International Scientific Conference on Safety Engineering Novi Sad, October 2-3, 2014.

1Ivana Banjad Pečur, 2Ivan Gabrijel, 3Bojan Milovanović, 4Ivana Carević

ISPITIVANJE NA POŽAR NOVOG INOVATIVNOG PREDGOTOVLJENOG FASADNOG ELEMENTA

Abstract: Kao rezultat suradnje hrvatskih znanstvenih institucija i industrije nastao je ECO-

SANDWICH® − ventilirani predgotovljeni fasadni element izrađen od betona s recikliranim

agregatom, te sloja ventilirane vune proizveden korištenjem održive Ecose® tehnologije. ECO-

SANDWICH® se sastoji od dva sloja betona koji su međusobno povezani rešetkastim nosačima od

nehrđajućeg čelika i ECOSE® mineralne vune kao izolacijskog sloja. Inovativni dio ovog

predgotovljenog elementa je 4 cm ventilirani sloj između mineralne vune i vanjskog sloja betona koji

sprječavanja vlaženje izolacijskog materijala. U cilju razvoja proizvoda za tržišnu primjenu i

dobivanja CE oznake ECO-SANDWCIH® mora ispuniti zahtjev otpornosti na požar. Ovaj rad

prikazuje eksperimentalni primjer ispitivanja otpornosti na požar specifičnog predgotovljenog

proizvoda koja objedinjuje svojstva ovješenog i vanjskog zida.

Klju čne riječi: otpornost na požar, predgotovljeni ventilirani fasadni element, ovješeni element

FIRE RESISTANCE TESTING OF NEW INNOVATIVE PRECAST VENTILATED WALL PANEL

Abstract: In the cooperation with Croatian scientific institutions and industry, ECO-SANDWCIH®

was made as ventilated precast wall panel that utilises recycled CDW and mineral wool produced

using sustainable Ecose® technology. ECO-SANDWICH® consists of two precast concrete layers

interconnected through stainless lattice girders and ECOSE® based mineral wool as an insulation

layer. Innovation of this precast wall panel lies in 4 cm ventilated layer between mineral wool and

outer concrete layer with purpose of preventing damping of insulation material. In order to develop a

product ready for marketing application and CE - marking, ECO-SANDWCIH® had to fulfil fire

resistance requirement. This paper shows the experimental example of fire resistance testing of this

specific precast product which unites curtain and external wall.

Key words: fire resistance, precast ventilated wall panel, curtain wall

1 Prof., PhD, Civ.E University of Zagreb, Faculty of Civil Engineering, Kaciceva 26, 10000 Zagreb, banjadi@grad.hr 2 PhD, Civ.E. University of Zagreb, Faculty of Civil Engineering, Kaciceva 26, 10000 Zagreb, gabrijel@grad.hr 3 PhD, Civ.E. University of Zagreb, Faculty of Civil Engineering, Kaciceva 26, 10000 Zagreb, bmilovanovic@grad.hr 4 Civ.E. University of Zagreb, Faculty of Civil Engineering, Kaciceva 26, 10000 Zagreb, icarevic@grad.hr

International Scientific Conference on Safety Engineering Novi Sad, October 2-3, 2014.

1. UVOD

Građevina u cjelini i njezini odvojeni dijelovi moraju biti prikladni za namjeravanu upotrebu, posebno uzimajući u obzir zdravlje i sigurnost osoba uključenih tijekom životnoga ciklusa građevine [1, 2]. Jedna od temeljnih zahtjeva koje svaka građevina treba zadovoljiti je i sigurnost u slučaju požara (zaštita od požara). Prema Uredbi (EU) br. 305/2011 Europskog parlamenta i vijeća od 9. ožujka 2011 [3] koja propisuje usklađene uvjete trgovanja građevnih prozvoda i ukida Direktive Vijeća za građevinske proizvode (89/106/EEC) [4] cilj novog građevinskog proizvoda je uklanjanje tehničkih prepreka trgovanja te poboljšanje slobodnog kretanja na tržištu što je omogućeno Izjavom o svojstvima i CE oznakom. Za potrebe dobivanja Izjave o svojstvima i CE oznake u ovlaštenom laboratoriju LTM d.o.o. napravljeno je ispitivanje otpornosti na požar novog predgotovljenog ventiliranog fasadnog elementa. Prema [1, 2] otpornost na požar je sposobnost dijela građevine da kroz određeno vrijeme ispunjava zahtijevanu nosivost (R) i/ili cjelovitost (E) i/ili toplinsku izolaciju (I) i/ili drugo očekivano svojstvo u slučaju požara, a iskazuje se kao vrijeme u kojem konstrukcija i elementi moraju očuvati nosivost i druga svojstva odnosno najkraće vrijeme u kojem su zadovoljeni postavljeni zahtjevi.

U radu je dan primjer ispitivanja otpornosti na požar novog građevnog proizvoda koji objedinjuje svojstva i ovješene fasade i vanjskog zida – ECO-SANDWICH® ventiliranog predgotovljenog panela prema ispitnoj metodi HRN EN 1364-4 Ispitivanje otpornosti na požar za nenosivi elementi Dio 4: Ovješene fasade (Djelomična ispitna konfiguracija) [5]. Uz eksperimentalni dio prikazani su i sami rezultati ispitivanja.

1.1. Ventilirani predgotovljeni fasadni panel − ECO-SANDWICH ®

ECO-SANDWICH® je ventilirani predgotovljeni fasadni panel izrađen od recikliranog agregata i sloja mineralne vune proizvedene korištenjem održive Ecose® tehnologije, čijom se ugradnjom smanjuje potrebna godišnja energija za grijanje i hlađenje u zgradama. ECO-SANDWICH® se sastoji od dva sloja betona koji su međusobno povezani rešetkastim nosačima od nehrđajućeg čelika, Slika 1. Unutarnji, nosivi sloj betona izrađen je od recikliranog betonskog loma, dok je vanjski fasadni sloj izrađen od reciklirane opeke kao agregata u betonu. Nakon ispitivanja mehaničkih i trajnosnih svojstava [6], odlučeno je da će se unutarnji sloj ECO-SANDWICH® panela sastojati od 50% recikliranog betonskog agregata, a vanjski fasadni sloj od 50% recikliranog agregata opeke. Kao toplinsko izolacijski materijal koristi se novorazvijena mineralna vuna izrađena korištenjem Ecose® tehnologije koja umjesto formaldehida koristi prirodne smole kao vezivo. Između sloja Ecose® mineralne vune i vanjskog sloja betona nalazi se 4 cm ventilirajućeg sloja zraka kojemu je svrha sprječavanje vlaženja izolacijskog materijala. Unutarnji sloj betona je povezan s nosivom konstrukcijom zgrade (stupovima, zidovima) pomoću sustava priključaka od nehrđajućeg čelika.

International Scientific Conference on Safety Engineering Novi Sad, October 2-3, 2014.

Slika 1 - ECO-SANDWICH® predgotovljeni fasadni panel

Zidni elementi i proizvodni proces projektirani su u skladu s načelima održivog razvoja optimizirajući upotrebu resursa te energijsku učinkovitost, imajući pritom na umu čitav životni vijek konstrukcijskih elemenata. Na taj način se znatno doprinosi težnji reduciranja negativnih utjecaja na okoliš – sprečavanje i umanjivanje zagađenja i onečišćenja, učinkovito gospodarenje otpadom, smanjenje emisije stakleničkih plinova – uz istovremeno poboljšavanje socijalnih i ekonomskih učinaka uparujući financijske prednosti s održivošću. Zbog svoje usklađenosti s Direktivom o energijskom svojstvu zgrada (Energy Performance of Building Directive – EPBD 2002-91-EC) i EPBD II (2010-31-EC) [7] te Okvirnom direktivom o otpadu (2008-98-EC) [8], ECO-SANDWICH® će olakšati njihovu primjenu u građevinskoj praksi. Stvara se tržište za građevinski otpad kao sirovinu, umjesto njegovog odlaganja u prirodu, te se značajno smanjuju potrebe za energijom za grijanje i hlađenje u postojećim zgradama ili u slučaju gradnje novih zgrada korištenjem predgotovljenih panel sustava ECO-SANDWICH®.

2. EKSPERIMENTALNI DIO

ECO-SANDWICH® je inovativni proizvod koji objedinjuje svojstva i ovješene fasade i vanjskog zida. Prilikom faze pripreme uočeno je da navedeni inovativni proizvod ne zadovoljava kriterije niti jedne od postojećih normi za postupak ispitivanja otpornosti na požar. Naime, unutarnji sloj betona s jedne strane povezan je s nosivom konstrukcijom zgrade (stupovima, zidovima) pomoću sustava priključaka od nehrđajućeg čelika dok s druge strane naliježe na podnu konstrukcije i time objedinjuje svojstva i ovješene fasade i vanjskog zida. U konzultaciji s ovlaštenim laboratorijem za ispitivanje otpornosti na požar odlučeno je da se ECO-SANDWICH® ispita prema normi HRN EN 1364-4 Ispitivanje otpornosti nenosivih elemenata na požar − 4. dio: Ovješene fasade − Djelomična postava [5]. Ispitivanje prema normi HRN EN 1364-3 Ispitivanje otpornosti nenosivih elemenata na požar − 3. dio: Ovješene fasade – potpuna postava (cijeli postav) nije moguća jer normom nisu obuhvaćena cjelokupna svojstva ECO-SANDWICH® panela. Druga referentna norma ispitivanja je Ispitivanje otpornosti na požar 1 dio: Opći zahtjevi HRN EN 1363-1 [9].

Ispitni uzorak (S3) se sastojao od četiri zasebna montažna elementa (F-1, F-2, F-3 i F-4) pojedinačnih vanjskih dimenzija 149,0 x 50,0 x 43,0 cm (Slika 2).

International Scientific Conference on Safety Engineering Novi Sad, October 2-3, 2014.

Slika 2 - Nacrt, tlocrt i presjek ispitnih uzoraka u ispitnoj požarnoj peći

Vanjski fasadni sloj uzoraka izrađen je od betona razreda tlačne čvrstoće C30/37 s 50% recikliranog agregata od opeke, debljine 6,0 cm. Unutarnji sloj betona izrađen je od betona razreda tlačne čvrstoće C30/37 s 50% recikliranog betonskog agregata, debljine 12,0 cm.

Na unutarnji sloj betona pričvršćena je Ecose® vuna pomoću sidra za pričvršćenje vanjske toplinske izolacije debljine 20,0 cm dok je između Ecose® vune i vanjske fasadne ploče ostavljen ventilirajući sloj zraka debljine 4,0 cm. Nosiva veza između vanjske i unutarnje ploče izvedena je pomoću rešetkastih nosača od nehrđajućeg čelika Ø8 mm. Uz to dodatno su postavljene i polimerne spone tipa Standard 8″ Tie (ST200) kako bi se utvrdila njihova postojanost u uvjetima požara na montažna elementa F-3 i F-4.

Predgotovljeni elementi su ugrađeni na tri nosiva armiranobetonska stupa (S1, S2 i S3) dimenzija 30,0 x 27,0 x 300,0 cm na način da je pojedini element ugrađen u građevinske otvore koje je nosiva konstrukcija omeđivala sa stropom ispitne peći (armiranobetonska ploča debljine 20,0 cm). Unutrašnjost svih vertikalnih i horizontalnih spojeva ispunjena je

International Scientific Conference on Safety Engineering Novi Sad, October 2-3, 2014.

ispunom od kamene vune uz dodatno brtvljenje ekspandirajućim brtvilom otpornim na požar EI90. S prednje strane okvira peći napravljena je požarna komora od blokova pjenobetona.

Požarna peć izrađena je na način da omogući standardnu ispitnu konfiguraciju 1 – prema tablici A.1 norme HRN EN 1364-4. Na taj se način postiže istovremena izloženost ispitanih uzoraka unutarnjem požaru prema logaritamskoj temperaturnoj vremenskoj krivulji (ETK) u skladu s normom HRN EN 1363-1 i vanjski požar prema vanjskoj požarnoj krivulji u skladu s normom HRN EN 1363-2 s obzirom na toplinsku izloženost i pritisak. ETK krivulja definirana je prema slijedećoj formuli:

( ) 201810 ++= tlogT (1)

gdje je:

T – prosječna temperatura u peći (°C)

t – vrijeme (min.)

Normiran požar u požarnom prostoru ostvaren je pomoću šest plamenika. Temperatura u peći mjerena je s četiri ravnomjerno raspoređena termoelementa (P1 − P4) u dijelu peći sa standardnom ETK krivuljom i dva termoelementa (P5, P6) u dijelu peći s vanjskom krivuljom na način da nisu u kontaktu s otvorenim plamenom iz plamenika te da su 100 mm udaljeni od vatrom izložene strane ispitanog uzorka. Temperatura na požaru neizloženoj strani uzorka mjerena je sa 24 termometara u skladu s normom HRN EN 1363-1 i to na način da se mjeri povećanje prosječne temperature na neizloženoj strani montažnih elemenata (mjerna mjesta T1-T10), povećanje maksimalne temperature na neizloženoj strani uzorka (mjerna mjesta T1-T14), povećanje maksimalne temperature veznih elemenata (učvršćenja) (mjerna mjesta T15-T22) i povećanje maksimalne temperature brtvljenog spoja između uzorka i podržavajuće konstrukcije (mjerna mjesta T23-T24) − Slika 3 i Slika 4.

Slika 3 - Skica položaja mjernih mjesta temperature i tlaka u peći, te mjernih mjesta na požaru neizloženoj strani uzorka

International Scientific Conference on Safety Engineering Novi Sad, October 2-3, 2014.

STUPOVI S1, S2 i S3 KONTROLNA PLOČA 4 MONTAŽNA ELEMNTA(F-1, F-2, F-3 i F-4)

ISPITNI UZORAK UGRAĐEN U ISPITNU PEĆ PLAMENIK TERMOELEMENT

Slika 4 Detalji ugradnje uzorka u ispitnu požarnu peć i prikaz kontrolne ploče tijekom ispitivanja

3. REZULTATI ISPITIVANJA

U tablici 1 prikazana su opažanja bilježena tokom ispitivanja, dok slika 5 prikazuje povećanje temperature na požaru neizloženoj strani uzorka.

Tablica 1 – Opažanja tijekom ispitivanja ECO-SANDWICH® fasadnih elemenata.

Vrijeme (min:s)

Strana* OPAŽANJE

00:00 Početak ispitivanja 06:00 IS Otpadanje komadića betona sa stropa 11:00 IS Topljenje polimernih spona u uzorku 14:00 IS Otpadanje dijelova fasade praćeno eksplozijama 18:00 NS Pojačano „znojenje“ uzorka 23:00 IS Učestalo otpadanje većih komada vanjske fasadne ploče 29:00 IS Jaka eksplozija pucanje betona stropne nosive konstrukcije

35:00 IS Betonske ploče uzorka (vanjska fasadna ploča) jako oštećene (vidljiva armatura), izolacijska staklena vuna oštećena

71:00 IS Otpadanje dijela armature i većeg dijela staklene vune sa fasade

78:00 NS Uočen crveni sjaj po spoju vertikalnog nosivog dijela fasade i pokrivne ploče peći

100:00 Prekid ispitivanja *IS – požaru izložena strana; NS – požaru neizložena strana

International Scientific Conference on Safety Engineering Novi Sad, October 2-3, 2014.

a)

b)

c)

d)

Slika 5 – Temperaturni prikazi tijekom ispitivanja na neizloženoj strani uzorka na mjernim mjestima T1–T24

Na dijagramima se uočavaju odstupanja na nekim mjernim mjestima: T11, T18 i T20 koje su uzorkovane reakcijama uzorka na požar (pucanje i ekplozija betona). U skladu s normom HRN EN 1364-4, uočava se da dozvoljeno povećanje temperature na požaru neizloženoj strani (140 K) (Slika 5a), dozvoljeno povećanje maksimalne temperature na požaru neizloženoj strani (180 K) (Slika 5b), dozvoljeno povećanje maksimalne temperature na brtvljenim spojevima uzorka (180 K) (Slika 5c), te dozvoljeno povećanje maksimalne temperature na veznim elementima uzorka (500 K) (Slika 5d) nisu bile prekoračene tijekom100 minuta ispitivanja.

4. ZAKLJU ČAK

U cilju plasiranja novog inovativnog proizvoda na tržište, te dobivanja Izjave o svojstvima i CE oznake, bilo je potrebno ispitati otpornost na požar predgotovljeni ventilirajući fasadni element − ECO-SANDWICH®. Trenutačno u Europskoj Uniji ne postoji norma za ispitivanje otpornosti na požar panela koji imaju svojstva i ovješene fasade i vanjskog zida. U konzultaciji s ovlaštenim laboratorijem odlučno je da se ispitivanje otpornosti na požar napravi prema normi HRN EN 1364-4. Svi dobiveni rezultati ispitivanja predgotovljenog ventilirajućeg elementa upućuju na razred EI90 prema HRN EN 13501-2:

International Scientific Conference on Safety Engineering Novi Sad, October 2-3, 2014.

Fire classification of construction products and building elements – Part 2: Classification using data from fire resistance tests, excluding ventilation services [10].

S obzirom na razvoj novih inovativnih proizvoda čija svojstva nisu obuhvaćena harmoniziranim Europskim standardnim, potrebno su dodatna istraživanja, a sve u svojstvu razvoja novih normi.

5. ZAHVALA

Autori se žele zahvaliti Europskoj komisiji na potpori financiranju projekta „Energy Efficient, Recycled Concrete Sandwich Facade Panel – ECO-SANDWICH” kroz program CIP-EIP-Eco-Innovation-2011, čime se omogućilo daljnje istraživanje i usavršavanje ECO-SANDWICH® fasadnih panela.

6. LITERATURA

[1] Zakon o zaštiti od požara NN br. 92/10

[2] Pravilnik o otpornosti na požar i drugim zahtjevima koje građevine moraju zadovoljiti u slučaju požara NN br. 29/13

[3] Regulation (EU) No 305/2011 of the European parliament and of the council of 9 March 2011 laying down harmonised conditions for the marketing of construction products and repealing Council Directive 89/106/EEC, Official Journal of the European Union L 88/5

[4] Council Directive 89/106/EEC on the approximation of laws, regulations and administrative provisions of the member states relating to construction products. OJ EC, No I. 40, 1989.

[5] HRN EN 1364-4 Ispitivanje otpornosti nenosivih elemenata na požar -- 4. dio: Ovješene fasade -- Djelomična ispitna konfiguracija (

[6] Banjad Pečur, I.; Štirmer, N. and Milovanović, B., ´Durability properties of recycled aggregate concrete´, RILEM International workshop on performance-based specification and control of concrete durability, Zagreb, lipanj 2014

[7] Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings (recast), 2010, Official Journal of the EU L153/13-35

[8] Directive 2008/98/EC of the European Parliament and of the Council of 19 November 2008 on waste and repealing certain Directives, 2008, Official Journal of the European Union L312/3

[9] HRN EN 1363-1 Ispitivanje otpornosti na požar 1 dio: Opći zahtjevi

[10] HRN EN 13501-2: Fire classification of construction products and building elements – Part 2: Classification using data from fire resistance tests, excluding ventilation services