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 ●
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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.
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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
●
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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 ●
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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
●
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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)
●
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
Vlastnosti vybraných vstupních surovin Zpomalovače tuhnutí: ● ● ●
Retardan GK Kyselina citrónová Železité kaly z čištění a úpravy vody z kalolisu
z venkovní skládky
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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
●
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
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)
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
Návrh stavebních prvků
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
Návrh stavebních prvků
FR-TI1/216 Požárně odolné kompozitní prvky vyrobené speciální technologií s využitím druhotných surovin
Děkuji Vám za pozornost