Metode pentru determinarea incombustibilitatii, combustibilitatii,propagarii flacarilor,puterii calorifice si rezistentei la foc a materialelor

METODE PENTRU DETERMINAREA INCOMBUSTIBILITATII, COMBUSTIBILITATII,PROPAGARII FLACARILOR,PUTERII CALORIFICE SI REZISTENTEI LA FOC A MATERIALELOR

Determinarea incombustibilitatii materialelor si elementelor de constructii se face prin metoda cuptorului,conform stas 8558-78,in care epruveta avind latura bazei de 40+2mm,este supusa timp de 20 de minute unei temperaturi de 750 + 10°C.Se urmareste cresterea temperaturii materialului si cuptorului si aparitia flacarilor pe o durata mai mare de 10 secunde.

Materialul supus incercarii se clasifica “incombustibil” (C₀),daca pentru fiecare dintre cele trei epruvete introduse succesiv in cuptor se intrunesc concomitent urmatoarele trei conditii:

- temperatura cuptorului nu s-a ridicat cu 50°C sau mai mult peste temperatura initiala a aceastuia;

- temperatura eprubetei nu s-a ridicat cu 50°C sau mai mult peste temperatura initiala a cuptorului;

- nu au aparut flacari cu o durata de 10 secunde sau mai mult

Determinarea puterii calorifice se face prin arderea completa in bomba calorimetrica in atmosfera de oxigen,la o presiune de aproximativ 25 de at. a unei cantitati cunoscute de material combustibil,in conditiile STAS 8790-81,caldura degajata prin ardere fiind cedata unei cantitati cunoscute de apa,a carei crestere de temperatura se masoara si se inregistreaza grafic.

In urma incercarilor se calculeaza:

- puterea calorifica in bomba (Q_b) in kJ/kg sau kcal/kg;

- puterea calorifica superioara a materialului combustibil (Q_s) in kJ/kg sau kcal/kg;

- puterea calorifica inferioara a materialului combustibil (Q_i),in kJ/kg sau kcal/kg.

Metoda diferentiaza aceste puteri calorifice in raport cu gradul de oxidare sau de combustie a unor produse ale arderii (carbon,sulf,azot) de formarea sau nu a acidului clorhidric din clorul degajat,precum si de starea lichida sau de vapori in care se considera in finalul incercarii apa din material si apa formata prin ardere.

Intre puterile calorofice ale materialului exista in relatiile:

Q_i<Q_s>Q_b.

Determinarea claselor de combustibilitate C₁,C₂,C₃ si C₄ potrivit STAS 11357,se calculeaza prin urmatoarele metode:

1) Incercarea cu flacara de alcool (etalon) prin contactul acesteia cu latura inferioara a eprubetei de 24x30 cm,timp de 3 minute + 15 secunde.Se constata: durata flacarilor (daca apar),persistenta punctelor de incandescenta si persistenta fumului.De asemenea se urmareste marimea suprafetei carbonizate si eventual aparitie a picaturilor.(tabelul XIV.4.1).

Rezultatele incercarii cu flacara de alcool

Elementele de constructii alcatuite din totalitate (inclusive lianti,adezivi,pelicula de acoperire etc.) din materiale incombustibile pot fi incadrate direct in grupa elementelor incombustibile fara a fi necesara incercarea lor.

Determinarea propagarii flacarii pe suprafata materialelor combustibile folosite in constructii se face in laborator printr-o metoda standardizata (STAS 7248-81),cu ajutorul unui aparat cu radianti ceramici alimentati cu gaz petrolier lichefiat sau gaz metan cu epruveta din materiale netratate sau tratate ignifug,avind dimensiunile de 105x22cm si grosimea maxima de 3 cm.

Principiul metodei consta in determinarea distantei parcursa de flacara in timp de 10 min,pe suprafata materialului incalzit la temperature cuprinse intre 150 si 500sC.

In raport cu distantele parcure de flacara se stabilesc clasele de propagare a flacarii,conform tabelului XIV 4.2.

Distantele parcurse de flacara si clasele de propagare a flacarilor

O metoda asemanatoare ca principiu (STAS 11388/1980) este utilizata pentru incercarea cablurilor electrice cu izolatie si manta din PVC pozate in grup (flux),pe trasee verticale si orizontale,in incaperi speciale de cabluri,in vederea considerarii acestor cabluri “greu combustibile”.Lungimea medie arsa nu trebuie sa depaseasca 50% din lungimea initiala a epruvetei,iar timpul de ardere (tava cu petrol) trebuie sa fie mai mic sau cel mult egal cu 10 min.

2) Incercarea cu arzatorul electric,prin expunerea epruvetei unei duble actiuni: radiatia calorica si efectul gazelor calde matura suprafata epruvetei,favorizind astfel eventuala propagare a flacarii.Se urmareste durata inflamarii epruvetei,dimensiunile zonei de propagare si eventuala aparitie a picaturilor de material topit (tabelul XIV.4.3).

Rezultatele incercarilor cu arzatorul electric

3) Incercarea de ardere a picaturilor,folosind o sursa radianta.Se urmareste daca picaturile de material topit sunt sunt arzinde sau nu si daca vata din jurului vas de colectare a picaturilor se inflameaza sau nu.Metoda diferentiaza materialele din clasa C₁,la care picaturile ard si vata se inflameaza fata de materialele din clasa C₃ la care apar picaturi,dar acestea nu sunt arzinde si vata nu se aprinde.

4) Incercarea prin radiatie,folosind o sursa de radiatie (epiradiator cu puterea de 3W/cm²) timp de 20 min pe epruvete de 30x40 cm.

Aprecierea comportarii materialelor se face pe baza a 4 indicii: inflamabilitatea (i),dezvoltarea flacarilor (s),lungimea maxima a flacarilor (h) si combustibilitatea (c),determinati prin relatiile:

i=1000+1000 ; s=∑¹ ;

15t₁ 15t₂ 140

h=l_max ; c=∫ⁱ₀(T-T₀)dT ;

20 120

t₁ si t₂ - timpii de inflamare pe cele doua fete [s];

l - lungimea atinsa de flacari,in cm,masurata in fiecare jumatate de minut,pe toata durata incercarii;

t - durata incercarii [min];

T₀ - temperatura de echilibru a aparatului [°C] ;

T - temperatura inregistrata la un moment dat in cursul incercarii [°C].

In cazul in care un material se strapunge la incercarea prin radiatie cu epiradiatorul fara sa apara inflamarea,aceasta se incadreaza in C₁ daca zona de distrugere nu avasenseaza si nu apar picaturi.Daca una din aceste doua conditii nu este indeplinita,materialul se incadreaza in C₄ (tabelul XIV.4.4).

Rezultatele incercarii prin radiatie cu epiradiatorul

5) Incercarea cu panoul radiant (ceramic,poros) alimentat cu gaze,care expune epruveta la un flux caloric radiant.Se constata lungimea zonei afectate dupa 30 s,1 min si 30 s dupa 10 min (tabelul XIV.4.5)

Rezultatele incercarii cu panoul radiant

Clasele de combustibilitate si de propagare a flacarii determinate in laboratorul de Centre de Studii si Experimentari al comandamentului Pompierilor pentru unele materiale sunt aratate in Tabelul XIV.4.6

Clasele de combustibilitate si de propagare a flacarii

Determinarea rezistentei la foc a elemetelor de constructie in laborator se face conform STAS 7771-81,prin introducerea elementelor de incercare intr-un cuptor usor presurizat (15+5 N/m²) avind un program termic reglat astfel incit sa varieze cu timpul potrivit expresiei:

T-T₀=345 log (8t+1);

t – intervalul de timp de la inceputul incercarii in momentul considerat [min];

T – temperatura cuptorului in momentul considerat (dupa intervalul de timp t), °C];

T₀ – temperatura initiala a cuptorului [°C].

Relatia de mai sus se reprezinta grafic prin curba normalizata etalon temperatura – timp (fig. XIV4.1).

Valorile caracteristice sunt aratate in tabelul XIV.4.7.

Valorile caracteristice ale curbei normalizate

In urma masurarii,inregistrarii si interpretarii datelor se evalueaza limitele de rezistenta la foc (lrf) ale elementului de constructie dupa urmatoarele 3 criterii:

1) Capacitatea portanta,functie de care limita de rezistenta la foc este egala cu intervalul de timp considerat la inceputul incercarii pina in care elementul capata deformatii maxime admise si se prabuseste,nemaiputindu-l indeplini rolul pentru care este destinat in constructie.In principiu,pentru grinzi si plansee,deformatiile maxime,exprimate prin raportul dintre sageata maxima a elementului si lungimea liberaa acestuia,nu trebuie sa depaseasca 1/30.

2) Izolarea termica,in functie de care limita de rezistenta la foc este egala cu intervalul de timp considerat de la inceputul incercarii pina in momentul in care se atinge una din urmatoarele situatii limita:

- temperatura medie a fetei neexpuse depaseste temperatura initiala cu peste 140°C;

- temperatura maxima atinsa in oricare din punctele fetei neexpuse depaseste cu peste 180°C temperatura initiala,sau temperatura maxima ajunge la 220°C,indifferent de marimea temperaturii initiale.

3) Etanseitatea:

- initiala,in functie de care limita de rezistenta la foc este egala cu intervalul de timp considerat de la inceputul incercarii pina in momentul in care elementul de incercare se formeaza fisuri,crapaturi sau alte deschideri prin care flacarile calde aprind si ard timp de minimum 10 s tampoanele de vata aflata la 20-30 mm de fata neexpusa a elementului;

- finala,in functie de care limita de rezistenta la foc este egala cu intervalul de timp considerat de la inceputul incercarii pina in momentul in care elementul se prabuseste total sau partial ori nu mai indeplineste unele conditii speciale prestabilite.

Pe baza acestor criterii se stabileste limita de rezistenta la foc pentru peretii portanti sau neportanti,stilpi,grinzi si ferme,plansee si acoperisuri,cu sau fara plafoane suspendate ori sustinute de elementele portante.

Pentru usi (STAS 7771/2-82) limita de rezistenta la foc se stabileste in functie de urmatoarele criterii:

1)Stabilitate: intervalul de timp pina in momentul prabusirii usii ori deschiderii acesteia.

2) Izolare termica: temperatura medie pe fata neexpusa depaseste cu 140-180°C temperatura initiala a foii de usa sau radiatia termica a fetii neexpuse atinge niveluri periculoase stabilite la distanta de 0,30 m de fata neexpusa.

3) Etanseitate: se aprinde tamponul de vata,ori se inflameaza fata neexpusa sau se ating valorile critice (250-300°C) in spatiul delimitat de ecranul de incercare realizat din panouri verticale,orizontale,si frontale asamblate.

La ferestre,potrivit STAS 7771/30-75,evaluarea limitei de rezistenta la foc se face similar ca la usi,urmarindu-se si inmuierea,topirea si curgerea sticlei,fisurarea blocurilor de sticla,depasirea cu 500°C a temperaturii initiale in spatiul delimitat de ecran.

Pentru unele elemente de constructii,indeosebi din beton armat sau prefabricat,exista diferite metode de determinare prin calcul a rezistentei la foc,insa sunt foarte laborioase,iar rezultatele se recomanda sa se confrunte cu incercari practice la foc in laboratoarele autorizate.