Molnár Tamás: Előregyártott betonelemek tűzállóságának fokozása
Az SW Umwelttechnik Kft. a magyar betonelem előregyártás elkötelezett híveként az innovációt és a minőséget tartja szem előtt. Konzorciumi pályázat keretében lehetőségünk nyílt termékeink műszaki fejlesztésére. Az NKFI Hivatal Nemzeti versenyképességi és kiválósági program (NVKP_16) „Fokozott ellenálló képességű (kémiai korróziónak ellenálló, tűzálló és fagyálló) beton termékek anyagtudományi, kísérleti fejlesztése” címen hirdetett projektet. A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőanyagok és Magasépítés Tanszék, az ÉMI Nonprofit Kft. Tűzvizsgáló Laboratórium, valamint beszállító partnereink (MC Bauchemie Kft., CRH Magyarország Kft.) közreműködésében 2017. március 1-én elkezdtük a közös, három éven át tartó munkát. Jelen cikkünk a pályázati aktuális szakasz tűzállósággal kapcsolatos fejleményeiről számol be.
1. kép - Egyrétegű falpanel beépítési modellje
„Ne játssz a tűzzel!” Ismerjük a sokat emlegetett, óva intő mondást. A tűz mint természeti jelenség megismerése és tudatos kezelése az emberi evolúció egyik lényeges mérföldkövének számított. Épített környezetünkben való jelenléte kettős. Előnyös tulajdonságait (leginkább hőjét) élvezzük a napi tevékenységeink során, viszont a váratlan gyulladással induló káresemények bekövetkeztét igyekszünk elkerülni. A közelmúlt világhírértékű tragikus eseménye a párizsi Notre-Dame-ban bekövetkezett tűzvész volt. Hazai vonatkozásban ugyancsak kiemelt hírértékkel bírt a Testnevelési Egyetem atlétikai csarnokában 2015-ben bekövetkezett tűzeset. Ezek, valamint az ebből következően szigorodó jogszabályok és szabványok arra ösztönzik a szakembereket, hogy a megelőzés fontossága mellett fokozatosan emeljék az érintett szerkezetek, épületrészek tűzbiztonsággal kapcsolatos teljesítőképességét.
Betonelemeink hőmérséklettel kapcsolatos teherszámítására az MSZ EN 1991-1-2 (EC1-1-2) szabvány az irányadó. Méretezés szempontjából a tűz rendkívüli tehernek számít és a szokásos biztonsági tényezők mellett a hőterhelést is figyelembe kell venni. Az előregyártás során értelmezhető az adott elemre önmagában érvényes tűzállósági határérték, de komplex épületek esetében elvárható a szerkezet (kapcsolatokkal, csomópontokkal ellátott) minősítése is. Projektünk keretében elsősorban vázszerkezeti elemeink tűzállóságának fokozását tűztük ki célul. Ez alatt értendők a födém- és falszerkezetek: az MF körüreges födémpanel, a TT panel, az egy- és többrétegű (szendvics szerkezetű) falak. A pályázat első mérföldkövében bevizsgáltuk az aktuálisan forgalmazott termékeket. A födémszerkezetek megnyugtató igazolásán túl a falszerkezeti elemekben rejlő potenciált kezdtük kiaknázni. Ezek az elemek technológiájukat tekintve öntött, tű- vagy zsaluvibróval tömörített, saját sablonjukban megszilárduló termékek. Minimálisan C30/37 nyomószilárdságú betont használunk. A teherhordó szerkezeti elemek (pl. oszlopok) legalább C40/50, a feszített rétegek azonban már C50/60 betonból készülnek.
2. kép - Szendvicsszerkezetű falpanel beépítési modellje
A BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszéke dr. Majorosné dr. Lublóy Éva Esztert jelölte ki a feladatrész felelősének. Az etalon elemek legyártásával párhuzamosan különböző méretű sablonban készültek próbatestek laboratóriumi vizsgálatokra. A kemencében modellezettek szerint többlépcsős maximális terhelés mellett figyelhettük meg mind az etalon, mind a módosított betonok viselkedését. Fejlesztésünk alapvető iránya PP szálas betonok tesztelését követelte meg. 1 kg/m3 -es adagolás mellett már releváns különbség volt mérhető. A szál nélküli beton próbatestek már 500 °Con szétrobbantak, ami korai tönkremenetelt sejtet a termék viszonylatában. A fejlesztett betonkeverék különböző hőmérséklet mellett konzekvensen alacsonyabb szilárdsági (nyomó- és hasító-, hajlító) értékeket mutatott, viszont tűzállóság szempontjából kedvezőbb volt. A jelenség magyarázható a keverékben lévő szálak kiégésével, valamint jól igazolja azt, hogy a tűzállóságot alapvetően nem a szilárdság feltételezi. Vizsgálataink egyfelől igazolták a termék valós tűzterhelésének elvárt eredményeit, másfelől jó kiindulási alapot adtak a további fejlesztésre.
A falelemek első kemencés tűzvizsgálatára 2018 első félévében került sor az ÉMI Nonprofit Kft. Tűzvizsgáló Laboratóriumában. A szokásos építési mód (keretbe építés a kemencétől eltérő helyen, majd beemelés) az utólagos mozgatások daruzási problémái miatt eleve kizárt volt, ezért magában a kemencében kezdtük beépíteni a falpaneleket. (1. és 2. kép).
A szerkezet minősítő vizsgálata során az etalonok is elérték a vállalt REI 90 határértékeket.
A tűzállósági határértékek meghatározása során az alábbi szabványokat használtuk fel:
- MSZ EN 1363-1:2013
- MSZ EN 1363-2:2000
- MSZ EN 1365-1:2013
A vizsgálat alatt a pillérek középpontosan terheltek voltak. A tűztér felőli lepattogzás, az ún. „spalling” mindkét elem alapvizsgálata során már az elejétől hallható jelenség volt. Az egyrétegű falpanel terhelt felülete a benne lévő vasháló vonaláig eltűnt, míg a szendvicsszerkezet az átégést követően és az illesztési hézagok mentén a belső hőszigetelést gyújtotta be. A lángterjedés irányában (lentről felfelé) egyre nagyobb mértékű kár azonosítható a szerkezetben. A második mérföldkő során módosított betonösszetétellel gyártottuk le az elemeket. Ehhez az MC Bauchemie Kft. speciális, belül mikrovastagságban üreges PP szálját adtuk a betonhoz 1 kg/m3 -es adagolásban.
A fejlesztett elemek kemencés tűzvizsgálatára egyelőre csak az egyrétegű falpanel esetében került sor. (A szendvicsszerkezetű elem fejlesztett változatának újabb vizsgálata a cikk megjelenési időszakára tervezett.) A módosított betonösszetétel a szakirodalom és az előkísérletek által elvárható eredményt hozta. Azonos vizsgálati metódus mellett immáron REI 120-as minősítést érdemelt ki. A megismételt vizsgálat kapcsán már jóval kisebb mértékben jelentkezett a lepattogzás és nem is kellett határidő előtt leállítani a vizsgálatot. A hőelemek által is mért hőmérsékleti görbék eltérő nyomvonala szembetűnő eltérést mutat. (3. és 4. kép) A falakra vonatkozó OTSZ, 2014 a magas kockázati osztály esetén (ami a legfelső határ) a REI 120-at írja elő.
Ebben az értelemben nincs szükség az elem további fejlesztésére. Speciális felhasználás esetén továbblépés lehet a tűzfalnak való minősítés. Ebben az esetben már 240 perces tűzállóságot kell produkálni és szükséges fejlesztenünk az elemen túl magát a kapcsolati csomópontot is. Ez adja harmadik mérföldkövünk újabb fejlesztési irányát, aminek izgatottan várjuk kihívásokkal teli időszakát.
