POŽÁRNĚ ODOLNÉ KOMPOZITNÍ PRVKY VYROBENÉ SPECIÁLNÍ TECHNOLOGIÍ S VYUŽITÍM DRUHOTNÝCH SUROVIN

FR-TI1/216 POŽÁRNĚ ODOLNÉ KOMPOZITNÍ PRVKY VYROBENÉ SPECIÁLNÍ TECHNOLOGIÍ S VYUŽITÍM DRUHOTNÝCH SUROVIN Řešitelská organizace: Výzkumný ústav stavebních hmot a. s. Ing. Michal Frank (řešitel) Spoluřešitelská organizace: České vysoké učení technické v Praze, Fakulta stavební, Prof. Mgr. Jan Toman, DrSc. Tento projekt je realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu ČR

FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin

Výzkumný ústav stavebních hmot, a. s. Založen 1. července 1946 jako Ústav keramický, od 1. 1. 1955 současný název ● Po privatizaci v r. 1993 (přejmenování na VÚSH, a. s.) byl výzkum i vývoj v oblasti stavebních hmot rozšířen o tzv. EKOPROGRAM (využívání průmyslových odpadů jako druhotných surovin) ● 2. 11. 2000 se od VÚSH oddělila dceřiná společnost – současný Výzkumný ústav stavebních hmot, a. s. a EKOPROGRAM byl a je dále cíleně rozvíjen řešením bezodpadových technologií a různého využívání průmyslových odpadů a jiných zbytkových materiálů v technologiích stavebních hmot ●


Výzkumný ústav stavebních hmot, a. s. ●

● ● ● ● ● ●

Základní i aplikovaný výzkum, vývoj, inovace, transfer technologií a realizace v oboru stavebních hmot a výrobků EKOPROGRAM Služby akreditovaných, autorizovaných a specializovaných laboratoří a zkušeben Aplikace technologií anorganických vláknových kompozitů, speciálních vápen a maltových směsí Zakázková výroba zkušebních sít a atypických laboratorních pomůcek Informační, normalizační, poradenská, marketingová činnost aj. Pořádání odborných seminářů a konferencí


Cíle projektu ● ● ● ● ●

Návrh požárně odolné kompozitní hmoty pro výrobu stavebních prvků Použití druhotných surovin při vývoji hmoty Dosažení vysoké požární odolnosti při co nejmenší tloušťce materiálu Dosažení dobrých fyzikálně – mechanických parametrů Výroba prototypů požárně odolných kompozitních prvků dle požadavků trhu


V dnešní době je význam požárně odolných materiálů ve výstavbě nových budov značně podceňován. Je to v mnoha případech dáno snahou co nejvíce ušetřit na použitých materiálech s vidinou většího výdělku. A to i přes to, že se objevuje stále více rizik, která přispívají ke vzniku požárů: ● teroristické útoky a přírodní katastrofy ● technické chyby ve vlastním provedením stavby ● nedbalost a nedodržování bezpečnostních předpisů Proto je nutné stále více dbát na bezpečnost staveb a snažit se přesvědčit investory, aby při plánování výstavby nezapomínali na použití ochranných stavebních prvků, které by toto riziko minimalizovaly.


Ze statistik HZS ČR vyplývá:

Počet požárů Přímé škody Kč

2009

2010

2011

20 177

17 937

21 125

2,17 mld.

1,96 mld.

2,24 mld.

Uchráněné hodnoty Kč 9,07 mld. 11,12 mld. 8,08 mld. Usmrceno osob

117

131

129

Zraněno osob

980

1 060

1 152


Požárně odolné materiály Vedoucí pozici v materiálech používaných k výrobě prvků s požární odolností má bezpochyby sádra ● Obsahuje velké množství krystalicky vázané vody, která se při zvýšených teplotách (při požáru) uvolňuje, čímž dochází k postupnému ochlazování materiálu, jenž tak lépe odolává plameni ● Teplo z ohně se přednostně spotřebuje na uvolnění vody z krystalové mřížky a teprve poté na ohřev materiálu ● Nevýhodou je, že materiál tím postupně ztrácí mechanickou pevnost, což vede k jeho popraskání

●


Proto se používají materiály sádrovláknité, což jsou kompozitní materiály na bázi sádrového pojiva vyztuženého rozptýlenými vlákny ● Sádrovláknité nebo sádrokartonové desky se uplatňují v interiérech jako dělící nosné nebo nenosné příčky, předsazené stěny, pro podlahové či stropní konstrukce nebo jako zavěšené podhledy ● Impregnované sádrovláknité desky lze použít v prostorách se zvýšenou vlhkostí, jako například koupelny a sprchy ● Pro lepší požární odolnost se sádrovláknité desky také používají jako obklady dřevěných či ocelových konstrukcí, nebo jako ochranné kanály pro kabelové vedení ●


Druhým významným požárně odolným materiálem jsou kalciumsilikátové desky (firma Promat) ● Jsou vyráběny hydrotermální syntézou vodní suspenze vápna a jemného křemičitého písku s malým přídavkem plniva a výztuže ● Charakteristickými vlastnostmi jsou nízká objemová hmotnost a vysoká tepelně izolační schopnost; desky jsou pevné, samonosné a mohou být snadno opracovány běžnými nástroji ● Vyrábějí se v několika variantách s objemovou hmotností mezi 450 – 900 kg.m-3

●


Výběr surovin Pro řešení projektu byla zvolena sádrová varianta požárně odolných materiálů ● Byly zvoleny 3 druhy vstupní suroviny, z toho dvě druhotné: ● Energosádrovec z elektrárny Počerady ● Energosádrovec z elektrárny Prunéřov ● Sádra z přírodního sádrovce Gypstrend Kobeřice ●

●

Energosádrovec je vedlejším produktem odsíření spalin v tepelných elektrárnách metodou mokré vápencové vypírky. Za pomocí těženého vápence jsou předem vyčištěné a odfiltrované plyny zkrápěny vápencovou suspenzí


Suspenze na sebe váže škodlivé oxidy síry; tím vzniká vlastní energosádrovec – neboli dihydrát síranu vápenatého (CaSO4 . 2H2O) ● Dříve byl tento materiál z velké většiny likvidován na skládkách, ale dnes slouží jako surovina v dalším výrobním procesu (skládkuje se již jen malé množství) ● Energosádrovec je chemicky velmi čistý materiál s čistotou 97 až 98 % (pro srovnání – těžený sádrovec má čistotu maximálně 75 %) ● Energosádrovec se v rámci technologického procesu následně suší a kalcinací vzniká výsledný produkt – sádra – hemihydrát síranu vápenatého (CaSO4 . 1/2H2O)

●


Vlastnosti vybraných vstupních surovin Sádra z energosádrovce elektrárny Počerady: ●

G – 7 A III (pevnost v tlaku po 2 hod. 7 MPa; A = rychle

tuhnoucí – počátek 2 min, konec max. 15 min; III = jemně mletá – zbytek na sítě 0,2 mm max. 2 %) ● G – 10 B III (B = normálně tuhnoucí – počátek 6 min, konec max. 30 min)

Sádra z energosádrovce elektrárny Prunéřov: ●

G – 7 B III

Sádra z přírodního sádrovce Gypstrend Kobeřice: ●

G – 2 B III


Vlastnosti vybraných vstupních surovin Vláknová výztuž a vylehčení výrobku: ● ● ●

PVA vlákno Čedičové vlákno 6 a 12 mm Vlákno z drcené perlinky (skelná síť) – rozdrcené zbytky ořezů sítí z výroby perlinky – odpadní produkt

●

Expandovaný perlit – odpadní frakce z výroby – slouží k vylehčení výrobku


Objemové dávkování [%] PVA

0

1

-

-

-

3

-

-

-

5

-

-

-

Č6

0

-

1

-

-

-

3

-

-

-

5

-

-

Č 12

0

-

-

1

-

-

-

3

-

-

-

5

-

Perlinka

0

-

-

-

1

-

-

-

3

-

-

-

5

3,0

1,5

Výsledky (2h / 28 D) Ro 2 hod [MPa]

1,2

1,6 1,5 1,5 1,4 1,5 2,0

1,7

1,4 2,3 2,1

28 dní

3,2

2,4 3,6 3,8 2,9 3,0 5,9

6,8

3,2 7,1 7,5 11,6 8,5

Rtl 2 hod [MPa]

1,6

2,1 2,3 2,2 2,2 2,6 2,6

2,2

2,4 2,1 2,4

2,3

2,1

6,2 7,9 8,3 7,6 8,1 8,0 8,4

7,5

7,6 8,5 8,8

8,7

8,6

28 dní


Vlastnosti vybraných vstupních surovin Zpomalovače tuhnutí: ● ● ●

Retardan GK Kyselina citrónová Železité kaly z čištění a úpravy vody z kalolisu

z venkovní skládky


vzorek

Kyselina citrónová

Retardan Železité kaly GK

Počátek a doba tuhnutí

[%]

[min]

S

5,0

8,0

KC-004

0,04

9,5

13,5

KC-008

0,08

28,0

31,5

R-01

0,1

7,0

11,5

R-02

0,2

11,0

16,5

R-04

0,4

20,0

26,0

F-1

1

5,0

8,0

F-5

5

7,5

12,0

F-10

10

12,0

15,5

F-20

20

10,5

15,5

F-30

30

15,5

20,0

F-40

40

24,0

27,0


   

retardační schopnosti mírné snížení vodního součinitele optimální dávkování max. množství 10 % zkoušky požární odolnosti – srovnatelný výsledek jako u prvku ze sádry bez modifikace

   

nad 10 % snížení pevnostních charakteristik prvku v kalu je vysoké množství mechanicky vázané vody po vysušení – nutné úpravy drcením a mletím variabilita chemického složení – množství organických příměsí a jejich vliv na kvalitu výrobku

? barva


Vytvoření a úpravy metodiky zkoušení Zkouška požární odolnosti v laboratoři slouží k posouzení vlastností komerčních materiálů a materiálů navržených receptur ● Princip zkoušky spočívá v tom, že zkušební těleso nahrazující víko pece tvoří přirozenou hranici mezi prostředím v peci a okolní teplotou

●


Teplota vzniklá při požáru je simulována teplotou muflové pece působící na vnitřní stranu zkušebního vzorku desky ● Teplotě na straně odvrácené požáru odpovídá teplota vnějšího povrchu zkušebního vzorku ● Průběh orientační zkoušky je zaznamenáván pomocí dvoukanálového ručního teploměru s funkcí záznamu dat OMEGAETTE® HH306, na který jsou napojeny dva termočlánky, jeden je na povrchu tělesa, druhý je umístěn v peci ● Vyhodnocení se pak provádí v programu Microsoft Excel

●

FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin Požární odolnost tělesa ES (tloušťka 42 mm, objemová hmotnost 1150 kg.m-3)

1100 1000 900 Teplota (°C)

800 Teplota těleso

700 600 500

Teplota pec

400

Normová křivka

300 200 100 0 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Čas (min)


Návrh stavebních prvků


Návrh stavebních prvků


Děkuji Vám za pozornost

POŽÁRNĚ ODOLNÉ KOMPOZITNÍ PRVKY VYROBENÉ SPECIÁLNÍ TECHNOLOGIÍ S VYUŽITÍM DRUHOTNÝCH SUROVIN

Recommend Documents