pozwalającej na opis nie tylko ilości ale i struktury porów w materiale oraz wilgotności odnoszonej do masy lub objętości materiału tabela 2.2.1/2

Wilgotność materiałów już wbudowanych zależy każdorazowo od warunków panujących w otoczeniu, a także od zastosowanej technologii i czasu, jaki minął od ukończenia budowy. Dla celów projektowych można jednak przyjmować przeciętne, potwierdzone badaniami i obserwacjami na obiektach rzeczywistych, wartości wilgotności ustabilizowanej, jaką osiągają materiały w tzw. stanie powietrzno-suchym 2.2.1/3

2.2.2 Właściwości wytrzymałościowe

Wytrzymałość, moduł sprężystości

Do określania właściwości materiałów związanych z nośnością i użytkowaniem służą takie wielkości jak wytrzymałość i moduł sprężystości. Określa się je dla danego materiału na podstawie badań, w których próbka materiału jest poddawana obciążeniom aż do zniszczenia.

Przebieg takiego badania przedstawiono skrótowo poniżej, przykładowy materiał jest w nim poddany ściskainiu/rozciąganiu
  • sporządzenie próbki w kształcie pręta: długość l [mm]; przekrój A [mm2 ]
  • umieszczenie próbki w maszynie zrywającej
  • obciążenie od zera do zerwania pomiar siły zrywającej i odkształcenia: siła F[N]; wydłużenie l [mm]
  • obliczenie naprężeń oraz względnego odkształcenia

 

naprężenia

 


wydłużenie/skrócenie względne

  • przedstawienie zależności pomiędzy naprężeniem a wydłużeniem/skróceniem przedstawiono na wykresie 2.2.2/2.

 

 

Przebieg krzywej na wykresie w początkowej fazie jest liniowy, jest to tzw. obszar prostej proporcjonalności naprężeń i odkształceń, dalej już zależność ma charakter krzywoliniowy.

 

  •  wyznaczenie wytrzymałości i obliczenie modułu plastyczności

    wytrzymałość: f, MPa

    Wytrzymałość materiału to największe możliwe naprężenia. Po osiągnięciu takiej wartości naprężeń dochodzi do zniszczenia materiału. Tak więc wytrzymałość odpowiada co do wartości naprężeniom niszczącym. Wartości liczbowe wytrzymałości różnych materiałów na rozciąganie i ściskanie f przedstawiono w tabeli 2.2.2/3.
    •  moduł sprężystości E [MPa]
    • działaniem sił
    • zmianami temperatur
    • zmianami wilgotności
  • Moduł sprężystości jest definiowany jako tangens kąta nachylenia wykresu naprężeń w funkcji odkształceń w obszarze zależności liniowej. Jego wartość liczbowa jest równa ilorazowi naprężeń i odpowiadającej im wartości odkształceń. Moduł sprężystości można interpretować jako opór przeciwko odkształceniom stawiany przez materiał obciążony siłą. Wartości liczbowe modułu sprężystości różnych materiałów przedstawiono w tabeli 2.2.2/4.

    Dzięki wprowadzeniu pojęcia modułu sprężystości można w bardzo prosty sposób zapisać, dla zakresu liniowego, zależności pomiędzy naprężeniem i odkształceniem, a mianowicie:

    2.2.3 Odkształcenia

    Moduł sprężystości, pełzanie, współczynnik wydłużalności, skurcz/pęcznienie

    Zmiana wymiarów elementu budynku może być wywołana następującymi przyczynami:

    Konstrukcja budynku musi być tak zaprojektowana, aby w wyniku odkształceń poszczególnych elementów nie doszło do ich uszkodzenia, aby mogły one spełniać dalej swoją funkcja użytkową i aby nie doszło do uszkodzenia elementów sąsiadujących.

    Jeśli poprzez zabiegi projektowe nie jest możliwe wyeliminowanie przyczyn odkształceń (np. poprzez izolowanie termiczne) to element konstrukcji albo musi mieć swobodę przemieszczania się, albo też konieczne jest przejęcie powstałych sił przez ustrój konstrukcyjny. Przykłady odkształceń pokazano na rys. 2.2.3/1.

     

 

 

Właściwości materiału, które mają wpływ na odkształcenia pochodzące od siły zewnętrznej, przedstawiono na przykładzie pręta o długości l i pola powierzchni przekroju A.

Odkształcenia sprężyste

Obciążenie użytkowe konstrukcji powoduje powstanie w jej elementach naprężeń i odkształceń. Dla zakresu liniowej zależności odkształceń i naprężeń można zapisać

to wzór na zmianę długości pręta w wyniku działania siły F można zapisać w następującej postaci:

Odkształcenia termiczne

Wszystkie części budynku, a zwłaszcza te, które tworzą jego zewnętrzna powłokę, poddane są działaniu zmiennych temperatur otoczenia. Rozkład temperatury w przekroju elementu konstrukcyjnego nie jest równomierny. Decydujące znaczenie dla odkształceń termicznych ma wartość temperatury w środku przekroju.

Wartość odkształcenia pochodzącego od zmiany temperatury T można wyznaczyć na podstawie współczynnika rozszerzalności termicznej materiału

W tabeli 2.2.3/3 podano wartości współczynnika rozszerzalności termicznej dla niektórych materiałów budowlanych

Odkształcenia wilgotnościowe

Wahania wilgotności materiałów budowlanych mogą być np. związane z oddawaniem do otoczenia tzw. wilgoci technologicznej, czyli odsychaniem materiału po wbudowaniu, tynkowaniu itp. lub też wynikają one z wahań wilgotności powietrza w otoczeniu materiału. Powstające w wyniku tych wahań odkształcenia nazywane są pęcznieniem lub skurczem.

Wartości odkształceń można obliczyć na podstawie współczynnika skurczu/pęcznienia

 

 

W tabeli 2.2.3/4 podano wartości współczynnika skurczu/pęcznienia dla niektórych materiałów budowlanych.

2.2.4 Właściwości z zakresu fizyki budowli

Przewodność cieplna, ciepło właściwe, opór dyfuzyjny i sztywność dynamiczna

Pojęcie przewodzenia ciepła materiału budowlanego jest niezbędna do opisania strat cieplnych przez przegrody budynku w wyniku przewodzenia ciepła.
Współczynnik przewodzenia ciepła:

 

Przewodzenie ciepła informuje o ilości ciepła, która jest przewodzona przez warstwę materiału o grubości 1 m i przekroju A = 1 m2w warunkach różnicy temperatur T = 1 K i w czasie t = 1 s

Wartość ciepła właściwego materiału budowlanego jest niezbędna do określenia niestacjonarnego przepływu ciepła przez przegrodę.
Ciepło właściwe:

Ciepło właściwe to ilość energii cieplnej potrzebnej do podgrzania masy 1 kg materiału o 1 K.

Współczynnik przepuszczania pary wodnej w materiale jest informacją pozwalającą na ocenę strumienia wilgoci jaki jest przenoszony przez przegrodę budowlaną.

Współcczynnik przepuszczania pary wodnej:

Współczynnik ten odpowiada ilości wilgoci, w postaci pary wodnej, jaka dyfunduje przez warstwę materiału o grubości 1 m i przekroju A = 1 m2, przy różnicy ciśnień pary wodnej po obydwu stronach warstwy p=1 Pa i w czasie t=1 h.

Za pomocą współczynnika oporu dyfuzyjnego można wyrazic zdolność materiału do przepuszczania pary wodnej w porównaniu do przepuszczalności powietrza.

 współczynnik przepuszczania pary wodnej powietrza
 współczynnikiem oporu dyfuzyjnego (liczba bezwymiarowa). Wielkość ta informuje ile razy opór dyfuzyjny materiału jest większy od oporu stawianego przez powietrze.

Sztywność dynaniczna pozwala ocenić właściwości materiału związane z tłumieniem akustycznym dźwięków uderzeniowych.

Sztywność dynaniczna

Sztywność dynamiczna odpowiada stosunkowi siły działającej prostopadle na jednostkową powierzchnię materiału do wynikowego odkształcenia sprężystego tego materiału pod obciążeniem. Sztywność dynamiczna warstwy izolacji akustycznej w przegrodzie zależy od właściwości użytego materiału (modułu sprężystości) i jego grubości.

2.3 Styropian

2.3.1 Produkcja styropianu

Pozyskiwanie surowca naturalnego


Polistyren, który jest półproduktem w procesie wytwarzania styropianu, produkowany jest na bazie surowców naturalnych. W praktyce, surowcem wyjściowym jest prawie wyłącznie ropa naftowa schemat 2.3.1/1. W obecności niewielkiej ilości pentanu, jako środka spieniającego, zachodzi zjawisko polimeryzacji i w efekcie otrzymuje się zdolny do ekspandowania polistyren. Monomery surowca wyjściowego tworzą w trakcie tej reakcji długie łańcuchy molekuł. Pentan, środek porotwórczy, jest zamknięty w cząstkach polistyrenu.

Polistyren, jako syntetyczny surowiec, ma w postaci handlowej formę twardego, szklistego granulatu o średnicy od 0.2 do 2.5 mm. Jego gęstość nasypowa wynosi ok. 650 kg/m, gęstość samego materiału ok.1030 kg/m. Polistyren jest transportowany w specjalnych pojemnikach do zakładów produkcyjnch wyroby styropianowe. Główne etapy produkcji styropianu to: spienianie, sezonowanie i blokowanie.

Spienianie wstępne

Pod hasłem spienianie wstępne rozumiany jest proces zmiękczania granulek surowca poprzez podgrzewanie i związane z tym powiększanie ich objętości wskutek ekspansji środka porotwórczego. Podgrzewanie surowca syntetycznego i wstępne spienianie odbywa się zwykle przy użyciu pary o temperaturze powyżej 90°C. W trakcie trwającego od 2 do 5 minut spieniania granulki polistyrenu ekspandując powiększając swoją objętość 15 do 65 razy. Powstają przy tym cząstki pianki o zamkniętej strukturze porów. Przebieg procesu ekspandowania jest wzmacniany poprzez dyfuzję do wnętrza cząstek gorącej pary wodnej. Gęstość nasypowa powstałej w ten sposób pianki jest zależna głównie od czasu trwania spieniania i wynosi od 10 do 45 kg/m3

Sezonowanie

Bezpośrednio po spienianiu następuje proces schładzania spienionych cząstek.Resztki środka spieniającego oraz para wodna, która znalazła się w spienionych granulkach kondensują, wytwarzając w ich wnętrzu podciśnienie. Świeże cząstki spienionego polistyrenu przed dalszą obróbką muszą przejść etap sezonowania w przewiewnych silosach. Dzięki wnikaniu do ich wnętrza, w drodze dyfuzji, powietrza uzyskują niezbędną dla dalszych etapów produkcji stabilność.

Wytwarzanie bloków

Aby uzyskać końcowy wyrób styropianowy napełnia się metalową formę, ustabilizowanymi w międzyczasie, cząstkami spienionego polistyrenu. Ponowne doprowadzenie gorącej pary wznawia proces spieniania cząstek, które stają się w tej fazie produkcji plastyczne i lepkie. Poprzez ekspandowanie wolne przestrzenie pomiędzy kulkami są zamykane, a stykające się ze sobą powierzchnie ulegają spieczeniu, tworząc w ten sposób styropianowy wyrób o wymaganym kształcie zewnętrznym.

Produkcja płyt styropianowych

Izolacyjne płyty styropianowe produkuje się dziś wg jednej z następujących metod schemat 2.3.1/2.
Najczęściej spotykanym sposobem jest wytwarzanie dużych bloków styropianowych, a następnie cięcie ich na płyty o odpowiedniej grubości. Granulki spienionego już wstępnie polistyrenu są wsypywane do dużych prostopadłościennych form i spieniane następnie przy użyciu pary wodnej o temperaturze 110°C do 120°C. Po relatywnie krótkim czasie studzenia, bloki styropianu są wyjmowane z form i sezonowane przed ostatnim etapem produkcji. Cięcie bloków na płyty odbywa się przy użyciu urządzeń termiczno-mechanicznych. Dodatkowe profilowanie krawędzi jest realizowane poprzez frezowanie.
Druga z metod produkcji płyt izolacyjnych ze styropianu polega na stosowaniu form do spieniania w kształcie i o rozmiarach końcowego wyrobu. Jej zaletą jest uzyskiwanie wprost z formy gotowego wyrobu, bez np. pracochłonnej obróbki krawędzi. Proces produkcji może tu być w pełni zautomatyzowany.

Płyty styropianowe są produkowane głównie jako materiał izolacji termicznej.Mogą one mieć zwykły płaski kształt, ale stosowane są również płyty o specjalnych kształtach, jak np. elementy izolacji i poszycia dachu, płaskie i rolowane płyty z powłoką bitumiczną na stropodachy itp.
Płyty styropianowe można łatwo pokrywać łączyć z innymi materiałami budowlanymi. Stosowana jest np., w jednej z metod docieplania budynków, płyta styropianowa zespolona fabrycznie z warstwą supremy. Suprema jest w tym materiale nośnikiem dla tradycyjnego tynku mineralnego. Spotykana jest również kombinacja płyt styropianowych z płytami gipsowo-kartonowymi. Uzyskany w ten sposób, gotowy do montażu, prefabrykat jest stosowany głównie jako materiał do wewnętrznego docieplania ścian i stropów. W celu zablokowania dyfuzji pary wodnej pod warstwę wewnętrznego docieplenia, umieścić można pomiędzy płytami warstwę skutecznej paroizolacji. Zespolone płyty gipsowo-styropianowe mają dobre właściwości mechaniczne i przeciwpożarowe

2.3.2 Właściwości fizyczne

Właściwości mechaniczne

Naprężenia ściskające

   

Istotną dla użytkownika cechą styropianu jest jego zachowanie przy obciażeniach mechanicznych. Ponieważ styropian jest materiałem elastycznym, to zamiast jego wytrzymałości na ściskanie podaje się wartość naprężenia, przy którym odkształcenie wynosi 10%. Badania materiału należy wykonywać wg normy PN EN 826:1998. Wartość naprężeń ściskających wzrasta wprost proporcjonalnie do gęstości materiału wykres 2.3.2/1.
Aby jednak nie przekroczyć granicy plastyczności styropianu w warunkach obciążeń długotrwałych, obciążenia dopuszczalne nie powinny powodować odkształceń większych niż 2%.

 

Odkształecenia

Zmiana objętości spienionego polistyrenu jest wywołana skurczem termicznym, jaki ma miejsce podczas schładzania materiału od temperatury spieniania do temperatury otoczenia. W 24 godziny po rozformowaniu wyrobu zmiana jego wymiarów, odniesiona do rozmiarów formy, może sięgać 0,8%. Wielkość skurczu zależy od rodzaju styropianu, jego gęstości i parametrów produkcji. Tego rodzaju skurcz ma miejsce zawsze bezpośrednio po formowaniu i przed dalszą obróbką dlatego nie wpływa w żaden sposób na jakość gotowego wyrobu. Trafiający do klienta styropian jest materiałem stabilnym wymiarowo.

Moduł sprężystości

Istotny wpływ na właściwości materiału związane z odkształceniami ma moduł sprężystości E. Tak jak i dopuszczalne naprężenia ściskające, oraz szereg innych właściwości, również i wartość modułu sprężystości jest zależna od gęstości materiału wykres  2.3.2/2.

 

 Wytrzymałość na rozciągnie  Wytrzymałość na zginanie
   

Wytrzymałość na ścinanie

 Sztywność dymaniczna

Dla wytłumienia dźwięków uderzeniowych przenoszonych przez stropy międzypiętrowe potrzebna jest miękko-sprężysta warstwa izolacyjna, układana bezpośrednio na stropie konstrukcyjnym. Zwykłe płyty styropianowe do tego celu sie nie nadaja, ze względu na słabe właściwości elastyczne. Dopiero specjalna obróbka styropianu sprawia, że staje się znakomitym materiałem do tłumienia dźwięków uderzeniowych.

Przybliżoną zależność pomiędzy sztywnością dynamiczną elastycznego styropianu a grubością płyty pod obciążeniem przedstawiono w tabeli 2.3.2/6. Badania sztywności dynamicznej materiałów izolacji akustycznej wykonuje się zgodnie z normą PN ISO 9052-1:1994.

Właściwości termiczne: Przewodzenie ciepła

Najważniejszą cechą styropianu jest jego mały współczynnik przewodzenia ciepła (por. rozdział .Ochrona cieplna.). Znakomite właściwości izolacyjne tego materiału wynikają z faktu, że styropian składa się z ogromnej ilości komórek polistyrenowych wypełnionych powietrzem. Przy porowatości 98%, zdolności izolacyjne materiału są efektem małego przewodzenia ciepła przez powietrze zamknięte w porach materiału.

Przewodzenie ciepła materiału zależy od wielu parametrów fizycznych. Zależność przewodności od gęstości pozornej została pokazana na wykresie 2.3.2/7. Minimalną przewodność cieplną ma styropian o gęstości ok. 40 kg/m3 i wynosi ona wtedy 0.03 W/(m×K). Do obliczeń z zakresu fizyki budowli przyjmuje się deklarowane przez poszczególnych producentów styropianu wartości współczynnika przewodzenia ciepła. Zawierają się one w przedziale 0.032 do 0.042 W/(m×K), zależnie od odmiany tego materiału. Współczynnik przewodzenia ciepła, wytwarzanego na polski rynek styropianu, nie może przekroczyć wartości maksymalnych podanych w normie PN-B-20132 i wynoszących od 0.036 do 0.042 W/(m×K).

Liniową zależność współczynnika przewodzenia ciepła od temperatury przedstawiono na rys. 2.3.2/8.

   

Istotny jest również wpływ wilgotności styropianu na jego przewodność cieplną rys. 2.3.2/9. Stosowane do obliczeń projektowych wartości przewodności cieplnej odnoszą się do materiału o wilgotności objętościowej w zakresie od 0,1 do 1 %, odpowiadającej typowym wilgotnościom poprawnie wbudowanego w przegrodę materiału.


Stałość postaci

Dopuszczalna temperatura w jakiej pracować może styropian zależy, tak jak i dla wszystkich tworzyw termoplastycznych, od kombinacji temperatury i czasu jej trwania. Bez dodatkowych obciążeń, styropian może być przez krótki czas poddawany temperaturze nawet do 100 °C. Dzięki niskiej przewodności cieplnej zasięg wysokich temperatur w warstwie materiału pozostaje niewielki. Jeśli materiał jest obciążony mechanicznie, to dopuszczalna temperatura eksploatacji jest niższa i wynosi zależnie od gęstości, 75 do 85 °C. Styropian jest tworzywem, które w zakresie temperatur od -180 °C do +85 °C, nie podlega żadnym zmianom strukturalnym. Dlatego też bez zastrzeżeń może być stosowany również w bardzo niskich temperaturach.

Ciepło właściwe

Do opisu niestacjonarnego przepływu ciepła przez przegrodę, konieczne są informacje o wartościach ciepła właściwego materiałów przegrody (por. rozdział "Ochrona cieplna"). Tak jak w przypadku przewodności cieplnej, duża zawartość powietrza w materiale ma również decydujący wpływ na jego ciepło właściwe. Ciepło właściwe styropianu wynosi:

 Odporność na działanie wody

Styropian, czyli spieniony polistyren, nie jest rozpuszczalny w wodzie, nie ulega pęcznieniu, a zamknięte komórki materiału nie wchłaniają wody. Dostęp wody w głąb struktury materiału jest możliwy tylko w miejscach klejenia poszczególnych granulek. Zawartość wody w strukturze materiału może być określana poprzez wilgotność objętościową styropianu. W miejscach, gdzie może występować okresowe długoterminowe występowanie wody, np. ściany fundamentowe, dachy odwrócone, należy stosować specjalne płyty styropianowe EPS P, charakteryzujące się wyjątkowo niską nasiąkliwością. Cechę tę bada się zgodnie z normą PN EN 12087:2000 Określanie nasiąkliwości wodą przy długotrwałym zanurzeniu. W trakcie badania materiał jest poddawany bardzo rygorystycznej próbie, gdyż przez okres 28 dni jest w pełni zanurzony w wodzie. Styropian charakteryzuje się bardzo małą nasiąkliwością, a co istotniejsze dla użytkowników, po okresie około miesiąca, kiedy to wyrób osiąga poziom ustabilizowanej wilgotności, nie rośnie ona już dalej nawet przy bardzo długich okresach zanurzenia.

Wzrost wilgotności objętościowej EPS P pokazano na wykresie 2.3.2/10.

 

Tak niewielką nasiąkliwość wodą od której w znacznym stopniu zależy właściwości termoizolacyjne materiału, styropian zawdzięcza swojej spoistej strukturze.

Opór dyfuzyjny
Istotne dla stanu wilgotnościowego materiału parametry otoczenia to: temperatura powietrza i zawartość pary wodnej. Jeśli po obydwu stronach warstwy materiału panują zróżnicowane warunki cieplno-wilgotnościowe, to poprzez materiał odbywa się dyfuzja pary wodnej. Para wodna dyfundująca przez materiał może w trakcie tego procesu ulec wykropleniu we wnętrzu warstwy. Materiał stawia opór dyfuzji pary wodnej. Wartość tego oporu można obliczyć na podstawie charakterystycznego dla materiału współczynnika dyfuzji pary wodnej lub współczynnika oporu dyfuzyjnego i grubości warstwy (por. rozdział: "Ochrona przed zawilgoceniem").
W tabeli 2.3.2/11 podane zostały orientacyjne wartości współczynnika oporu dyfuzyjnego dla różnych odmian styropianu. Wpływ zróżnicowanych warunków klimatycznych w otoczeniu materiału na jego opór dyfuzyjny został uwzględniony przez podanie przedziału wartości współczynnika. Dla styropianu o gęstości od 15 do 30 kg/m3 bezwymiarowy współczynnik oporu dyfuzyjnego zawiera się w przedziale od 20 do 100.


2.3.3 Właściwości chemiczne

Odporność chemiczna

Odporność styropianu na działanie różnych związków chemicznych i rozpuszczalników jest taka sama jak polistyrenu.
Styropian jest odporny na działanie wody, wodnych roztworów soli, kwasów i zasad. Jest także odporny na działanie cementu, wapna, gipsu, anhydrytu i sporządzonych na ich bazie zapraw i środków wiążących.
Styropian nie ulega również reakcji utleniania. Jego zniszczenie zawsze jest związane z konkretną przyczyną, np. działaniem rozpuszczalników lub wysokiej temperatury Styropian nie jest odporny na działanie rozpuszczalników organicznych. Ich stosowanie w obecności styropianu wymaga szczególnej uwagi i ostrożności.
Brak zrozumienia przyczyn zniszczenia styropianu być przyczyną powstania mitu o "znikaniu" styropianu.
Stopień odporności styropianu na działanie różnych związków chemicznych przedstawiono w tabeli 2.3.3/1.

+ odporny, nawet przy długotrwałym oddziaływaniu styropian nie ulegnie zniszczeniu
+/- warunkowo odporny, przy długotrwałym oddziaływaniu może dojść do powierzchniowych uszkodzeń lub skurczu
- nieodporny

2.3.4 Reakcja na ogień

Uwagi wstępne, klasyfikacja

Na rynku budowlanym oferowane są obecnie odmiany styropianu samogasnącego, oznaczonego symbolem FS oraz typy styropianu wg normy europejskiej oznaczone symbolem EPS o deklarowanej klasie reakcji na ogień określanej metodą małego płomienia. Sprawdzanie zdolności samogaśnięcia styropianu odbywa się zgodnie z normą PN-C-89297:1988, natomiast klasyfikacji reakcji na ogień dokonuje się wg normy PN EN 13501-1:2004. Materiał ten nie zapala się od iskry, pali się jedynie w obcym płomieniu, a po usunięcia z płomienia gaśnie i nie zapala się ponownie. Wyłącznie tego typu materiał jest stosowany do docieplania budynków mieszkalnych w naszym kraju.

Styropian samogąsnący, osłonięty w technologii lekkiej mokrej docieplania warstwami kleju i tynku strukturalnego jest traktowany jako tzw. układ nierozprzestrzeniający ognia (NRO) - systemy ociepleń są sprawdzane według procedur normy PN-90/B-02867. Jest to najlepsza klasyfikacja jaką może uzyskać system ociepleń. Również systemy ociepleń na bazie innych materiałów termoizolacyjnych mogą uzyskać co najwyżej klasyfikację NRO.

 Zapalność i rozprzestrzenianie ognia

Przy temperaturze ponad 100 °C styropian zaczyna powoli mięknąć i przy tym kurczyć się, przy dalszym podgrzewaniu topi się. Styropian dopiero w temperaturze ponad 350 °C zaczyna się palić. Jeśli nie ma źródła ognia, to do samozapłonu dochodzi przy temperaturach pomiędzy 450 i 500 °C. Pod działaniem ognia, np. zapałki, styropian kurczy się, ale nie zapala. Płomień może się pojawić dopiero po długim działaniu ognia. Prędkość rozprzestrzeniania się ognia jest jednak bardzo mała. Jeśli natomiast źródło ognia zostanie usunięte, to styropian przestaje się palić.

 Rzeczywiste warunki pożarowe

Faktyczne zachowanie materiału w warunkach pożarowych zależy nie tylko od jego właściwości, ale w dużej mierze także od ukształtowania elementu budowlanego, powiązania z innymi materiałami, ułożenia we wnętrzu budynku, a także od rozmieszczenia źródeł pożaru. Istotną rolę graj tu również: sposób działania źródła pożaru, wyzwalana energia, czas trwania, warunki termiczne i wentylacja.
Badania systemów ociepleń w Polsce do określenia stopnia rozprzestrzeniania ognia po fasadach prowadzi się według polskiej normy PN-90/B-02867. Jednym z kryteriów badania jest odpadanie elementów stałych ociepleń. Badania prowadzi się na stanowisku o wymiarach 2,5m wysokość i 2 m szerokości. Systemy ociepleń, aby uzyskać aprobatę techniczną muszą pozytywnie przejść te badania. Niektóre systemy mają klasyfikację nierozprzestrzeniających ognia nawet przy 30 cm grubości styropianu. Spełniają tym samym surowe polskie przepisy ochrony pożarowej. Również statystyki pożarowe świadczą, że systemy ociepleń na baziestyropianu są trwałym i bezpiecznym rozwiązaniem ociepleń ścian zewnętrznych budynków - w ponad 30. letniej obserwacji nie stwierdzono żadnego przypadku przeniesienia ognia pomiędzy kondygnacjami poprzez ocieplenia metodą lekką mokrą na bazie płyt styropianowych.
Aby sprawdzić zachowanie się systemów ociepleń ze styropianem jako materiałem termoizolacyjnym w warunkach naturalnych Stowarzyszenie Producentów Styropianu zwróciło się do Zakładu Badań Ogniowych ITB z propozycją przeprowadzenia badań.
Instytut zaproponował przeprowadzenie badań według normy ISO 13785-2 tabela 2.3.4/1+2. Badania miały dać wiedzę na temat rzeczywistego wpływu ociepleń na bazie styropianu na rozprzestrzenianie ognia po fasadach. Aby uzyskać maksymalnie skrajne warunki badania postanowiono u płyt styropianowych o grubości 18 cm. To znacznie więcej niż średnia grubość stosowana obecnie; to także znacznie więcej, niż zalecana racjonalna grubość termoizolacji, oscylująca w przypadku ścian zewnętrznych w granicach 15 cm. Badanie według tej normy należy do jednych z najostrzejszych badań ogniowych ze względu na rozmiar stanowiska (wysokość 6 m, szerokość 3 m)

  • ścianę skrzydłową
  • zastosowany rodzaj i ilość paliwa -bardzo kaloryczny i niebezpieczny heptan
  • wymóg osiągnięcia temperatury 800°C gazów wychodzących z pomieszczenia

    Aby spełnić wymagania przewidziane w normie ISO, z prowadzonych badań kalibracyjnych wybrano jeden z najostrzejszych wariantów, tj.:
  • taca z pokrywą - płomienie rozchodzą się na boki
  • taca w połowie wysokości otworu okiennego - większa ekspozycja ognia, temperatury i płomieni na najbardziej newralgiczny element badanego ocieplenia, czyli nadproże
  • zmniejszona komora spalania powodująca większą ekspozycję ognia i temperatury na zewnątrz, co zaostrzyło i tak już "wyśrubowane" warunki badania.


    Wszystkie składniki ocieplenia (styropian, jak i pozostałe elementy systemu) użytedo wykonania ocieplenia ścian testowych zostały pobrane przez przedstawicieli Zakładu Badań Ogniowych ITB bezpośrednio w zakładach produkcyjnych w sposób losowy metodą na "ślepo" według normy PN-83/N-03010.

    Ocieplenia na ścianach badawczych, jedno z tynkiem mineralnym, drugie z tynkiem akrylowym, zostały wykonane zgodnie z zaleceniami odpowiednich aprobat technicznych i instrukcji ITB nr 334/2002 oraz pod stałą kontrolą pracowników instytutu. Badane systemy są klasyfikowane jako NRO nierozprzestrzeniające ognia według normy PN-90/B-02867.

    Po zakończeniu badania stwierdzono, że powierzchnia ocieplenia zachowała ciągłość i nie uległa zniszczeniu, pomimo drastycznej ekspozycji na płomienie i wysoką temperaturę sięgającą 1000°C. Należy podkreślić w rzeczywistym pożarze temperatura na zewnątrz budynku nie przekracza wartości 500-550°C. Pozwala to wnioskować, że warunki stworzone na potrzeby próby ogniowej dwukrotnie przewyższały warunki spotykane w rzeczywistych pożarach.

    Nie doszło do przeniesienia ognia na ścianę skrzydłową i ocieplenie znajdujące się poniżej źródła ognia. Po zdjęciu warstwy tynkarskiej i warstwy klejowej stwierdzono bezpieczne odparowanie styropianu pod tą powierzchnią ocieplenia, na którą oddziaływały bezpośrednio płomienie wydostające się z otworu okiennego. Fragment fasady, poddany oddziaływaniu płomieni i wysokiej temperatury wymagał jedynie prostej naprawy; ocieplenie mogłoby być łatwo naprawione poprzez ułożenie nowej warstwy styropianu i nałożenie nowej warstwy klejowej i zaprawy tynkarskiej.

  • Wnioski

    1. Ocieplenia ze zwiększoną, bardzo grubą warstwą styropianu nie wykazują niezależnie od zastosowanej wyprawy tynkarskiej mineralnej czy akrylowej - rozprzestrzeniania ognia po powierzchni fasad - brak pełzania ognia po powierzchni.
    2. Brak uszkodzenia zewnętrznej warstwy systemu ocieplenia, włącznie z drastycznie wyeksponowanym na działanie pożaru nadprożem.
    3. Brak występowania odpadających płonących części stałych ocieplenia.
    4. Zastosowana 18 centymetrowa warstwa styropianu jako termoizolacja nie miała wpływu na zachowanie się całego systemu ocieplenia w warunkach pożaru - grubość izolacji nie ma wpływu na stopień zagrożenia pożarowego.
    5. Styropian, będący materiałem termoizolacyjnym, uległ bezpiecznemu odparowaniu w obszarze oddziaływania płomieni.
    6. Fasady, poddane bezpośredniemu oddziaływaniu ognia, wymagają jedynie naprawy w obszarze działania płomieni.
    7. Możliwość rozprzestrzeniania ognia po fasadzie w przypadku budynków.
    8. Możliwość rozprzestrzeniania ognia na wyższą kondygnację wynika raczej z intensywności ognia, a nie właściwości ocieplania lub zastosowanych materiałów elewacyjnych.
    9. Można wnioskować, iż stopień rozprzestrzenia ognia przez ściany nie jest zależny od zastosowanych materiałów termoizolacyjnych - możliwe jest przenoszenie ognia pomiędzy kondygnacjami również na fasadach nieocieplonych, całkowicie niepalnych. Taki stan rzeczy wynika z faktu, iż płomienie, wydostające się z otworu okiennego, są na tyle długie, że omijając pas nadprożowo-podokienny - ddziaływują bezpośrednio na stolarkę okienną kondygnacji wyższej.
    10. Decydujący wpływ na stopień rozprzestrzeniania ognia po fasadach ma jako że wierzchnich elementów systemów ociepleń (tynk, klej, tkanina zbrojąca) oraz jakość i precyzja wykonania systemu. Wszystkie systemy ociepleń ścian zewnętrznych metodą bezspoinową muszą być wykonane zgodnie z przedmiotowymi aprobatami technicznymi i instrukcją ITB nr 334/2002 (szczególnie ważna jest dokładność wykonania, obróbka wszystkich otworów, ościeży itp., metoda pasmowopunktowa nanoszenia warstwy klejowej). Niedopuszczalne jest mieszanie elementów różnych systemów oraz stosowanie materiałów niewiadomego pochodzenia, nieposiadających stosownych dokumentów, dopuszczających wyrób do obrotu i stosowania. Takie praktyki, bez względu na zastosowany materiał termoizolacyjny, mogą mieć wpływ na stopień rozprzestrzeniania ognia przez ściany. Opisane powyżej błędy mogą doprowadzić do przypadku niespełnienia przez wadliwie wykonane ocieplenia fasady kryteriów polskiej normy na rozprzestrzenianie ognia (a także wymagań określonych w aprobatach technicznych i instrukcji ITB nr 334/2002.

    Badania systemów ociepleń na bazie styropianu dodatkowo poddano badaniu według normy SBI, uzyskując w badaniach klasyfikacje A2/B. Tak więc przebadano systemy ociepleń z zastosowaniem płyt styropianowych o zwiększonej grubości według trzech metodyk:

    PN-90/BB-02867 - metoda badań rozprzestrzeniania ognia po ścianach obowiązująca w Polsce jest znacznie ostrzejsza niż inne metody tego typu, np. niemiecka DIN 4102 - pozytywne badania nawet na 30 cm styropianie.

    ISO 13785-2 - najostrzejsza metoda do określania stopnia rozprzestrzeniania ognia - pozytywne wyniki badań z płytami styropianowymi o grubości 18 cm.

    PN EN 13823 (SBI) - to norma przewidziana do stosowania przez państwa Unii Europejskiej - pozytywne wyniki badań z płytami styropianowymi o grubości 20 cm. Wyniki przeprowadzonych badań systemów ociepleń z użyyciem bardzo grubych płyt styropianowych pozwalają wyciągnąć wniosek, że styropian jest bezpiecznym pod względem ochrony pożarowej rozwiązaniem ocieplania ścian zewnętrznych budynków.

    Emisja gazów

    Liczne badania przeprowadzone w Europie udowodniły, że toksyczność gazów emitowanych podczas spalania styropianu jest mniejsza aniżeli gazów emitowanych podczas spalania drewna. Produkty rozpadu polistyrenu, uwalniane podczas spalania styropianu w pożarze nie stwarzaj żadnego, szczególnego zagrożenia dla środowiska. Produkty spalania nie zanieczyszczają wód gruntowych, nie wymagają również specjalnego składowania ani zabezpieczania.

     
    2.3.5. Wymagania fizykochemiczne

    Znakowanie

     

    Właściwości styropianu, jako materiału izolacji budowlanej, są ściśle określone przez normy:
    • PN EN 13163:2004, w której podano zasady klasyfikacji, istotne cechy i metody ich badań
    • PN-B-20132:2005, który określa rodzaje wyrobów, poziomy wymagań oraz zastosowania.

     

    Producenci styropianu mogą starać się o uzyskanie od autoryzowanej placówki badawczej certyfikatu zgodności ich produkcji z normą PN EN 13163:2004. Aktualny certyfikat jest dla nabywcy najlepszą gwarancją jakości materiału Norma określa sposób znakowania płyt styropianowych przeznaczonych dla budownictwa:

    np.: PŁYTY STYROPIANOWE EPS 70 - 040 FASADA EPS-EN 13163-T2-L2W2-S1-P3-BS115-CS(10)70-DS(N)2-DS(70,-)2-TR100

    EPS - płyty styropianowe
    70 - naprężenie .ściskające przy 10 % odkształceniu
    FASADA - słowne części oznaczeń: FASADA, DACH, PODŁOGA, PARKING stanowią skrótową informację o podstawowym zastosowaniu danego wyrobu
    L - tolerancja długości
    S - tolerancja prostokątności
    P - tolerancja płaskości
    BS - poziom wytrzymałości na zginanie

     

    Standardowe wymiary płyt: 1000 mm x 500 mm, grubości w przedziale co 10 mm.

    Właściwości oraz sposoby znakowania innych rodzajów styropianu, są określane w odrębnych Aprobatach Technicznych wydawanych dla tych materiałów.

    Porównanie wymagań dla wyrobów EPS wg normy PN-B-20132:2005 i odmian (PS - E) wg nieaktualnej normy PN-B-20130:2001

     

     

    2.2.1 Struktura wewnętrzna

    Gęstość, porowatość, wilgotność

    Duże znaczenie dla oceny przydatności materiału do konkretnego zastosowania mają informacje o jego strukturze wewnętrznej. Od niej bowiem zależą takie właściwości materiału jak: wytrzymałość, odkształcalność, izolacyjność termiczna. Jedną z podstawowych informacji o materiale jest gęstość, określana jako stosunek masy [kg] i objętości [m3]

     

    2.2 Podstawowe cechy materiałów budowlanych


    Czytaj dalej:
    • 1
    • 2
    Żaden utwór zamieszczony w serwisie nie może być powielany i rozpowszechniany lub dalej rozpowszechniany w jakikolwiek sposób (w tym także elektroniczny lub mechaniczny) na jakimkolwiek polu eksploatacji w jakiejkolwiek formie, włącznie z umieszczaniem w Internecie - bez pisemnej zgody MURATOR S.A.. Jakiekolwiek użycie lub wykorzystanie utworów w całości lub w części z naruszeniem prawa tzn. bez zgody MURATOR S.A. jest zabronione pod groźbą kary i może być ścigane prawnie.
    W serwisie:
    Murator S.A:
    Serwisy internetowe:
    Dom i ogród:
    Styl życia:
    Rozrywka, informacja:
    Hobby i wypoczynek:
    Architektura i budownictwo:
    Zakupy:
    Wideo:
    Miesięcznik: