INOVOVANÉ SKLADBY PODLAHOVÝCH A POŽÁRNÍCH KONSTRUKCÍ S CEMENTOTŘÍSKOVÝMI DESKAMI CETRIS PRO DŘEVOSTAVBY Autor: Ing. Miroslav VACULA Martin GLOS CZ.1.07/1.1.07/02.0099 Popularizace a zvýšení kvality výuky dřevozpracujících a stavebních oborů v Moravskoslezském kraji
Ing. Miroslav VACULA, Martin GLOS INOVOVANÉ SKLADBY PODLAHOVÝCH A POŽÁRNÍCH KONSTRUKCÍ S CEMENTOTŘÍSKOVÝMI DESKAMI CETRIS PRO DŘEVOSTAVBY Abstrakt Vhodným materiálem pro opláštění dřevostaveb, vytvoření podlahových konstrukcí je cementotřísková deska CETRIS. Jedná se o moderní konstrukční materiál, vhodný nejen do vnitřního, ale i do venkovního prostředí. Samotné cementotřískové desky CETRIS jsou nehořlavé zařazeny do třídy reakce na oheň A2-s1,d0, což desku předurčuje i pro požární opláštění konstrukcí. Klíčová slova Cementotřísková deska, dřevostavba, požární odolnost 1 ÚVOD Základními vstupními surovinami pro výrobu cementotřískové desky CETRIS jsou portlandský cement, dřevěné třísky, voda a hydratační přísady. Obr. 1: Graf složení směsi pro výrobu cementotřískové desky CETRIS Dřevní hmota smrková a jedlová, která je odkorněná, se po tří až čtyřměsíčním skladování roztřískuje na jehlicovité třísky a následně se dopravuje do sil na třísky. Do míchacího zařízení se přes váhy dopravuje připravená dřevní hmota, kvalitní portlandský cement, podle receptury mineralizační látky a voda, jejíž množství se přizpůsobuje podle naměřené vlhkosti dřeva. Ve vrstvícím zařízení se rozprostře namíchaný materiál na rovné, předem ošetřené ocelové plechy, které v přímém sledu obíhají dokola. Plechy s rounem jsou stohovány na sebe a lisovány vysokým tlakem na jmenovitou tloušťku (cca. 1/3 sypné tloušťky). Po urychleném hydratačním procesu vytvrzováním se desky odstohují a převezou se do klimatizačního skladu, kde min. sedm dní dozrávají. Potom se desky CETRIS suší na vlhkost 9 % (±4 váhová %). Následuje formátování základních rozměrů. Na přání zákazníka jsou prováděny další služby, mezi které patří dělení desek na menší rozměry, frézování hran, fázování hran, vrtání, broušení, penetrace a další povrchové úpravy. 2 PODLAHOVÉ SYSTÉMY PRO DŘEVOSTAVBY 2.1 Požadavky na podlahové konstrukce Na základě požadavků zákazníků byl realizován vývoj nových skladeb lehkých podlah s vyššími užitnými vlastnostmi. Ze strany projektantů byl řešen především požadavek na skladbu podlahy s vyšším užitným zatížením, stavebníci a realizační firmy naopak preferovali jednoduchou skladbu s co nejnižšími pořizovacími náklady. 1
Vyvíjeny byly tedy tyto dvě skladby podlah: 1. Skladba vhodná pro prostory definované v EN 1991-1-1 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-1: Obecná zatížení - Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb s kategorií zatížení jako A (obytné plochy a plochy pro domácí činnosti) a B (kancelářské plochy). Celková výška skladby do 60 mm, použití cenově dostupných materiálů, dosažení hodnoty vzduchové neprůzvučnosti (na železobetonové stropní desce) min. 54 db, snížení přenosu hluku min. 20 db. 2. Skladba vhodná pro prostory definované v EN 1991-1-1 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 1-1: Obecná zatížení - Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb s kategorií zatížení jako C1 - C3, C5 (plochy kde může docházet ke shromažďování lidí) a D1 (prodejní plochy v malých obchodech). Celková výška skladby do 60 mm. Tabulka č. 1 Kategorie zatížení dle EN 1991 1-1 A. Obytné plochy a plochy pro domácí činnosti místnosti obytných budov a domů, lůžkové pokoje a sály v nemocnicích, ložnice hotelů a ubytoven, kuchyně a toalety B. Kancelářské plochy C. Plochy, kde může docházet ke shromažďování lidí (kromě ploch uvedených v kategoriích A, B, D) C1: plochy se stoly atd. - např. plochy ve školách, kavárnách, restaurací, jídelnách, čítárnách, recepcích. C2: plochy se zabudovanými sedadly, např. plochy v kostelech, v divadlech nebo kinech, v konferenčních sálech, přednáškových nebo zasedacích místnostech, nádražních čekárnách C3 : plochy bez překážek pro pohyb osob, např. plochy v muzeích, ve výstavních síních a přístupové plochy ve veřejných a administrativních budovách a hotelích C 4 : plochy určené k pohybovým aktivitám, např. taneční sály, tělocvičny, jeviště C 5 : plochy, kde může dojít k vysoké koncentraci lidí, např. budovy pro veřejné akce jako koncertní síně, sportovní haly, včetně tribun, terasy a přístupové plochy D. Nákupní plochy D1: plochy v malých obchodech D2: plochy v obchodních domech, například plochy ve skladech zboží, papíru a kancelářských potřeb. 2.2 Návrh skladeb S ohledem na předchozí výsledky původních skladeb lehkých podlahových systémů padla volba na sendvičový dílec cementotřísková deska slepená s izolační dřevovláknitou deskou. Cementotřísková deska v tomto sendviči plní roznášecí funkci, dřevovláknitá deska tepelně a zvukově izolační. Laboratorními testy byla ověřována tuhost různých kombinací s dalšími izolačními podložkami při bodovém zatížení. Na základě těchto ověřovacích testů byly navrženy následující dvě skladby: 1. Podlahový panel CETRIS PDI (cementotřísková deska CETRIS 22 mm slepená s dřevovláknitou izolační deskou tl. 12 mm). 2
Obr. 2: Schéma skladby podlahy varianta 1 2. Podlahový panel CETRIS PDI (cementotřísková deska CETRIS 22 mm slepená s dřevovláknitou izolační deskou tl. 12 mm) s izolační podložkou polystyren tl. 50 mm. Obr. 3 Schéma skladby podlahy varianta 2 2.3 Zkoušení podlahových konstrukcí Pro ověření vlastností a parametrů pro lehké plovoucí podlahy z cementotřískových desek CETRIS byl v akustické místnosti zkušebny Centra stavebního inženýrství a.s. ve Zlíně sestaven zkušební vzorek podlahy o celkových rozměrech 3x3,6 m /plocha 10m 2 /. Na tomto vzorku byly provedeny akustické zkoušky stanovení vzduchové neprůzvučnosti, stanovení kročejové neprůzvučnosti, zlepšení útlumu a mechanické parametry v souladu s těmito normami: ČSN EN 13 810-1 Desky na bázi dřeva - Plovoucí podlahy - Část 1: Specifikace užitných vlastností a požadavky ČSN EN 1195 Dřevěné konstrukce - Zkušební metody - Působení nosných podlah ČSN EN 12 431 Tepelněizolační výrobky pro použití ve stavebnictví - Stanovení tloušťky izolačních výrobků pro plovoucí podlahy ČSN EN 140-3 Akustika - Laboratorní měření zvukové izolace stavebních konstrukcí - Část 3: Měření kročejové neprůzvučnosti ČSN EN 140-6 Akustika - Laboratorní měření zvukové izolace stavebních konstrukcí - Část 3: Měření vzduchové neprůzvučnosti ČSN EN ISO 6946 Stavební prvky a stavební konstrukce - Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla - Výpočtová metoda 3
ČSN 73 0540-4 Tepelná ochrana budov - Část 4: Výpočtové metody ČSN EN 13 501-1 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb - Část 1: Klasifikace podle výsledků zkoušek reakce na oheň Při mechanických zkouškách soustředěného zatížení obou skladeb nebyly překročeny maximální hodnoty průhybu, definované v ČSN EN 13 810-1: Tabulka č. 2 Hodnoty mechanického zatížení pro plovoucí podlahy z desek na bázi dřeva Kategorie zatěžovaných ploch dle EN 1991-1-1 A B C1 C3 a C5 D1 Soustředěné zatížení (působení na plochu 50x50 mm) dle EN 1991 1-1 kn Soustředěné zatížení působení na kruhovou podložku o průměru 25 mm kn Mezní průhyb v milimetrech pro soustředěné zatížení: x 1-4 pod zatěžovacím ramenem x 5-8 vedle zatěžovacího ramene x c rozdíl (mezi měřením pod a vedle zatěžovacího ramene) 2 2 4 4 1,3 1,3 2,6 2,6 3,0 2,5 2,5 Také při dynamickém zatížení nárazem (40 kg vak spouštěný z výšky 350 mm) nebylo dosaženo mezního průhybu (1,0 mm). 3 POŽÁRNÍ ODOLNOST 3.1 Klasifikace požární odolnosti stavebních konstrukcí Specifickou a rozhodující vlastností z hlediska stavebních konstrukcí je požární odolnost. Je vyjádřena časem (v minutách) a jedná se o dobu, po kterou jsou hodnocené konstrukce schopny odolávat účinkům tzv. normového požáru, tj. požáru probíhajícího za přesně definovaných podmínek. Protože tyto parametry jsou pro různé druhy stavebních konstrukcí specifické a liší se podle způsobu namáhání té které konstrukce, je i zkušebních metodik a tedy i norem pro hodnocení těchto vlastností více. Stanovení požární odolnosti se provádí buď na základě zkoušky, nebo výpočtu, extrapolace a porovnání podle zkušebních norem a předpisů. Klasifikace požární odolnosti se provádí buď na základě zkoušky, včetně podmínek přímé aplikace, nebo způsoby rozšířené aplikace (výpočty, extrapolace, apod.) autorizovanou osobou, která vystaví požárně klasifikační osvědčení. Pro klasifikaci výsledků požárních konstrukcí byla v tomto podkladu užita norma EN 13 501-2 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb - Část 2: Klasifikace podle výsledků zkoušek požární odolnosti. Požární odolnost se uvádí v minutách v základní stupnici: 15, 30, 45, 60, 90, 120 a 180 minut. Hodnoty požární odolnosti jednotlivých mezních stavů jsou značeny takto: - R únosnost a stabilita 4
- E celistvost - I izolační schopnost mezní teplota na neohřívaném povrchu - W mezní hustota tepelného toku z neohřívané strany - S prostup zplodin hoření Pro každou konstrukci jsou v souladu s příslušnou projektovou normou definovány rozhodující mezní stavy a podle nich jsou potom vybírány vhodné konstrukce, např.: konstrukce, která splňuje požadavky tří základních mezních stavů, tj. stabilitu (R), celistvost (E) a izolační schopnost (I) vykazuje požární odolnost REI. Jedná se převážně o požadavky na nosné požárně dělicí konstrukce, tj. stěny a stropy nenosné požárně dělící konstrukce (vnitřní příčky, podhledy) mají definovány požadavky na požární odolnost pouze 2 mezními stavy, tedy celistvostí (E) a izolační schopností (I), tedy EI pro nosné tyčové prvky (nosníky a sloupy) se vyžaduje pouze únosnost a stabilita - R požární uzávěry, u kterých je vyžadována celistvost (E) a izolační schopnost (I), dříve značené jako uzávěry typu PB se značí podle ČSN 730810 jako uzávěry typu EI, uzávěry, dříve označované jako PO, tj. tam kde je vyžadována celistvost (E) a mezní hustota tepelného toku (sálání W) se označují jako uzávěry typu EW. Před samotnou zkouškou požární odolnosti se nejprve připraví vzorek zkoušené stavební konstrukce. Velikost, provedení a uchycení do samotné zkušební pece předepisují zkušební normy. Zkušební vzorek je při testu vystaven normovému požáru podle předepsané teplotní křivky. 3.2 Požární odolnost stavebních konstrukcí opláštěných cementotřískovými deskami CETRIS První série testů byla zaměřena na stěnové konstrukce s dřevěnou nosnou konstrukcí. Záměrně byly zkoušeny i jednoduché stěnové konstrukce bez vložené minerální izolace. Právě u takových skladeb se na celkové požární odolnosti nejvíce podílí použitý deskový materiál na opláštění. Na základě těchto testů jsou definovány nové skladby stěn s různou skladbou opláštění s požární odolností 15-60 minut bez vložené minerální izolace. Stěny s deskami CETRIS s přítomností dřeva je možné díky příznivému chování při zkouškách zařadit do tříd s přísnějšími nároky na požární odolnost. Skladby stěnových konstrukcí opláštěných cementotřískovými deskami jsou uvedeny včetně hodnot požární odolnosti v následující tabulce: Tab. 3: Požární odolnost skladeb stěnových konstrukcí opláštěných cementotřískovou deskou Skladba Výška stěny Požární odolnost CETRIS 2x12 mm dřevěný sloupek 100x60 mm CETRIS 2 x12 mm max. 3,0 m REI 60 DP3 REI 45 DP2 CETRIS 2x12 mm dřevěný sloupek 100x60 mm max. 4,0 m EI 60 DP3 5
CETRIS 2 x12 mm CETRIS 12 mm dřevěný sloupek 100x60 mm CETRIS 12 mm CETRIS 12 mm dřevěný sloupek 100x60 mm CETRIS 12 mm CETRIS 16 mm dřevěný sloupek 100x60 mm (pouze jednostranné opláštění, požár ze strany desek CETRIS) CETRIS 16 mm dřevěný sloupek 100x60 mm (pouze jednostranné opláštění, požár ze strany desek CETRIS) max. 3,0 m max. 4,0 m max. 3,0 m max. 4,0 m REI 30 DP3 REI 15 DP2 EI 30 DP3 REI 15 DP2 EI 15 DP2 Obr. 4: Podhled na vzorek stěnové konstrukce po zkoušce požární odolnosti Druhá série zkoušek probíhala ve vodorovné zkušební peci, kde se ověřovalo chování zavěšených podhledů opláštěných cementotřískovými deskami CETRIS. Zvoleny byly skladby podhledů bez vložené minerální izolace, opláštění dvěma vrstvami desek CETRIS tl. 12 mm. Pomocná konstrukce podhledu byla vytvořena z dřevěných latí, popřípadě z pozinkovaných CD profilů. V obou případech podhled bezpečně odolal normovému požáru po dobu 30 minut klasifikace požární odolnosti těchto podhledů je vždy EI 30. 6
Obr. 5: Ukončení zkoušky požární odolnosti podhledové konstrukce prošlehnutí plamene (ztráta celistvosti). 4 ZÁVĚR Zabudováním cementotřískové desky CETRIS do skladeb podlah, stěn a podhledů dochází nejen k zvýšení mechanické tuhosti celé skladby, ale také i ke zvýšení požární odolnosti. Díky vyšší plošné hmotnosti skladba konstrukcí s deskami CETRIS narůstá hodnota vzduchové neprůzvučnosti. LITERATURA [1] Kolektiv autorů, Katalog CETRIS Podklady pro projektování a realizaci. [2] Rastocky Štefan, Princípy európských klasifikačních noriem pre triedy reakcie na oheň a požiarnou odolnosť. Konference Společné aspekty požární ochrany v EU 2011. [3] FIRES Batizovce, Správa o vývoji a skúške skladieb stěnových a podhladových konštrukcií. INNOVATIVE COMPOSITIONS OF FLOOR AND FIREPROOF STRUCTURES WITH CEMENT-BONDED PARTICLE BOARDS CETRIS FOR WOODEN CONSTRUCTIONS Keywords Cementbonden particleboard, wooden constructions, fire resistance. Summary Cement-bonded particle board CETRIS is a suitable material for cladding of wooden buildings, and creating of floor structures. It is a modern construction material, suitable not only to indoor but also to the outside. The cement-bonded particle boards CETRIS themselves are fireproof - they are classified in reaction to fire into the class A2- s1, d0, which predetermines them even for fire cladding structures. 7