PIPIN MARIAN

PIPIN MARIANComportarea la foc a materialelor de construcii noi ACADEMIA DE POLIIE Alexandru Ioan CuzaFACULTATEA DE POMPIERI

COMPORTAREA LA FOC A MATERIALELOR DE CONSTRUCII NOI

Conductor tiinific,Lect.univ.dr.ing.Ion ANGHELAbsolvent,Marian PIPIN

Bucureti2013

DECLARAIE

Prin prezenta, declar pe proprie rspundere c Lucrarea de diplom cu titlul Comportarea la foc a materialelor de construcii noi mi aparine n ntregime i nu a mai fost prezentat niciodat la o alt facultate sau instituie de nvmnt superior din ar sau strintate. De asemenea, declar c toate sursele utilizate, inclusiv cele de pe Internet, sunt indicate n lucrare, cu respectarea strict a regulilor de evitare a plagiatului:toate fragmentele de text reproduse exact, chiar i n traducere proprie din alt limb, sunt scrise ntre ghilimele i dein referina precis a sursei;reformularea n cuvinte proprii a textelor scrise de ctre ali autori deine referina precis;rezumarea ideilor altor autori deine referina precis la textul original.

Bucureti, 01.07.2013

Autor: Marian PIPIN

_________________________

CUPRINSDECLARAIE/ STATEMENT2CUPRINS/ CONTENTS3LISTA TABELELOR/ LIST OF TABLES5LISTA DE FIGURI/ LIST OF FIGURES7REZUMAT/ ABSTRACT9ABSTRACT/ ABSTRACT10INTRODUCERE/ INTRODUCTION11CAPITOLUL I.PERFORMANA DE REACIE LA FOC I ATESTAREA CONFORMITII PRODUSELOR PENTRU CONSTRUCII/ fire reaction PERFORMANCE and conformity attestation of construction products13I.1.Introducere13I.2.Reacia la foc a produselor pentru construcii. Clase de reacie la foc.15I.3.Performana de reacie la foc a produselor pentru construcii (exceptnd pardoselile, produsele termoizolante pentru tubulatur liniar i cablurile electrice).19I.4.Produse pentru acoperisuri supuse cerinelor se securitate la incendiu21I.5.Ingineria securitii la incendiu23I.6.Atestarea conformitii produselor pentru construcii cu rol n securitate la incendiu25CAPITOLUL II.COMPORTAREA LA FOC A MATERIALELOR DE CONSTRUCTII/ Fire behavior performance of construction materials28II.1.Introducere28II.2.Caracteristicile materialelor30II.3.Topirea i modificarea proprietilor mecanice32II.4.Descompunerea i vaporizarea34II.5.Aprinderea materialelor37II.6.Rspandirea flcrii i arderea44CAPITOLUL III.SUBSTANTE FOLOSITE LA IGNIFUGAREA MATERIALELOR DE CONSTRUCII NOI//substances used as fire retardants for new construction materials47III.1.Introducere47III.2.Mecanismele de inhibare a flacrii51III.3.Ignifuhani pe baz de materiale hidratate54III.4.Ignifugani pe baz de halogeni57III.4.1.Materiale pe baz de clor57III.4.2.Materiale bromurate.59III.5.Ignifugani nonhalogenai.64CAPITOLUL IV.RISCURILE LA INCENDIU ALE BLOCURILOR REABILITATE TERMIC CU POLISTIREN I SOLUII ALTERNATIVE PENTRU REDUCEREA LOR/ FIRE RISKS OF THE polystyrene thermal rehabilitated buildings and alternatives to reduce them.68VI.1.Comportarea la foc a blocurilor reabilitate termic cu polistiren68VI.2.Analiz experimental comparativ a comportrii la foc a fatadelor blocurilor izolate termic cu polistiren respectiv vat minerala(U.S.A.,2003)71VI.3.Faade ventilate Alternativ la reabilitarea termic convenional78VI.4.Studiu experimental asupra propagrii incendiului pe faadele prevzute cu barier rezistent la foc89CONCLUZII96BIBLIOGRAFIE97

LISTA TABELELOR

Tabelul I.1 Criteriile de performan pentru clasificarea produselor pentru construcii i instalaii din punct de vedere al reaciei la foc15Tabelul I.2: Comparreacie a claselor de incendiu definite n vechile standarde franceze i cele definite de Clasificarea European (EN 13501-1)18Tabelul I.3: Clasele de reacie la foc pentru produsele pentru construcii cu excepia pardoselilor19Tabelul I.4: nlocuirea claselor de combustibilitate cu clasele de reacie la foc a produselor pentru construcii (exceptnd pardoselile, produsele termoizolante pentru tubulatur liniar i cablurile electrice)20Tabelul I.5: Clasificarea produselor pentru construcii dup indicele FIGRA21Tabelul I.7: Clase de performan la foc exterior pentru acoperisuri/nvelitori acoperisuri22Tabelul I.8: Niveluri de atestare a conformitii26Tabelul I.9: Sarcinile dedicate pentru fiecare parte pentru diferite niveluri de atestare a conformitii27Tabelul II.1: Temperatura de tranziie vitroasa, temperatura de topire, Indicele de curgere al Materialelor33Tabelul II.2: Temperatura de vaporizare/descompunere, randamentul de carbonizare35Tabelul II.3: Pierderile de cldur i de cldur de gazificare a materialelor36Tabel II.4: Flux critic de cldur i parametru de rspuns termic de la Calorimetrul Conic (ASTM E 1354) i aparatul rspndire a focului (ASTM E 2058)41Tabel II.4: Flux critic de cldur i parametru de rspuns termic de la Calorimetrul Conic (ASTM E 1354) i aparatul rspndire a focului (ASTM E 2058)-continuare42Tabelul III.1: Date reprezentative ale pieei i industriei de materiale pentru ignifugare pentru anul 199848Tabelul III.2: Principalii dezvoltatori de ignifugani pe piaa mondial49Tabelul III.3: Proprieti fizice ale Trihidratului de alumin, Hidroxidului de magneziu i Carbonatuluit de magneziu55Tabelul III.4: Efectul acoperirii cu ATH56Tabelul III.5: Efectul acoperirii cu Hidroxid de Magneziu57Tabelul III.6: Proprietile Dechlorane Plus58Tabelul III.7: Caracteristicile formulelor pentru EVA58Tabelul III.8: Temperaturile de aprindere pentru diveri polimeri60Tabelul III.9: Ignifuganii Halogenai i aplicaiile lor61Tabelul III.10: Proprietile aditivilor din gama esteri ftalai62Tabelul III.11: Proprietile oligomerilor epoxidici brominai63Tabelul III.12: Rata masic optim de ignifugant raportat la agentul sinergic (Trioxid de antimoniu)65Tabelul III.13: Aplicaii de utilizare a ignifuganilor nonhalogenai67Tabel IV.1: Caracteristicile standurilor experimentale72Tabelul IV.2: Faade ventilate pline cu goluri vitrate sau alte goluri neprotejate pentru locuine86Tabelul IV.3: Faade ventilate pline cu goluri vitrate sau alte goluri neprotejate pentru funciuni administrative87Tabelul IV.4: Specificaii tehnice ale polistirenului utilizat90Tabelul IV.5: Specificaii tehnice pentru vata mineral utilizat90

LISTA DE FIGURI

Figura I.1: ncadrarea produselor pentru construcii n clase de performanta pe baza comportrii la foc16Figura II.1: Relaia dintre timpul de aprindere i fluxul de cldur extern pentru un material termic subire39Figura II.2: Relaia dintre timpul de aprindere i fluxul de cldur extern pentru un material termic gros39Figura III.1: Triunghiul de ardere al lui EMMON51Figura III.:2 Condiionarea pirolizei de ctre aportul (fluxul) de cldur52Figura III.3: Procesul de piroliz descompunere-ardere52Figura III.4: Etapele combustiei polimerilor53Figura IV.1: Propagarea incendiilor pefaadele cldirilor68Figura IV.2: Incendiu cu propagare prin faad izolat termic cu polistiren Miskolc, Ungaria70Figura IV.3 Incendiu cu propagare prin faad izolat termic cu polistiren Trgu-Mure, Romnia70Figura IV.4: Standurile experimentale (aspect exterior)72Figura IV.5: Seciune sistem de termoizolaie cu polistiren73Figura IV.6: Seciune sistem de termoizolaie cu vat mineral73Figura IV.7: Materialul combustibil (palei din lemn uscat)74Figura IV.9: Graficul temperaturilor standului nr. 176Figura IV.10: Graficul temperaturilor standului nr. 276Figura IV.11: Rezultatul final al testului77Figura IV.12: Exemplu de detaliu de realizare a ntreruperii orizontale80Figura IV.13: exemplu de detaliu de realizare a ntreruperii orizontale, sectiune80Figura IV.14: Exemplu de detaliu de realizare a ntreruperii orizontale81Figura IV.15: Exemplu de detaliu de realizare a ntreruperii orizontale, sectiune82Figura IV.16: Exemplu de detaliu de realizare a ntreruperii verticale82Figura IV.17: Exemplu de detaliu de realizare a ntreruperii verticale83Figura IV.17: Exemplu de ntrerupere ritmic a golului vertical din interiorul sistemului de faad88Figura IV.18: Exemplu de protejare a arpantei n relaie cu o faad ventilat88Figura IV.19: Standul experimental i material folosite91Figura IV.20: Intensitatea flcrilor n prezena i respectiv n lipsa mostrei de polistiren92Figura IV.21: Fenomenul de picurare92Figura IV.22: Focare secundare rezultate n urma fenomenului de picurare. Detaliu93Figura IV.23: Ardere generalizat a pnzei de bumbac93Figura IV.24: Standul la finalul testului94Figura IV.25: Materialele la finalul testului95

REZUMAT

Comportarea la foC reprezint totalitatea schimbarilor fizice si chimice intervenite atunci cnd un material, produs sau ansamblu, este supus aciunilor unui incendiu standard.Studiul comportrii la foc are ca repere att marimi fizice (temperatura de aprindere, temperatura de topire, sarcina termic etc.) ct i reacii chimice complexe (de piroliz i ardere).Comportarea la foc a materialelor utilizate n industria construciilor are un rol important n determinarea conformitii materialelor i a metodelor de prevenire/protecie pasiv la incendii.n prezenta lucrare am analizat att aspectele generale ale comportrii la foc a materialelor de construcii ct i aspecte particulare privind comportarea la foc a materialelor de construcii noi, aprute pe piaa autohton n ultimul deceniu avnd o rapid i larg rspndire, i anume materialele termoplastice (polimeri).Aceast lucrare a fost structurat pe 4 capitole, primele trei capitole avnd un caracter teoretizant al caracteristicilor de incendiu ale materialelor de construcii iar al patrulea capitol cu un caracter practico-experimental. n primul capitol este abordat cerina esenial de securitate la incendiu i ncadrarea materialelor de construcii pe clase de reacie la foc, numite i euroclase de incendiu. Cerina esenial de securitate la incendiu a cldirilor nglobeaz prevederi privind amplasarea cldirilor, performane de comportare la foc a structurilor constructive, a materialelor pentru construcii, a instalaiilor aferente cldirilor i instalaiilor de protecie impotriva incendiilor.Al doilea capitol studiaz comportamentul materialelor n situaia excepional a unui incendiu din perspectiva testelor i ncercrilor la foc standardizate, analiznd rezultatele acestora sub forma unor date experimentale (temperaturi de topire/aprindere, cantitate de reziduri gazoase i solide).Al treilea capitol este un studiu al ignifuganilor (fire retardants), in funcie de plaja lor de utilizare n cadrul termoplasticelor i metoda de intrerupere a procesului de ardere, modificnd astfel caracteristicile la incendiu ale polimerilor nc din faza constructiv a lor.n ultimul capitol se abordeaz practic, prin studiu experimental, sistemul de termoizolaie cu polistiren expandat. Comportarea la foc a acestui sistem de termoizolaie are o importan deosebit datorit rspndirii largi a acestuia, reprezentnd aproximativ 84% din industria termoizolaiilor de pe piaa autohton.

ABSTRACTFire behavior - all physical and chemical changes occurring when the material, product or assembly is subjected to the action of a standard fire.. The study of fire behavior has both physical sizes (ignition temperature, melting temperature, thermal load, etc.) and complex chemical reactions (pyrolysis and combustion) as landmarks.Burning behavior of materials used in the construction industry plays an important role in determining materials compliance and passive methods of fire prevention.In this paper work Ive analyzed both the general aspects of fire behavior of building materials and particular aspects of the burning behavior of building materials that emerged on the domestic market in the last decade with fast widespread, ie thermoplastics (polymers ).This paper work was divided into four chapters, the first three chapters being devoted theorizing fire characteristics of building materials and the fourth chapter with a practical and experimental nature.The first chapter dealt with the essential requirement of fire safety and building framing material reaction to fire class, called Euroclasses. Essential requirement for fire safety of buildings includes provisions concerning the buildings placement, reaction to fire of building structures, building materials, installations on buildings and fire protection systems.The second chapter studies the behavior of materials in the exceptional situation of a fire in terms of standardized fire tests, analyzing results in the form of experimental data (melting / ignition temperatures, amount of gas and solid waste).The third chapter is a study of fire retardants, depending on their use area in thermoplastics and interruption method of the combustion process, thereby altering fire characteristics of polymers from their design phase.The last chapter deals with practical mathers, through experimental study with expanded polystyrene insulation system. Burning behavior of this insulation system is particularly important because of its fast widespread, accounting for about 84% of the thermal insulation industry on the domestic market.

INTRODUCEREn prezent lumea triete ntr-un mediu de securitate tot mai complex, cu schimbri rapide, cu implicaii pe termen scurt, mediu sau lung. Pe plan internaional i naional se constat creterea frecvenei de apariie a categoriilor de riscuri care amenin viaa i sntatea populaiei, mediul nconjurtor, valorile patrimoniului naional, precum i manifestarea de noi riscuri, generate ndeosebi de tendina de globalizare, schimbrile climatice radicale, diversificarea activitilor economice care utilizeaz, produc i comercializeaz substane/materiale periculoase.n acest context, riscul de incendiu rmne cel mai frecvent risc care se manifest pe teritoriul naional, producerea lui reprezentnd o situaie de urgen de tip special, fenomen care afecteaz nc domenii importante ale activitii vieii economice i sociale, precum construcii, instalaii, amenajri, pduri, mijloace de transport, culturi agricole etc. Riscul la incendiu este datoratn cea mai mare parte de factorul uman(riscuri umane) i de factorul tehnologic(riscuri tehnologice) i este amplificat de vulnerabilitate. Vulnerabilitatea nu are un caracter determinat ci reprezint un cumul de factori printre care se numara: comportarea la foc (strict legata de natura materialelor componente), gradul de ncrcare (densitatea sarcinii termice), geometria spaiilor, factori perturbatori (cureni de aer, temperatura de lucru, procese tehnlogice) etc..Prezenta lucrare analizeaz factorul de vulnerabilitate prin prizma comportrii la foc a construciilor, avnd n componena lor constructiv materiale de construcii aprute recent pe piaa romaneasca (ultimii 10-15 ani), cu puternice influene din sfera termoplasticelor i a polimerillor.Tema abordat n prezenta lucrare este de un real interes avnd n vedere efectele negative ale incendiilor i nivelul de cunoatere a specialitilor n domeniu la nivel naional, precum i gradul ridicat de libertate al legislaiei n vigoare ce permite folosirea materialelor de construcii termoplastice n lipsa unor msuri minime de securitate la incendiu.Ca elemente de noutate am propus n prezenta lucrare analiza comportrii la foc a materialelor cu ajutorul testelor la scar real, nestandardizate, dar cu un grad mai mare de asemnare cu incendiul real.Scopul acestei teme este aprofundarea studiului comportrii la foc a materialelor de construcii de natur termoplastic, iar obiectivele sunt urmtoarele:ncadrarea materialelor de construcii pe euroclase de incendiu;Studiul comportrii la foc a materialelor de construcii;Identificarea principalilor aditivi pentru ignifugarea materialelor termoplastice n vederea creterii performanelor la foc;Studiu de caz n vederea determinrii comportrii la foc a polistirenului n vederea determinrii riscurilor i a metodelor de reducere a lor;Fiecare obiectiv al acestei lucrri este structurat ntr-un capitol separat, lucrarea avnd 4 capitole, n care se analizeaz n amnunt aceste obiective.

PERFORMANA DE REACIE LA FOC I ATESTAREA CONFORMITII PRODUSELOR PENTRU CONSTRUCIIIntroducereCerina esenial de securitate la incendiu a cldirilor nglobeaz prevederi privind amplasarea cldirilor, performane de comportare la foc a structurilor constructive, a materialelor pentru construcii, a instalaiilor aferente cldirilor i instalaiilor de protecie impotriva incendiilor.Soluiile pentru asigurarea cerinei eseniale de securitate la incendiu a cldirilor trebuie s ndeplineasc criterii i niveluri de performan la incendiu pentru elementele structurale ale construciilor, precum i de echipare i dotare cu sisteme i instalaii de semnalizare i stingere a incendiilor, n funcie de o serie de clasificri i ncadrri.Prin integrarea Romaniei n Uniunea European, a fost necesar restructurarea reglementrilor tehnice din domeniul securitii la incendiu a construciilor i instalaiilor de protecie impotriva incendiilor, n concordan cu Directiva Consiliului Europei nr. 89/106/CE i a celorlalte documente subsecvente care fac parte din capitolul de Acquis asociat acesteia, referitoare la armonizarea legilor, reglementrilor i prevederilor administrative ale Statelor Membre ale Uniunii Europene privind produsele pentru construcii.Hotrrea Guvernului Romniei nr. 622/21.04.2004 privind stabilirea condiiilor de introducere pe pia a produselor pentru construcii, modificat i completat prin H.G. nr. 796/14.07.2005, preia principalele prevederi ale Directivei 89/106/CEE referitoare la produse pentru construcii-DPC: cerinele eseniale, specificaiile tehnice de referin, sistemele de evaluare a conformitii, organizarea instituional necesar.Modaliti de aplicare a Directivei au fost ulterior stabilite prin decizii ale Comisiei Europene. Unele decizii ale Comisiei Europene se refer la sistemul de euroclase privind cerina de securitate la incendiu i condiiile de clasificare a produselor pentru construcii din punct de vedere ale acestei cerine (cu relevan n stabilirea sistemelor de evaluare a conformitii pentru libera circulaie a produselor), de exemplu Decizia Comisiei nr.00/147/CE din 8 februarie 2000 referitoare la clasificarea performanelor de reacie la foc ale produselor pentru construcii.Cerina securitate la incendiu este una dintre cerinele eseniale ale DPC (Anexa1cerina nr. 2). Obiectivele globale privind securitatea la incendiu a construciilor sunt explicitate n Documentul Interpretativ nr. 2. Astfel, se precizeaz c strategia de securitate la incendiu se bazeaz pe prevenirea incendiului, urmrind reducerea la minimum a mprejurrilor favorabile iniierii i dezvoltrii incendiului.Acte normative subsecvente H.G. 622/2004, cu modificrile i completrile ulterioare, preiau deciziile Comisiei ce detaliaz prevederile DPC, inclusive cerinele eseniale. Astfel, Regulamentul privind clasificarea i ncadrarea produselor pentru construcii pe baza performanelor de comportare la foc, aprobat prin Ordin comun: Ministerul Transporturilor Construciilor i Turismului (nr. 1822/07.10.2004) i Ministerul Administraiei i Internelor (nr.394/ 26.10.2004), modificat i completat prin Ordinul comun: Ministerul Transporturilor Construciilor i Turismului (nr. 133/03.02.2006) i Ministerul Administraiei i Internelor (nr.1234/2006) se bazeaz pe deciziile Comisiei Europene referitoare la sistemul de euroclase privind comportarea la foc a produselor pentru construcii, cu importan deosebit n stabilirea sistemului de atestare a conformitii (respective sistemele 1+, 1, 2+, 2, 3, 4). Deciziile Comisiei reflect noua concepie european privind testarea i clasificarea produselor pentru construcii din punct de vedere al comportrii la foc, rezultat al consensului intervenit dup ani ndelungai de cercetri. Astfel, a fost elaborat un sistem concludent, unitar i complex de euroclase de reacie la foc.Conceptul de reacie la foc definit prin documentele europene este mult mai larg dect clasele de combustibilitate autohtone. Clasa de reacie la foc cuprinde nu numai comportarea la ardere, dar i fluxul de cldur degajat, emisia de fum i gaze de ardere, radiaia de cldur, propagarea flcrii s.a.. Noile metode de ncercare se fundamenteaz pe scenarii de referin care reproduc situaiile unor incendii reale. Sistemul de clasificare privind reacia la foc are la baz contribuia produsului n utilizarea final la iniierea i propagarea incendiului n camera focarului sau ntr-o camer dat.Incadrarea produselor pentru construcii n clase de performan privind comportarea la foc se realizeaz pe baza criteriilor de performan aferente claselor, valorile criteriilor corespunztoare fiecrei clase, precum i a metodele de determinare a acestora, n condiiile de utilizare final (vezi figura I.1).Nivelurile performanelor de comportare la foc a produselor pentru construcii pentru diferite categorii de construcii, instalaii i amenajri se stabilesc potrivit reglementrilor tehnice specifice.Acoperisurile/invelitorile de acoperis se ncadreaz n clase de performan la foc exterior, pe baza metodelor de ncercare specifice din reglementrilor tehnice, pe baza comportrii la foc.

Reacia la foc a produselor pentru construcii. Clase de reacie la foc.Prin comportare la foc se nelege schimbarea sau meninerea proprietilor fizice si/sau chimice ale unui produs expus la foc.Reacia la foc reprezint comportarea unui material care, prin propria sa descompunere, alimenteaz sau nu un foc la care este expus n anumite condiii.Clasele de reacie la foc sunt expresii cantitative formulate n termeni de performan pentru modul de comportare a produselor la aciunea focului, n condiii de utilizare final, structurate ntr-o serie de niveluri de performan.Criteriile de performan pentru clasificarea produselor pentru construcii i instalaii din punct de vedere al reaciei la foc, sunt definite n tabelul I.1.Tabelul I.1 Criteriile de performan pentru clasificarea produselor pentru construcii i instalaii din punct de vedere al reaciei la focSimbolcriteriu de performan

Tcresterea de temperatur

mpierderea de mas

Trdurata de persisten a flcrii

PCSputerea calorific superioar

FIGRAviteza de dezvoltare a focului

THR600Scldura total degajat

LFSpropagarea lateral a flcrilor

SMOGRAviteza de emisie a fumului

TSP600Semisia total de fum

Fapropagarea flcrii

Figura I.1: ncadrarea produselor pentru construcii n clase de performanta pe baza comportrii la foc1Sistemul de clasificare a fost obiectul unor decizii ale Comisiei Europene n perioada 08-02-2000 i 26-08-2003. n vederea punerii n aplicare a decizilor acestei comisii productorii trebuie s se asigure c produsele lor respect noile cerine europene i, dac este necesar, s modifice aceste produse.Produsele de construcie sunt separate n dou familii principale: ca de acoperitoare de podea i alte produse. Aceast distincie se explic prin faptul c scenariile de expunere la foc i comportamentul materialelor difer n ambele cazuri. n fiecare dintre aceste grupuri se identific cele apte euroclase[footnoteRef:2], definite n NBN EN 13501-1:2002 , dup cum urmeaz: [2: Ionel Puiu GOLGOJAN, tefan VINTIL - Clase de reacie la foc utilizate n ingineria securitii la incendiu]

A1fl, A2FL, BFL, CFL, DFl, EFL, FFL i pentru pardoseli A1, A2, B, C, D, E, F i pentru alte produse de construcie.Clasele A1 i A2 (sau A1FL, A2FL) sunt alocate pentru produsele cu o fraciune organic sczut sau foarte sczut, care sunt, prin urmare, greu sau nu foarte combustibile. Clasele de la B la E (sau BFL, EFL) sunt alocate pentru produse combustibile care contribuie n mod semnificativ la dezvoltarea incendiilor. Clasa E se aplic produselor care ndeplinesc criteriul minim de marketing german i clasa F se aplic produselor neclasificate sau a celor care nu au reuit promovarea acestui test sever.Alturi de reacie n sine, unele materiale de construcii primesc dou calificri suplimentare:s1, s2 sau s3 pentru producerea de fumS3: fr limit de emisie de fum;s2: emisia total de fum i viteza de emisie sunt limitate;s1: cerine mai stricte dect pentru S2.d0, d1 sau d2 pentru un comportament cu aspect de picurare a materialului incandescent n timpul arderii d2: fr limit; d1: producia limitat de picturi / particule incandescente pe o anumit perioad; d0: nici o producie de picturi / particule incandescenteTabelul I.2 urmtor ilustreaza o comparreacie a claselor de incendiu definite n vechile standarde franceze i cele definite de Clasificarea European (EN 13501-1)[footnoteRef:3]: [3: Ir. J.F. Denol - Fire Safety and Concrete Structures, 2007]

Tabelul I.2: Comparreacie a claselor de incendiu definite n vechile standarde franceze i cele definite de Clasificarea European (EN 13501-1)Noua clasificareVechea clasificare

A1--Incombustibile

A2S1D0M0

A2S1D1M1

A2S2D0

S3D1

BS1D0

S2D1

S3

CS1D0M2

S2D1

S3

DS1D0M3

S2D1M4(far picurare)

S3

E i FM4

n 1996, Comisia European a publicat o list de reglementare a materialelor de construcii , care pot fi grupate n clasa de protecie A1 fr o examinare complementar. Aceast list conine diferite tipuri de constitueni de beton sau minerale utilizate n beton. Pentru materialele de pe aceast list, aceast clasificare este legat de cerina de un nivel de constitueni organici, distribuii uniform, mai mic de 1%.Betonul, un material de construcie mineral, satisface cerinele clasei A1 deoarece nu este inflamabil i nu ia foc la temperaturile ntlnite n incendii. Conform acestui sistem, materiale de construcii aparinnd clasei A2 nu sunt considerate inflamabile, dar conin de obicei componente inflamabile care ar putea arde ntr-un incendiu i provoca daune. Comportamentul la foc al unui produs depinde n mare msur de scenariu de stres termic la care este supus. Pentru a reproduce scenarii de incendiu cel mai frecvent ntlnite n cldiri sunt avute n vedere trei niveluri de expunere termic. Acestea corespund celor trei etape de posibila dezvoltare a unui incendiu: supunerea la o flacr mic; supunerea la un incendiu pe deplin dezvoltat n camera alturat; supunerea la un incendiu pe deplin dezvoltat n camer.Euroclasele sunt supuse la 5 tipuri de testare, pe eantioane, dintre care 4 sunt noi, n special SBI (single burning item un singur obiect/material arznd).Performana de reacie la foc a produselor pentru construcii (exceptnd pardoselile, produsele termoizolante pentru tubulatur liniar i cablurile electrice).In sistemul de clasificare european pentru reacia la foc, un produs pentru construcii poate fi ncadrat n urmtoarea euroclas: A1, A2, B, C, D, E i F. Acest simbol trebuie urmat de indicativele s1, s2 sau s3, i respectiv d0, d1 sau d2. Primul parametru indic emisia fumului iar al doilea producerea de picturi la aciunea unei flcri pilot. Parametrul s este deosebit de important, stiut fiind faptul c din statistica european, la incendiile produse n U.E, fumul a provocat peste 60% din totalul victimelor.Clasele de reacie la foc pentru produsele pentru construcii cu excepia pardoselilor sunt prezentate n tabelul I.3.Tabelul I.3: Clasele de reacie la foc pentru produsele pentru construcii cu excepia pardoselilorA1A2-s1, d0A2-s1, d1A2-s1, d2B-s1, d0B-s1, d1B-s1, d2

A2-s2, d0A2-s2, d1A2-s2, d2B-s2, d0B-s2, d1B-s2, d2

A2-s3, d0A2-s3, d1A2-s3, d2B-s3, d0B-s3, d1B-s3, d2

C-s1, d0C-s1, d1C-s1, d2D-s1, d0D-s1, d1D-s1, d2

C-s2, d0C-s2, d1C-s2, d2D-s2, d0D-s2, d1D-s2, d2

C-s3, d0C-s3, d1C-s3, d2D-s3, d0D-s3, d1D-s3, d2

EE-d2F

Indicativele asociate claselor de reacie la foc a produselor pentru construcii (exceptand pardoselile, produsele termoizolante pentru tubulatur liniar i cablurile electrice) caracterizeaz urmtoarele performane: s1 SMOGRA 30 m2s-1 i TPS600s 50 m2; s2 SMOGRA 180 m2s-1 i TPS600s 200 m2; s3 nici s1 nici s2; d0 fr picturi / particule aprinse conform EN 13823 nainte de 600 sec.; d1 fr picturi / particule aprinse care persist mai mult de 10 sec. conform EN 13823 n 600 sec.; d2 - nici d0 nici d1. Aprinderea hartiei de filtru conform EN ISO 11925-2 clasific produsul n clasa d2.Pentru a depsi unele blocaje induse de neactualizarea unor reglementri specific domeniului securitate la incendiu, este necesar stabilirea unor reguli de nlocuire, cu character provizoriu, a vechilor clase de combustibilitate din normele i reglementrile tehnice specific cu euroclasele de reacie la foc. Aceast nlocuire este prezentat n tabelul I. 4.Pentru respectarea prevederilor legale cu privire la utilizarea claselor naionale de comportare la foc, care a fost permis numai pan la data admiterii Romaniei n Uniunea European, noul cod de securitate la incendiu va trebui s includ referiri precise la euroclase, fundamentate tehnic i adecvate diferitelor utilizri preconizate. Deoarece diferenele ntre criteriile de performan, aparatura de msurare i condiiile de ncercare sunt mai mult decat evidente, nu se poate face o echivalare ntre fostele clase de combustibilitate i euroclase de reacie la foc.Tabelul I.4: nlocuirea claselor de combustibilitate cu clasele de reacie la foc a produselor pentru construcii (exceptnd pardoselile, produsele termoizolante pentru tubulatur liniar i cablurile electrice)Clasa de combustibilitateC0 (CA1)C1 (CA2a)C2 (CA2b)

Clasa de reacie la focA1A2s1s3, d0d1Cs1s3, d0d1

A2s1, d0Bs1s3, d0d1

Clasa de combustibilitateC3 (CA2c)C4 (CA2d)

Clasa de reacie la focDs1s3, d0d1A2s1s3, d2

Bs1s3, d2

Cs1s3, d2

Ds1s3, d2

E-d2

F

Comisia european a decis asupra criteriului de performan FIGRA s stea la baza clasificrii europene pentru produsele pentru construcii precum i timpul de realizare a flashoverului cand sunt testate n colul camerei, baz fundamental a noului sistem de clasificare, prezentat n tabelul I.5.

Tabelul I.5: Clasificarea produselor pentru construcii dup indicele FIGRAEuroclasa dereacie la focFIGRA [kW/s]Timpul de producere aflashoverului

A1Mai puin de 0,15Nu produce flashover

A2Mai puin de 0,15Nu produce flashover

BMai puin de 0,5Nu produce flashover

CMai puin de 1,5Flashover dup 10 minute

DMai puin de 7,5Flashover 2 10 minute

EMai mult de 7,5Flashover n mai puin de 2 minute

FFr performan determinat

Produse pentru acoperisuri supuse cerinelor se securitate la incendiuDeoarece la nivel european nu exist n prezent o metoda de ncercare armonizat s-a convenit ca soluie ntermediar pan la adoptarea unei asemenea metode ca pentru clasificarea performanei la foc exterior s se aplice standardul ENV 1187:2002 i a versiunilor ulterioare ale acestuia. Standardul ENV 1187:2002 descrie 4 metode distincte de ncercare, care corespund la scenarii diferite de referin. Nu exist o corelare ntre metodele de ncercare i de aceea nu exist o ierarhie general acceptabil la nivel european ntre clasificrile aferente. Fiecare stat are dreptul de a-si alege combinaia/combinaiile ncercare/clasa corespunztoare riscului/riscurilor de incendiu i de a-si stabili o ierarhie naional de clasificare ntre diferitele combinaii ncercare/clas.Clasificrile corespunztoare celor patru metode de ncercare sunt identificate astfel: ENV 1187:2002 ncercarea 1:X_ROOF(t1), unde t1 = Numai corpuri arzande; ENV 1187:2002 ncercarea 2:X_ROOF(t2), unde t2 = Corpuri arzande + vant; ENV 1187:2002 ncercarea 3:X_ROOF(t3), unde t3 = Corpuri arzande + vant + radiaie; ENV 1187:2002 ncercarea 4:X_ROOF(t4), unde t4 = Corpuri arzande + vant + radiaie suplimentar.Pentru a stabili performana la foc a nvelitorilor de acoperis i a luminatoarelor, va fi necesar s se elaboreze ncercri care : s determine efectele asupra acoperisului provocate simuland corpuri arzande (fr vnt); s determine efectele vantului asupra nvelitorii i a luminatoarelor de acoperis care au fost aprinse de corpuri arzande (cu radiaie);Clase de performan la foc exterior pentru acoperisuri/invelitori acoperisuri i criteriile care stau la baza clasificrii acestora sunt prezentate n tabelul I.7.Criteriile de performan trebuie s conin limitri privind: ptrunderea incendiului n cldire prin acoperis sau luminatoare; propagarea incendiului pe suprafaa exterioar sau n structura nvelitorii de acoperis; producerea de picturi/particule arznde.Tabelul I.7: Clase de performan la foc exterior pentru acoperisuri/nvelitori acoperisuriMetod dencercareClasCriterii de clasificare

ENV1187:2002,incercare 1BROOF(t1)Pentru oricare ncercare trebuie s fie ndeplinite toate condiiile urmtoare:- propagare ascendent a focului n la interior i la exterior < 0,700 m;- propagare descendent a focului n la interior i la exterior < 0,600 m;- lungime maxim ars la exterior i interior < 0,800 m;- fr material arzand (picturi sau fragmente) care cad din partea expus;- fr particule arzande / incandescente care penetreaz construciaacoperisului;- nici o strpungere > 25 mm2;- suma tuturor strpungerilor < 4500 mm2;- propagarea lateral a focului nu atinge marginile zonei de msurare;- fr ardere interioar cu incandescen;- distana maxim de propagare a focului pe acoperisuri orizontale, la exterior i interior < 0,200 m.

FROOF(t1)Nicio performan determinat.

ENV1187:2002,incercare 2BROOF(t2)Pentru ambele serii de ncercare la viteza vantului de 2 m/s i 4 m/s:- lungime deteriorat medie a nvelitorii acoperisului i a substratului 0,550 m;-lungime deteriorat maxim a nvelitorii acoperisului i a substratului 0,800 m.

FROOF(t2)Nicio performan determinat.

ENV1187:2002,incercare 3BROOF(t3)TE 30 min i TP 30 min,in care TE reprezint durata critic de propagare a focului din exterior, iarTP durata critic de penetrare a focului.

CROOF(t3)TE 10 min i TP 15 min

DROOF(t3)TP> 5 min

FROOF(t3)Nici o performan determinat.

ENV1187:2002,incercare 4BROOF(t4)- nici o penetrare a sistemului acoperis n interval de 1 h.- n ncercarea preliminar, dup ndeprtarea flcrii de ncercare,epruvetele ard pentru < 5 min.- n ncercarea preliminar, propagare a flcrii < 0,38 m de-a lungul zoneide ardere.

CROOF(t4)- nici o penetrare a sistemului acoperis n interval de 30 min.- n ncercarea preliminar, dup ndeprtarea flcrii de ncercare,epruvetele ard pentru < 5 min.- n ncercarea preliminar, propagare a flcrii < 0,38 m de-a lungul zoneide ardere.

DROOF(t4)- sistemul acoperis este penetrat n interval de 30 min. dar nu este penetrat n ncercarea preliminar.- n ncercarea preliminar, dup ndeprtarea flcrii de ncercare,epruvetele ard pentru < 5 min.- n ncercarea preliminar, propagare a flcrii < 0,38 m de-a lungul zoneide ardere.

EROOF(t4)- sistemul acoperis este penetrat n interval de 30 min dar nu este penetrat n ncercarea preliminar.- propagarea flcrii nu este controlat

FROOF(t4)Nici o performan determinat.

Ingineria securitii la incendiuEvoluia unui incendiu ca ardere necontrolat, este profund neliniar i este caracterizat prin trei faze succesive: faza de cretere n care arderea se extinde relativ lent pe suprafaa materialelor combustibile faza de flash-over, definit ca momentul n care brusc se aprind toate materialele combustibile din incint, indiferent de distana pn la focar i fr contact direct cu flacra, ca urmare a cmpului radiant al flcrilor i a atingerii temperaturii de autoaprindere a materialului respectiv; temperatura n incint crete brusc de la 50-100 0C la 1000-20000C; faza de descretere, pe msura epuizrii cantitii de materiale combustibile n funcie de parametrii care condiioneaz incendiul, aceste trei faze pot avea durate i intensiti foarte diferite.Focul este un incendiu standard, stabilit n urma a sute de ncercri i de analiz- a incendiilor reale, reprezentat printr-o curb de evoluie n timp a temperaturii n incinta incendiat, definit printr-o expresie matematic. n acest fel rezultatele ncercrilor la foc pot fi utilizate, devin o banc de date pentru normative, proiectani, specialiti, utilizatori. Duratele de rezisten la foc i n general performanele de comportare la foc, se raporteaz aadar la foc adic la incendiul standard, i nu la incendiul efectiv, nerepetabil i ca urmare nemodelabil. Securitatea unui sistem tehnic, S, ca performan, este abilitatea acestuia de a nu produce evenimente critice sau catastrofale. Focul asociat cu securitatea sistemului tehnic defines securitatea la incendiu , de fapt la foc, a sistemului (Fire Safety).Obiectivele fundamentale ale securitii la incendiu sunt: prevenirea incendiului (Fire Prevention) i protecia la foc n condiii de incendiu (Fire Protection).Primul obiectiv al securitii la incendiu, din perspectiva proteciei la foc, este de a limita la nivele acceptabile probabilitatea producerii de victime i distrugeri ale proprietii i a mediului nconjurtor. Noua optic abordat de codurile naionale este de a da o prioritate absolut salvrii vieii dect a proprietii, n cazul unui incendiu. Din aceast perspectiv, se consider c distrugerile cldirii provocate de incendiu sunt probleme ale proprietarului sau asiguratorului.Ingineria securitii la incendiu este definit n Documentul interpretativ 2[footnoteRef:4] precum i de seria de standarde i rapoarte tehnice din familia ISO 13387, ISO 16731 16735, care n prezent, nu sunt preluate ca standarde europene sau romane. [4: Documentul interpretativ nr.2/1994 referitor la concepia privind sigurana la foc.]

Cerina esenial securitate la incendiu, alturi de celelalte cerine eseniale, revine factorilor implicai n conceperea, realizarea i exploatarea construciilor, precum i n postutilizarea lor i anume: investitorilor, cercettorilor, proiectanilor, verificatorilor de proiecte, productorilor i furnizorilor de produse pentru construcii, executanilor, proprietarilor, utilizatorilor, responsabililor tehnici cu execuia, experilor tehnici, precum i a autoritilor publice i asociaiilor profesionale de profil potrivit responsabilitilor legale ale fiecruia.Ingineria securitii la incendiu presupune analiza criteriilor globale de performan, care, printre altele, implic parcurgerea urmtoarelor etape: studiul influenei caracteristicilor cldirii asupra dezvoltrii i propagrii incendiului concretizat n scenariile de incendiu: sarcina termic, viteza de ardere, compartimente de incendiu, evacuarea fumului i gazelor fierbini produse de incendiu, etc.; cuantificarea riscului de incendiu funcie de mrimea compartimentului de incendiu considerat i de utilizatori i luarea n considerare a msurilor de protecie active i pasive n caz de incendiu. Aceast analiz de risc este bazat pe existena unor bnci de date statistice a incendiilor care au avut loc i pe proceduri probabilistice; determinarea curbei de nclzire ca o funcie de densitate de sarcin termic luat n contextul analizei de risc de incendiu; simularea comportrii globale a construciei supus aciunii termice dat de curbele de nclzire n combinaie cu ncrcrile statice n caz de incendiu; stabilirea prin calcul a rezistenei la foc a produselor pentru construcii. Rezistena la foc a produselor pentru construcii trebuie s fie mai mare decat valorile calculate pentru structura care este capabil s suporte ncrcrile statice determinate de incendiul definit de curbele parametrice; verificarea stabilitii construciei prin compararea timpului proiectat de rezisten la foc cu timpul efectiv necesar pentru evacuarea utilizatorilor, ca o consecin a unei cedri. n cele mai multe situaii cerinele sunt impuse n reglementrile tehnice specifice naionale.Utilizarea ingineriei securitii la incendiu i alegerea eficient a strategiei de securitate la incendiu nu reprezint un obiectiv n sine. Proiectarea unor cldiri obisnuite prin metodele prescriptive nu impun o limit superioar a soluiilor performante de securitate la incendiu.Exemple de astfel de cldiri sunt scolile i locuinele care ndeplinesc prescripii tehnice minime.Proiectarea msurilor de securitate la incendiu folosind analiza eficienei din punct devedere al costurilor este un concept relativ nou, demonstrat i aplicat pe mai multe tipuri de construcii cu diverse funciuni.Atestarea conformitii produselor pentru construcii cu rol n securitate la incendiuProducerea i comercializarea materialelor destinate construciilor se desfoara sub incidena numeroaselor legi i standarde n vigoare privind introducerea pe pia a acestora, fie ca este vorba de un proces complex de fabricaie sau importul acestora.Introducerea pe pia reprezint aciunea de a face disponibil, pentru prima dat, contra cost sau gratuit, un produs din domeniul reglementat, n vederea distribuirii i/sau utilizrii.n Romnia, introducerea pe pia a produselor pentru construcii cu rol n satisfacerea cerinei de securitate la incendiu este reglementat de Hotrrea Guvernului Romniei nr. 622/21.04.2004, privind stabilirea condiiilor de introducere pe pia a produselor pentru construcii, cu modificrile i completrile ulterioare, care preia Directiva 89/106 EEC produse pentru construcii.Conform actului normativ menionat, se admite introducerea pe pia a produselor care sunt destinate utilizrii n construcii, numai dac sunt adecvate pentru utilizrile preconizate, adic au astfel de caracteristici nct construciile n care urmeaz a fi ncorporate, asamblate, aplicate sau instalate, dac sunt corect proiectate i executate, pot s satisfac cerinele eseniale ale construciilor.[footnoteRef:5] [5: Tudorel MATEI, Alin BUNGHEZA - Condiii de introducere pe pia a produselor pentru construcii, cu rol de satisfacere a cerinei de securitate la incendiu]

Pot fi introduse pe pia i utilizate n scopurile prevzute, fr alte restricii legale, numai produsele care poart marcajul de conformitate CE.Marcajul CE indic faptul c produsele sunt conforme cu specificaiile tehnice relevante, recunoscute ca referine n acest scop, adic: standarde naionale care transpun standarde europene armonizate din domeniul produselor pentru construcii; agremente tehnice europene; alte specificaii tehnice naionale, recunoscute la nivel comunitar i ale cror indicative au fost publicate n Jurnalul Oficial al Comunitilor Europene.Tabelul I.8 de mai jos explic diferitele niveluri de atestare a conformitii necesare, n funcie de produse i clasele lor. Aceste sisteme de atestare permit prezumia de conformitate.Tabelul I.8: Niveluri de atestare a conformitiiClasaSistemul de atestare a conformitii

A1*, A2*, B*, C*1

A1**, A2**, B**, C**, D, E3

(A1 - E)***4

* Produsele supuse unui tratament pentru a mbunti reacia lor la foc** Produse fr tratament*** Produse ce se considerat c se ncadreaz, clasificate fr testare

Tabelul urmtor, tabelul I.9 prezint n detaliu sarcinile dedicate pentru fiecare parte pentru diferite niveluri de atestare a conformitii[footnoteRef:6]: [6: ISO/TC 22898/2006 Review of outputs for fire containment tests for buildings in the context of fire safety engineering]

Tabelul I.9: Sarcinile dedicate pentru fiecare parte pentru diferite niveluri de atestare a conformitiiSistemeSarcini dedicate organismelor autorizateSarcini dedicate producatorului

1- Testele iniiale- Inspecia iniial a fabricii- Controlul produciei- Teste suplimentare

3- ncercri de iniiale n laborator autorizat- Controlul produciei

4- Testele iniiale- Controlul produciei

Pentru supravegherea modului de introducere pe pia a produselor pentru construcii cu rol n satisfacerea cerinei de securitate la incendiu n Romnia, a fost desemnat Inspectoratul General pentru Situaii de Urgen - Serviciul pentru Supravegherea Pieei i Desemnarea Organismelor pentru Evaluarea Conformitii.

COMPORTAREA LA FOC A MATERIALELOR DE CONSTRUCTIIIntroducereIncendiile necontrolate prezint riscuri pentru viaa i proprietate din cauza eliberarii de fum, compusi toxici corozivi (pericol nontermal), i eliberarea de cldur (pericol termic), n toate etapele de foc (preaprindere, aprindere, dezvoltarea incendiului i propagarea flcrii, starea de echilibru, i degradarea). Pericolele nontermal i termic sunt create n primul rnd datorit utilizrii produselor fabricate din materiale combustibile (naturale sau sintetice).Aceste produse sunt utilizate ntr-o varietate de moduri n constructii rezideniale, private, guvernamentale, industrial dar i n industria transporturilor i de fabricaie. Prin urmare, numeroase scenariile de incendiu trebuie s fie luate n considerare pentru testarea produselor.Ca o simplificare, dou tipuri de metode standard au fost dezvoltate pentru testarea produselor: Metodele de testare conforme reglementrilor specifice sau acordurilor voluntare: Aceste tipuri de Metodele de testare sunt de obicei mai mari dect testele de laborator, care sunt incluse n codurile de baza. n general, produsele sunt testate n condiii de foc definite pentru configuraia final de utilizare. Metode de mici dimensiuni sau standard de testare: Aceste tipuri de metode de testare au fost dezvoltate pe baza expertizei calitative, precum i pe etapele de incendiu i pericolele asociate lor.[footnoteRef:7] [7: Hall, J.R. (Editor), ASTMs Role in Performance-Based Fire Codes and Standards, ASTM STP 1377, American Society for Testing and aterials, West Conshohocken, PA, 1999.]

n cadrul testelor, msurtori relativ simple sunt realizate pentru stabilirea diverselor proprieti la incendiu ale materialelor de la fiecare etap de incendiu i pericolele asociate. Aceste tipuri de metode standard de testare sunt utile pentru codurile de incendiu bazate pe performan, care sunt luate n considerare pentru a sustine sau pentru a nlocuii codurile de incendiu prescriptive de baz.Ambele tipuri de metode standard de testare pentru produse n configuraiile lor finale i materialele utilizate pentru construirea de produse sunt promulgate de ctre diferitele standarde naionale i internaionale, organizaii, agenii guvernamentale sau private. Australia (Standards Australia, SA) Canada (Canadian General Standards Board, CGSB) Europa (International Electrotechnical Commission, IEC; European Committee for Electrotechnical Standardization, CENELEC; European Committee for Standardization, CEN, International Standards Organization, ISO) Finlanda (Finnish Standards Association, SFS) Frana (Association Europeene des Constructeurs de Materiel Aerospatial, AECMA; Association Francaise de Normalisation, AFNOR) Germania (Deutsches Institut fur Normung, DIN) India (Indian Standards Institution, ISI) Israel (Standards Institution of Israel, SII) Italia (Ente Nazionale Italiano di Unifacazione, UNI) Japonia (Japanese Standards Association, JSA) Korea (Korean Standards Association, KSA) Noua Zeeland (Standards New Zealand, SNZ) rile nordice (Nordtest: Denmarca, Finlanda, Groenlanda, Islanda, Norvegia, i Suedia) China (China Standards Information Center, CSIC) Rusia (Gosudarstvennye Standarty State Standard, GOST) Africa de sud (South African Bureau of Standards, SABS) Taiwan, Republica China (Bureau of Standards, Metrology, and Inspection, BSMI) Marea Britanie (British Standards Institution, BSI; Civil Aviation Authority, CAA) Statele Unite(examples of government agencies: Department of Transportation, DOT; military, MIL; National Aeronautics and Space Administration, NASA; examples of private agencies: American National Standards Institute, ANSI, American Society for Testing and Materials, ASTM; Building Officials & Code Administrators International Inc., BOCA; Electronic Industries Alliance, EIA; FM Approvals; Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE; National Fire Protection Association, NFPA; Underwriters Laboratories, UL).Fiecare din organizaiile internaionale, att guvernamentale ct i industriile private de la nivel naional i fiecare ar enumerate mai sus, precum i altele, folosesc propriile metode standard de testare pentru evaluarea produselor i materialelor. Prin urmare, exist literalmente mii de metode standard de testare folosite la nivel mondial[footnoteRef:8]. [8: Hilado, C.J., Flammability Test Methods Handbook, Technomic Publication, Westport, CT, 1973.]

Pentru c exist mii de metodele de testare standard utilizate n prezent, produsele acceptate ntr-o ar pot fi respinse ntr-o alta, crend confuzie i probleme grave pentru productori i n domeniul reglementarilor de siguran la foc. Eforturi sustinute sunt astfel fcute, mai ales n Europa, pentru a armoniza metodele standard de testare. Recent, Comisia European a introdus testul un singur material arznd[footnoteRef:9] (SBI-single burning item) i clasificarea dupa reacia la foc (RFC reaction to fire classification), un exemplu de armonizare a sute de standarde europene i metode de testare pentru construirea de produse verificate printr-o singur metod standard de testare. Metoda de testare SBI (EN 13823), pentru teste de siguranta la foc a produselor pentru construcii ce vor fi utilizate pe scar larg de ctre productorii, permite aplicarea marcajului C, care va indica conformitatea cu cerinele eseniale ale Directivei 89/106/CEE. [9: European Committee for Standardization (CEN) (http://www.cenorm.be/)]

Caracteristicile materialelor Diverse produse utilizate n industria constructiilor i amenajarilor interioare sunt construite din materiale naturale i sintetice care conin carbon, hidrogen, oxigen, azot, sulf, halogen atomi, care sunt atasate ntre ele printr-o varietate materiale chimice i legaturi stucturale. Materialele sintetice sunt identificate ca materiale termoplastice, elastomeri i termorigide[footnoteRef:10]. Lemnul i bumbacul sunt exemple de materiale naturale iar polietilen,polipropilen, polistiren, nailon, policlorur de vinil i compozitelor cu matrici organice sunt exemple de materiale sintetice. [10: Mark, J.E. (Editor), Physical Properties of Polymers Handbook, American Institute of Physics, Woodbury,NY, 1996]

La expunerea la cldur, termoplasticele i elastomerii se nmoaie i se topesc de obicei, fr o evident carbonizare.Arderea de termoplastice i elastomeri este nsoit de picurare de ardere, picturile se colecteaz n partea de jos a materialului care arde formand un efect de ardere n piscina. Aceast etap reprezint un punct important al dezvoltrii i extinderii incendiului. Materiale naturale i termorigide, n general, nu se nmoaie i nici nu se topesc, dar se descompun n diferite procente i variabile cantiti la expunerea la cldur. Nonhalogenatii, termoplasticele halogenate, elastomerii i materiale naturale au o rezisten sczut la foc i sunt identificate ca materiale obinuite. Unele dintre materiale termoplastice, elastomerii i majoritatea materialelor termorigide, identificate ca materiale de nalt temperatur, au o rezisten la foc crescuta.Din cauza rezistenei sczute la foc, materiale obinuite necesit tratamente ignifuge pentru a crete rezistena la foc a acestora atunci cnd sunt utilizate la fabricarea de diverse produse[footnoteRef:11]. Folosirea substanelor de ignifugare este necesar pentru ntrunirea cerinelor de rezistent la foc cerute de testele standard. [11: Lyons, J.W., The Chemistry and Uses of Fire Retardants, John Wiley and Sons, New York, 1970.]

Cand este nevoie de protecie la incendii mari, produsele pentru construcii sunt fabricate din materiale cu un grad ridicat de ignifugare sau din materiale de temperatur nalt i foarte nalta, termoplastice halogenate i elastomeri ce au o ridicat rezisten la foc.Rezistena la foc a materialelor i a produselor este identificat n ceea ce privete uurina sau dificultatea cu care materialele sau produsele sunt supuse transformrii i trecerii prin urmtoarele procese atunci cnd sunt expuse la cldur: nmuiere i de topire descompunere, vaporizare i carbonizare aprindere propagarea flcrii i dezvoltarea flcrii eliberarea de cldur eliberarea de fum, compusi toxici i corozivinmuierea i topirea se refer la pierderea sau scderea rigiditii, deformarea plastic (ireversibil) i pierderea proprietilor mecanice. Acest fenomen este adesea ntlnit n fazele incipiente ale incendiului ca urmare a creterii temperaturii mediului ambiant sau n contact direct cu flacra de mici dimensiuni.Descompunerea, vaporizarea i carbonizarea sunt fenomene ce predomin n faza de dezvoltare a incendiului, acestea avnd loc ca urmare a unei cresteri substaniale de temperatur i definesc modul de comportare la foc a diverselor materiale.Fenomenul de aprindere caracterizeaz arderea generalizat, acesta aprnd datorita atingerii temperaturii de aprindere a materialelor sau a compuilor eliberai la suprafaa materialelor prin descompunerea(vaporizarea) lor, fenomen ce poarta denumirea de piroliz.Propagarea i dezvoltarea flacarii, eliberarea de cldur precum i eliberarea de fum i gaze toxice sunt fenomene ce apar pe toat durata manifestrii incendiului, de la iniierea lui pn la stingere(artificial sau ardere complet).Astfel, metode standard de testare au fost proiectate pentru a evalua uurina sau dificultatea cu care materialele i produsele sunt supuse proceselor de mai sus. n unele metode de testare, evaluarea se face numai vizual, n timp ce n altele, sunt facute msurri calitative. Aa cum a fost mai sus specificat, pentru armonizarea i evaluarea fiabil a rezistenei la foc a materialelor, este necesar s se utilizeze msurtori calitativ-cantitative, n detrimentu observaiilor vizuale.

Topirea i modificarea proprietilor mecaniceLa expunerea la cldur, termoplastice i elastomeri se nmoaie, se topesc, apare efectul de picurare (picturi arznd) genernd aprinderea altor materiale n imediata apropiere sau colectarea n partea de jos i arderea ca un foc de bazin de lichid (una dintre condiiile cele mai periculoase dintr-un incendiu). Propriettile de nmuiere, topire i curgere a materialelor sunt caracterizate de tranziia vitroas (TGL), temperatura de topire (Tm) i indicele de curgere (IFM). Valorile[footnoteRef:12][footnoteRef:13] acestor parametri sunt prezentate n tabelul II.1. [12: Harper, C.A. (Editor), Handbook of Materials for Product Design, 3rd edition, McGraw-Hill Handbooks,McGraw-Hill, New York, 2001.] [13: Domininghaus, H., Plastics for EngineersMaterials, Properties, Applications, Hanser Publishers, New York, 1988.]

Valorile pentru tranziia vitroasa i temperaturile de topire la materiale obinuite sunt mai mici dect la cele de nalt temperatur i materiale nalt halogenate. Materiale obinuite, cum ar fi polipropilena, ard cu cu o intensitate crescuta, incendii eliberand cantitati mari de produse de ardere complet i incomplet comparative cu incendiile la materiale de nalt temperatur i nalt halogenate.Incendii tip scurgere (balt) sunt stadiul cel mai periculos al unui incendiu i guverneaza intensitatea focului.n prezent, nu exist metode standard de testare pentru cuantificarea rezistenei la nmuiere i topire. Exist doar metode calitative de testare standard, cum ar fi prEN ISO 11925-2 i UL 94. Metodele de testare utilizate de ctre productorii (precum standard nonfoc) de a furniza datele pentru nmuierea i topirea materialelor ar putea fi adoptate ca o metod standard de ncercare pentru evaluarea rezistenei la foc a materialelor. n plus, nmuierea, topirea, i punerea n comun a caracteristicilor materialelor ar trebui s fie luate n considerare n evaluarea pericolelor la incediu.Tabelul II.1: Temperatura de tranziie vitroasa, temperatura de topire, Indicele de curgere al MaterialelorMarerialTemperaturaFlux de curgereg/10 min.

Tranzitie vitroasaTopire

Materiale obisnuite

Polietilena de joasa densitate-125105-1101,4

Polietilena de nalta densitate130-1352,2

Polipropilena-20160-16521,5

Polivinil acetat28103-106

Polietilen tereftalat69250

Policlorur de vinil81189

Alcool polivinilic85

PP (izotactic)100

Polistiren1009,0

Polimetilmetacrilat100-120130-1602,1-6,2

Materiale de temperature nalta

Polyetherketone, PEK119-225

Polyetheretherketone, PEEK340

Polietersulfon, PES190

Materiale nalt halogenate

Perfluor-alkoxyalkane, PFA75300-310

TFE, HFP, VDF fluoropolimeri 200115-12520

TFE, HFP, VDF fluoropolimeri 400150-16010

TFE, HFP, VDF fluoropolimeri 500165-18010

Fluorul polivinilidenfluoridic, PVDF-35160-170

Clortrifluoretilen etilen, ECTFE240

Perfluorpolioxialchilenilor peroxidici etilen, ETFE245-267

Perfluoroetilen-propilen, FEP260-270

MFA280-290

Tetrafluoretilen, TFE-130327

Descompunerea i vaporizareaLa expunerea la cldur, materialele se vaporizeaz, se descompun, i se carbonizeaz. Caracteristicile de vaporizare, descompunere i carbonizare a materialelor depind de stabilitatea lor termic, caracterizat prin temperaturi de vaporizare i descompunere (Tv/ Td), pierderile de cldur prin radiaie, conducie i convecie i (q), cldura de gazeificare (Hg) i randamentul de carbonizare.Cldura de gazeificare combin efectele componentelor individuale importante ntr-un singur parametru i care se refer la viteza de eliberare a vaporii materialului i, astfel contribuind la propagarea flcrii i intensificarea arderii.Valorile Hg, q, i randamentele de carbonizare au fost msurate i raportate n literatura de specialitate folosind urmtoarele teste standard: ASTM E 1354 and ISO 5660 (Calorimetru conic); ASTM E 2058 (aparat de msurare a propagrii focului);Exemple de date utile, care sunt disponibile pentru temperaturile de vaporizare i de descompunere, randamentele de carbonizare, pierderile de cldura, cldura de gazeificare pentru materiale sunt enumerate n tabelele II.2 i II.3.Tabelul II.2: Temperatura de vaporizare/descompunere, randamentul de carbonizare[footnoteRef:14] [14: Tewarson, A., and Pion, R.F., Flammability of Plastics. I: Burning Intensity, Combustion and Flame, 26:85103, 1976.]

MaterialulTv/Td(C)Randamentul de carbonizare(%)

Obinuite (ardere pe orizontal)

Poli (-metil stiren)3410

Polioximethilen (POM)3610

Polistiren (PS)3640

Polimetilmetacrilat (PMMA)3982

Elastomer poliuretan (PU)4223

Polidimetilsiloxan (PDMS)4440

Poli (acrilonitril-butadien-stiren) (ABS)4440

Polietilen tereftalat (PET)47413

Poliftalamid4883

Poliamid 6 (PA 6), Nylon4971

Polietilen (PE)5050

De temperatur ridicat (ardere pe vertical)

Ester cianat de Bisfenol-A (BCE)47033

Fenolic Triazin cianat ester (PT)48062

Polietilen naftalat (PEN)49524

Polisulfon (PSF)53730

Policarbonat (PC)54625

Cristal poliester lichid56438

Polypromellitimide (PI)56770

Polyetherimide (PEI)57552

Sulfur de polifenilen (PPS)57845

Poli Para (benzoil) fenilen60266

Poli ceton eter (PEEK)60650

Polifenil sulfon (PPSF)60644

Ceton polieter (PEK)61456

Polieter ceton ceton (PEKK)61962

Imide poliamid (PAI)62855

Poliamid (Kevlar)62843

Poli benzimidazol (PBI)63070

Poli para fenilen65275

Polibenzoxazolilor (PBO)78975

Policlorur de vinil (PVC)27011

Fluorur de poliviniliden (PVDF)320-37537

Policlorotrifluoroetilen (PCTFE)3800

Ester cianat fluorurat58344

Politetrafluoretilen (PTFE)6120

Tabelul II.3: Pierderile de cldur i de cldur de gazificare a materialelor[footnoteRef:15] [15: Lyon, R.E., Solid-State Thermochemistry of Flaming Combustion, Technical Report DOT/FAA/AR-99/56,Federal Aviation Administration, Airport and Aircraft Safety, Research and Development Division, William J. Hughes Technical Center, Atlantic City, NJ, July 1999.]

Materialulq(kW/m2)Hg(kJ/g)

DSCASTM E 2058

Obinuite

hrtie de filtru103,6

carton ondulat102,2

lemn de brad101,8

Placaj ignifugat (FR)101,0

Polipropilen, PP152,02,0

Polietilen, PE, de joas mic151,91,8

Polietilen, PE, densitate mare152,22,3

POM132,42,4

PMMA111,61,6

nylon 6,6152,4

poliizopren102,0

ABS103,2

Stiren-butadien102,7

Polistiren, spume PS10-131,3-1,9

PS granular131,81,7

Poliuretan, PU, spume flexibile16-191,41,2-2,7

PU-spume rigide14-221,2-5,3

Poliizocianurat, UIP, spume14-371,2-6,4

Poliester / fibra de sticla10-151,4-6,4

spuma PE121,4-1,7

De temperatur ridicat

Policarbonat, PC112,1

spum fenolic201,6

Spum fenolic ignifugat203,7

Fenolici / fibra de sticla207,3

Poliamid fenolic-aromatic157,8

Halogenate

PE/25% clor (Cl)122,1

PE/36 % Cl123,0

PE/48 % Cl103,1

Policlorur de vinil, PVC, rigid152,5

PVC plastifiat101,7

Etilen-tetrafluoretilen, ETFE270,9

Perfluoroetilen-propilen, FEP 38382,4

Etilen-tetrafluoretilen, ETFE480,8-1,8

Perfluor-alkoxyalkane, PFA37371,0

Aprinderea materialelorRezistena la aprindere a unui material este exprimat n termeni de ntrziere a aprinderii (iniierii flcrii) caracteristice unui material atunci cnd este expus la cldur .ntrzierea aprinderii depinde de gradul de expunere cldur i de grosimea materialului expus, d, i adncimea de penetrare termic definit ca[footnoteRef:16]: [16: Fernandez-Pello, A.C., and Hirano, T., Controlling Mechanisms of Flame Spread Combustion Science &Technology, 32: 131, 1983]

unde este difuzivitatea termic a polimerului (mm / s), tig este timpul de aprindere (s), k este conductivitatea termic a polimerului [kW / (m K)], este densitatea polimerului (g/m3), iar c este capacitatea termic a materialului [kJ / (g K)]. Un material se comport ca un material termic subire cnd > d i ca material termic gros cnd < d. Timpul de aprindere la materialele termice subiri i groase satisfac urmtoarele relaii:Pentru materialele termice subiri

Pentru materialele termice groase

unde Tig este diferena de temperatura dintre temperatura ambiant i temperatura de aprindere (K), i d este frecvent definit ca densitatea global a materialului (g/m2), qe este fluxul de cldur extern pe unitatea de suprafa a materialului (kW/m2) iar, qpierdut este fluxul total de caldur dispersat (prin convecie, conducie i radiaie) (q "e este fluxul de cldur extern pe unitatea de suprafa a materialului (kW/m2),. Termenul Tigdc este definit ca parametru de rspuns termic (thermal response parameter -TRP) al unui material termic subire((kW s) / m2) i termenul Tig kc este definit ca TRP al unui material termic gros ((kW s1 / 2) / m2). Valorile TRP reprezint rezistena la aprindere a materialelor.Pentru evaluarea pericolelor de incendiu i a cerinelor de protecie la incendiu bazate pe coduri de performan, metodele de inginerie solicit valori efective ale ineriei termice(kc). Valorile kc pentru materiale pot fi derivate din valorile TRP, valori ale temperaturii de aprindere, fie estimate din valoarea CHF sau msurate direct.

Figura II.1: Relaia dintre timpul de aprindere i fluxul de cldur extern pentru un material termic subire

Figura II.2: Relaia dintre timpul de aprindere i fluxul de cldur extern pentru un material termic grosComportamentele materialelor termice subiri i groase sunt prezentate n figurile II.1 i II.2, definind astfel relaiile liniare ce se gsesc ntre 1/tig i q"e respectiv ntre 1/tig1/2 i q"e. Inversul pantei furnizeaz valorile TRP pentru materialele termice subiri i groase.Fluxul minim la care nu se produce aprinderea materialului reprezint qpierdut. Cnd pierderile de cldur sunt neglijabile n condiie de flux de aer nesemnificativ, qpierdut q" cr unde q" cr este definit ca flux termic critic (critical heat flux -CHF), flux de cldura sub ale crui valori nu are loc o aprindere. Valoarea CHF reprezint rezistena la aprindere a unui material i este strns legat de valoarea Tig. Metode standard de testare au fost dezvoltate pentru examinarea rezistenei la aprinderie a materialelor.Unele metode de testare furnizeaz date calitative, n timp ce altele ofer date cantitative pariale sau complete pentru rezistena la aprindere a materialelor. Urmtoarele sunt exemple de metode standard comune de testare utilizate pentru examinarea rezistenei la aprindere a materialelor[footnoteRef:17][footnoteRef:18]: [17: ISO Standards (http://www.iso.ch/iso/en/isoonline.frontpage).] [18: ASTM Standards (http://www.astm.org).]

ISO 871 (Tig, cuptor fierbinte); ASTM D 1929 (TFlash: temperatura de aprindere spontan); ASTM E 1352 (calitativ - aprindere de la igar a mobilierului tapiat); ASTM E 1353 (calitativ - rezisten la aprindere de la igar a componentelor de mobilier tapitat); ASTM E 1321 i ISO 5658 (valori CHF i TRP pentru materiale); ASTM E 1354 i ISO 5660 (valori CHF i TRP pentru materiale); ASTM D 1929 (valori Tig pentru materiale plastice); ASTM E 2058 (valori CHF i TRP pentru materiale).Testele efectuate n aparatul specificat n trei standarde enumerate mai sus, ASTM E 1321 i ISO 5658 (aprindere lateral i testare de propagare a flcrii), ASTM E 1354 i ISO 5660 (calorimetrul conic), i ASTM E 2058 ofer seturi complete de proprieti la foc pentru evaluarea rezistentei la aprindere a materialelor. Aceste aparate ofer, de asemenea, datele ntr-un format care este util pentru metodele inginereti n codurile de incendiu bazate pe performan.Exemple de date pentru CHF i TRP de la testele efectuate n conformitate cu ASTM E 1354 i ISO 5660 (calorimetru conic) i ASTM E 2058 (aparate de propagare a focului), sunt prezentate n tabelul II.4. Materialele cu rezisten la aprindere mare vor avea valori ridicate pentru CHF i TRP.Tabel II.4: Flux critic de cldur i parametru de rspuns termic de la Calorimetrul Conic (ASTM E 1354) i aparatul rspndire a focului (ASTM E 2058)[footnoteRef:19] [19: . Hirschler, M.M., (a) Heat Release from Plastic Materials, Babrauskas, V., and Grayson, S.J. (Editors), Heat Release in Fires, E & FN Spon, Chapman & Hall, New York, 1992, pp. 375422.]

MaterialASTM E 2058ASTM E 1354

CHF (kW/m2)TRP(kWs1/2/m2)CHF(kW/m2)TPR(kWs1/2/m2)

Obinuite

hrtie absorbant1095

ziar10108

lemn10134

carton ondulat10152

Lemn (ignifugat, FR)10251222

ln232

Polietilen (PE)15454526

PE364

Polietilen cu legturi ncruciate (XLPE)385

Polipropilen (PP)15288291

PP / fibra de sticla377

Polimetilmetacrilat, PMMA10274222

Polioximetilen, POM10250357

Polistiren, PS20146556

PS-ignifugat (FR)667

PS spum20168

PS spum-FR20221

nailon333

nylon 620154379

Polibutilentereftalat, PBT588

Polietilen tereftalat, PET10174435

Poli (acrilonitril-butadien-stiren), ABS317

ABS-FR556

ABS-PVC357

Vinil elastomer termoplastic20294

Spum de poliuretan, PU76

Termoplastic PU-FR500

EPDM / stiren-acrilonitril (SAN)417

poliester izoftalic296

ester de vinil263

epoxid457

Panouri acrilice, FR233

Tabel II.4: Flux critic de cldur i parametru de rspuns termic de la Calorimetrul Conic (ASTM E 1354) i aparatul rspndire a focului (ASTM E 2058)-continuare[footnoteRef:20] [20: Tewarson, A., Khan, M.M., Wu, P.K.S., and Bill, R.G., Flammability of Clean Room Polymeric Materials for the Semiconductor Industry, Journal of Fire and Materials, 25: 3142, 2001.]

De temperatur nalt

Polisulfon (PSF)30469

Poli eter eter ceton (PEEK)30550

Policarbonat (PC)30357

Polifenilen oxid, PPO-polistiren (PS)455

Halogenate

Policlorur de vinil, PVC, flexibil10215

PVC-ignifugat (FR) flexibil222

PVC rigid357

Clorurat de PVC, CPVC40435

ABS-PVC, flexibil1973

Clortrifluoretilen etilen, ECTFE38450

Policlorotrifluoretilen, PCTFE30460

Copolimer etilen-tetrafluoretilen, ETFE25481

Fluorul polivinilidenfluoridic, PVDF40506

Politetrafluoretilen, PTFE50654

Copolimer Perfluoroetilen-propilen, FEP50680

Nylon / fibra de sticla359

Compozite pe baz de fibre

Poliester / fibr de sticl (30%)20256

Poliester izoftalic / fibr de sticla (77%)426

Vinil ester / fibr de sticla10312

Cianat ester / fibr de sticla302

Cianat ester / fibr de grafit201000

Fenolici / fibr de sticla20610

Fenolici / fibr de Kevlar15403

Acrilic / fibr de sticla180

Sulfur de polifenilen / fibr de sticla20909

Polifenilen oxid, PPO / fibr de sticla435

Rspandirea flcrii i ardereaAceasta este una dintre etapele cele mai importante n cadrul unui incendiu i este n primul rnd responsabil pentru crearea pericolele de incendiu din cauza eliberri de cldur, fum, compui toxici i corozivi. Ca urmare, numeroase metode standard de testare ,mici, medii, i la scar larg au fost dezvoltate pentru a evalua propagarea flcrii, creterea focului, i de vrful de echilibru al arderii precum i comportamentul materialelor i produselor, acesta din urm fiind evaluat att calitativ, ct i cantitativ.Rspndirea flcrii i o cretere a incendiului poate fi considerat ca o faz de aprindere avanseaz n care marginea a flcrii acioneaz n calitate de surs de cldur i sursa de aprindere[footnoteRef:21]. Ea poate aparea pe suprafee orizontale, nclinate, i verticale, paralel sau opus direciei fluxului de aer. Una dintre urmtoarele comportamente la incendiu pot fi observate n timpul propagrii flcrii i procesului de dezvoltare a incendiului: [21: Fernandez-Pello, A.C., and Hirano, T., Controlling Mechanisms of Flame Spread Combustion Science &Technology, 32: 131, 1983.]

Nepropagarea flcrii. Flacra se manifest doar n zona de aprindere i dispare odat cu nlturarea sursei de cldur; Decelerarea arderii. Flacra i reduce intensitatea i dimensiunea odat cu naintarea n interiorul materialului; Propagarea flcrii. Flacra se rspndete i n afara zonei de aprindere i cuprinde ntreaga suprafa a materialului; Accelerarea arderii. Flacra se rspndete rapid cuprinznd ntreg materialul, aceasta crescnd n intensitate n afara zonei de aprindere.Ultimele dou tipuri de comportament sunt caracteristice materialelor cu temperaturi de iniiere a focului relativ mici i materialele uor inflamabile. Aceste dou comportamente se manifest n cazul materialelor ce au proprietatea de a autontreine arderea.Primele dou tipuri de comportament sunt caracteristice materialelor greu inflamabile, cu temperaturi de iniiere a arderii relativ mari sau materialelor ignifugate. n industria materialelor de construcii se urmrete folosirea materialelor ce se ncadreaz n aceast categorie de comportament. Acolo unde este necesar folosirea unor materiale uor inflamabile, iar acestora nu l-i se pot gsii substitueni, se trece la ignifugarea lor. Dac ignifugarea nu este posibil sau costurile pentru acest procedeu nu se justific atunci se aplic metode constructive (de montaj) pentru reducerea riscului de propagare i dezvoltare a incendiului. Pentru rspndirea incendiilor, marginea de extindere a flcrii transfer cldura naintea sa. Ca urmare, temperatura suprafeei crete i atinge temperatura de aprindere a materialului sau produsului (care ndeplinete valoarea CHF) i menine temperatura pn la producerea vaporiilor generai de materialul sau produsul de aprinde (satisfacerea valoarii TRP). Pentru solide, rata transferului de cldur este semnificativ pe unitatea de lungime a materialului xf .Rata rspndirea flcrii este exprimat ca[footnoteRef:22]: [22: . Quintiere, J.G., Principles of Fire Behavior, Delmar Publishers, New York, 1998.]

Unde V este rata rspndirea flcrii (mm / s), xf este distana de propagare n mm, i timpul pentru aprinderea flcrii n secunde, pentru materiale termic subiri i respectiv groase. Astfel, rata de rspndire a flcrii pentru materiale termic subiri i groase poate fi exprimat ca:Comportamentul pentru material termic subire:

unde qf este fluxul de cldur transferat n direcia de naintare a flcrii (kW/m2) i este dependent de viteza de eliberare de cldur.Comportamentul Material termic gros:

Valorile qe, qf i qpierdut depind de o varietate de condiii, cum ar fi forma, dimensiunea i aranjarea materialelor i produselor, debitul de aer i direcia curenilor de aer, orientarea fa de pereii, de deschideri i tavan, i altele. n plus, q"f depinde de rata de eliberare de cldur i relaii au fost dezvoltate ntre aceasta i rata de rspndire a flcrii n diferite condiii. Dup ce flacra sa extins pe toat suprafaa expus, arderea materialului atinge o intensitate de vrf, arderea fiind mai apoi n scdere odat cu consumarea materialului sau produsului. Intensitatea de ardere de vrf este, de asemenea, definit ca starea de ardere de echilibru. Ratele de eliberare de cldur i compui chimici sunt exprimate dup cum urmeaz:

unde Qch este randamentul chimic de eliberare a cldurii pe unitatea de suprafa a materialului sau produsului (kW/m2), G"j este rata de eliberare a compusului j pe unitatea de suprafa a materialului sau a produselor (g/m2s ), Hch este cldura de combustie chimic (kJ / g), iar yj este randamentul compusului j ( adimensional ).Urmtoarele sunt cele mai comune metode de propagare a flcrii i caracteristice de cretere a flcrii utilizate pentru msurtori n metodele de testare standard: viteza de propagarea flcrii pe suprafee orizontale, verticale sau nclinate; topirea, picurarea i aprinderea materialelor din apropierea mostrei datorit picturilor incandescente; fluxul de cldur minim sau temperatura la suprafa pentru propagarea flcrii; concentraie minim de oxigen pentru propagarea flcrii; rata de eliberare de cldur n timpul propagrii flcrii, creterea ei i arderea constant; rata de eliberare de vapori, material, fum, CO, CO2 i hidrocarburi n timpul rspndirii flcrii, creterii ei i arderea de echilibru;Urmtoarele sunt cele mai comune caracteristici ale intensitii ardere a unui incendiu care sunt utilizate pentru msurtorile n metodele de testare standard: rata de eliberare de cldur; rata de eliberare de vapori de material, fum, CO, CO2, i hidrocarburi;Metodele de testare standard specifica aparate pentru a fi utilizate precum i tipul de msurtori care trebuie s fie fcute pentru a caracteriza propagarea flcrii, creterea focului i intensitatea de arderea la materiale i produse. Unele dintre metodele standard de testare specific teste la scar mic, n timp ce altele specific teste intermediare i pe scar larg. n cele mai multe teste standard doar un numr limitat de caracteristici ale flcrii sunt cuantificate i anume doar acelea ce reprezint un citeriu de performan necesar pentru atestarea produsului n cauz n vederea ncadrrii lui n anumite clase de incendiu i domenii de utilizare.Numeroasele metode de testare dezvoltate la nivel global, n ciuda aspectelor comune ale acestora, este imposibil descrierea lor ntr-o manier general. Multe dintre aceste teste capt o raspndire rapid pe ntreg mapamondul datorit informaiilor eseniale pe care le ofer n privina proprietilor materialelor.SUBSTANTE FOLOSITE LA IGNIFUGAREA MATERIALELOR DE CONSTRUCII NOIIntroduceren industria materialelor de construcii materialele clasice (consacrate) tind sa fie nlocuite cu materiale de natur plastic (polimeri) datorit beneficiilor aduse de acestea: Timp redus de montaj i execuie; Proprieti fizice asemntoare materialelor de construcii clasice; Degradare redus n condiii de mediu neprielnice; Cost redus; Densitate redus (ncrcare redus a construciilor); Aspect plcut i multiple posibiliti de finisare;Prin prisma avantajelor i datorit normativelor n vigoare ce nu specific condiii sau au carene n condiionarea utilizrii acestor materiale, riscurile i pericolele au caracter excepional. Astfel sunt nlocuite materiale precum sticla cu plexiglas (PMMA - polimetacrilat de metil (placi acrilice, placi plexi, sticla acrilica, stiplex), sau panourile metalice cu panouri tip sandwich (spum poliuretanic) datori proprietilor fizice i termoizolante specific. Pe termen lung aceast soluie, pe lng avantajele mai sus enumerate, pot aduce economii la costurile de ntreinere i confort termic ns, n condiiile excepionale ale dezvoltrii unui incendiu aceste soluii prezint numeroase riscuri: Propagare rapid a flcrilor; ngreuneaz intervenia echipajelor pentru salvarea eventualelor victime i lichidarea incendiului (fum dens i gaze toxice, temperaturi mari de ardere, deformarea plastic a elementelor constructive, efectul de topire i picurare, etc.); Provoac pagube mari n timp scurt; Posibiliti multiple de propagare.Astfel s-a dezvoltat o nou ramur a industriei materialelor de construcii, materiale destinate ignifugrii. n 1998, industria ignifugrilordin Statele Unite, Europa i Asia a fost evaluat la peste 2,1 miliarde de dolari i a produs peste 1,14 milioane de tone de materiale. Pe piaa din SUA pentru anul 2000 a fost n valoare de 835 milioane dolari i este de ateptat s ajung la peste 2,4 miliarde de dolari la finele anului 2013, la o rat anual de cretere de 5,1 10% (CCA 2002). Produse chimice halogenate n valoare de 329 milioane $ n 2000 sunt de ateptate s ajung la o valoare de 684 milioane de dolari pana n 2013. Producia de ATH i trioxid de antimoniu a fost evaluat la 381 milioane dolari n 2000. Pentru perioada 2012-2015, se estimeaz c piaa mondial de material ignifuge s creasc la o rat de 3,5 la 4 la sut pe an, att n volum ct i ca valoare de baz, n ciuda crizei economice internaionale i a cderii pieei imobiliare[footnoteRef:23]. [23: Additives for Plastics Marketing Report by Business Communications Company (BCC), May 2012.]

n tabelul III.1 sunt prezentate date semnificative n evaluarea pieei i industriei de materiale folosite la ignifugare pentru anul 1998 iar n tabelul III.2 sunt prezentai principalii dezvoltatori ai acestor materiale.Tabelul III.1: Date reprezentative ale pieei i industriei de materiale pentru ignifugare pentru anul 1998U.S.A.(mii de tone)Europa(mii de tone)Japonia(mii de tone)Restul Asiei(mii de tone)Cantitatetotal(mii de tone)Valoare (milioane de dolari

Compui brominai68,351,547,897264,6790

Compui organici fosforai57,1712619175,1435

Compui clorinai18,524,72,12065,3116

Trihidrat de alumin259160429470260

Oxizi de antimoniu282315,52086,5327,5

Ali compui4229,810,5Nespecificat83149,5

total476,6360143,91651144,52,078

Tabelul III.2: Principalii dezvoltatori de ignifugani pe piaa mondialNatura ignifugantuluiDezvoltatori

Compui brominaiAmeribrom

Great Lakes Chemical

Albemarle Corporation

Dead Sea Bromine

Tosoh

Compui organici fosforaiAkzo Nobel Chemicals

Albright and Wilson

Daihachi

Compui nanohalogenaiAkzo Nobel Chemicals

Great Lakes Chemical

Albright and Wilson

Daihachi

Ajinomoto

Clariant

Bayer

Compui clorinaiDover Chemical

Occidental Chemical

Alumina Trihydrate

Alcan Chemicals Ltd.

Alcoa

Aluchem

J.M. Huber Corporation

Martinswerke Lonza

Nabeltec

Nippon Light Metal Company

Showa Denko

Sumitomo Chemical Co.

VAW

Compui ai melamineiDSM

Oxizi de antimoniuGreat Lakes Chemical

Occidental/Laurel Industries

Amspec Chemical Corporation

Nihon Seiko Co.

Sumitomo Metal Mining

Substane ignifuge sunt folosite n materiale plastice, deoarece acestea sporesc rezistenta materialului la aprindere, i odat ce are loc aprinderea ncetinesc rata de rspndire a flcrii. Un material plastic combustibil nu va devein neinflamabil prin ncorporarea unui aditiv ignifug. Cu toate acestea, aditivul ignifug polimer rezist la aprindere pentru o perioad mai lung, prelungeste timpul de arde, i genereaz mai puin cldur n comparaie cu materiale plastice nemodificate .Beneficiile materialelor plastice ignifuge au fost demonstrate prin compararea produselor comerciale cu i fr substane ignifuge. Utilizarea materialelor ignifuge conduce la un timp pana la reactie prelungit. n mod tradiional se folosesc fie compui halogenai cu trioxid de antimoniu ca un agent sinergic, sau compui ai fosforului pentru diminuarea reactiei la foc a materialelor termoplastice.Compui anorganici cu un coninut ridicat de ap, cum ar fi hidroxid de magneziu i trihidrat de alumin (ATH) sunt de asemenea utilizati. Adaosul de compui cu greutate moleculara redusa acioneaz ca umplutur sau pentru plastifierea polimerilor i degradeaz proprietile mecanice i aspectul. Prelucrare poate deveni, de asemenea, mai complicata mai ales n producia de piese complexe sau foarte subtiri.Utilizarea cu succes a materialelor ignifuge n produse termoplastice este un compromis sau n cel mai bun caz o alegere echilibrata. Alegerea tipului de aditiv, a dimensiunii particulelor i a modului de dispersare a lor trebuie sa fie una optima pentru a prevenii degradarea. Alegerea incorecta a dispersarii aditivilor solizi duce la reducerea proprietatilor materialului ignifugat. Aditivii cu masa moleculara redusa vor plastifia polimerii cu masa moleculara mare n funcie de polaritate, dimensiuni i de concentratie. Denaturarea la temperatura crescuta este drastic redusa la constituirea unor astfel de materiale plastice aditivate. Stabilitatea la cldur i lumina pot suferi modificari drastice odata cu ncorporarea materialelor halogenate.O schimbare semnificativ a standardalor privind propagarea flacarii i n ceea ce privete evoluia fumului reprezinta cerinte suplimentare n curs de dezvoltare. Multe din substanele ignifuge traditionale sporesc evolutia fumului, deoarece suprima propagarea flcrii. Materiale noi, n curs de dezvoltatre sunt propuse pentru a echilibra rata de propagare a flacarii cu generarea fumului.Noi produse chimie pe baz de silicon ctig teren ca substane ignifuge, fiind capabile sa suprime flacara n polimeri, unde pot fi dispersate cu succes.Tehnologia de nanocompozite are aplicaii de ni i evoluiia acesteia capt amploare. Nanocompozitele, n mare parte, sunt n prezent utilizate n combinaie cu deja existentele ignifuge biochimice. Cu toate acestea, este clar posibilitatea ca o astfel de tehnologie sa schimbe industria produselor ignifuge n viitorul apropiat.Acest capitol trece n revist aditivii ignifugi, proprietatile lor chimie i funcionalitatea, apoi, n ceea ce privete aplicarea lor n materiale plastice, subliniaz efectele eseniale asupra performanei mecanice, termice i durabilitatea. Aditivi sunt clasificati ca halogenai, fosforici i anorganici.Mecanismele de inhibare a flacriiCiclul de un incendiu este cel mai bine descris de triunghiul arderii al lui Emmon din figura III.1.O surs de cldur iniiaza aprinderea flcrii care necesit n continuare combustibil i oxigen pentru a se autosusinute i s creasc.

Figura III.1: Triunghiul de ardere al lui EMMON

Figura III.:2 Condiionarea pirolizei de ctre aportul (fluxul) de cldur

Figura III.3: Procesul de piroliz descompunere-arderePentru a opri focul, acest proces trebuie s fie ntrerupt la una sau mai multe etape.Substanele ignifuge inhiba acest proces, n funcie de mecanismul lor de aciune, n una sau mai multe etape critice (figura III.4). Literele (a), (b), (c), i (d) corespund cu schema de la figura III.4.[footnoteRef:24] [24: Price, D., Anthony, G., and Carty, P., Polymer Combustion, Condensed Phase Pyrolysis and Smoke Formation, in Horrocks, A.R., and Price, D., eds., Fire Retardant Materials, CRC Press, 2000.]

Figura III.4: Etapele combustiei polimerilora) n faza de gaz - mecanismul de otravire a flacariiSubstane ignifuge care acioneaz n faza de gaz sunt radicali liberi necrofagi ai oxigenului sau ai radicalilor hidroxizi prezenti n faza de gaz. Halogenaii chimici acioneaz n acest mod, de sine stttori sau n combinaie cu trioxidul de antimoniu, n acest caz, oxihalogenaii antimoniului sunt radicalii necrofagi activi liberi. Unele substane chimice fosforoase, cum ar fi fosfat de trifenil (trifenil fosfat /TPP), sunt cunoscute pentru aciunea lor n faza de gaz, dei ele par s participe, de asemenea, la formarea de sticl n faza solid a reaciei. Rcirea.Substane ignifuge care se descompun prin reacii endoterme vor rci mediu de ardere i, prin urmare, ncetinesc reacia. Trihidratul de alumin i hidroxidul de magneziu actioneaza ntr-un astfel de mod, prin eliberarea apei n reactia de descompunere endoterma.Reducerea concentraiei de oxigen.Concentraia de oxigen activ n faza de gaz sustine arderea de radicalilor de carbon i conduce la degajarea de i mai mult oxigen i a radicalilor hidroxil care propag descompunerea. Eliberarea de gaze inerte ntr-un mediu de incendiu dilueaza concentratia de oxigen activ i frneaz reacia.Mecanismul n faza solid. Carbonizarea, prin produse chimice pe baza de silicon sau cu coninut de fosfor ce au posibilitatea de a iniia reactia la temperaturi de piroliz ridicata, reacii de rupare alegaturilor n matricea polimerica, care creeaz o barier eficient pentru transferul de caldura i difuzia gazelor, oferind astfel o eficienta inhibare a flcrii. Aceste reacii seamn cu reaciile prezente n formarea de sticl i sunt catalizate de condiii acide i anumii cationi. Efectul Intumescence. Termenul se refer la formarea unui caracter poros prin aciunea combinata a unei surse de carbon, un agent de expandare (gaz eliberat), i un catalizator necesar pentru a initia reacia. Exemple de astfel de sisteme sunt combinaii de alcooli (surs de carbon), compusi ai amoniului (eliberarea de NH3 ca agent de expandare), i compui de fosfor, caz n care acidul fosforic format n timpul pirolizei actioneaza ca i catalizator al reactiei. Alegerea unui aditiv ignifug depinde cel mai bun mecanism care poate fi exploatat pentru matricea specific a polimerului. Ca un exemplu, carbonizare nu poate avea loc la polipropilena,dar este uor posibil la policarbonat i oxid de polifenilen.

Ignifuhani pe baz de materiale hidrataten utilizarea tuturor mineralelor hidratate principiul de actionare este descompunerea lor prin consumul de energie i eliberarea de ap, rezultnd n diluarea gazelor de ardere i racirea polimerului.Alumina trihidrat. Minerale hidratate, cum ar fi ATH au un coninut ridicat de ap i funcioneaz ca substane ignifuge prin eliberarea de ap combinat chimic (34,6 la suta pentru ATH), astfel rceste polimerul i ntrzie aprinderea. Descompunerea ATH este endoterma se face prin urmatoarea reacie:

Un mecanism suplimentar de inhibare a arderii la folosirea ATH este faptul c dilueaza gazele combustibile. Aceasta duce la eliberarea unei cantiti de cldur mai reduse i dezvoltarea mai lent a fumului. ATH ncepe sa elibereze ap la temperaturi ce pornesc de la 205 C. Tabelul III.3 arat coninutul de ap i temperatura de descompunere pentru unele minerale hidratate[footnoteRef:25]. [25: Green, J., Flame Retardants and Smoke Suppressants, in Lutz, J. T., and Grossman, R. F., eds., Polymer Modifiers and Additives, Marcel Dekker, 2001.]

Principala utilizare a ATH n termoplastice este pentru izolatiile conductorilor i materialelor din poliolefine i policlorur de vinil (PVC). Aceste materiale trebuie sa satisfac anumite cerine iar ATH este esenial n atingerea criteriilor de performan n regim de eficiena-cost.Din cauza cantitii crescute de ATH necesar pentru a ndeplini aceste cerine stricte, trebuiesc utilizate nivelurile de ncrcare de 40 60%. Uneori copolimeri speciali trebuie s fie utilizai pentru a produce un material cu proprietile fizice acceptabile pentru a fi dezvoltate. selecii ale dimensiunii particulelor i modificri ale suprafeei de acoperire a ATH sunt disponibile pentru a mbunti prelucrabilitatea i proprietile mecanice. Modificatea suprafetei ajut la o mai buna umezire a particulelor ATH, pentru a mbunti dispersia, precum i pentru a permite o mai bun rezisten la oc i alungire.Tabelul III.3: Proprieti fizice ale Trihidratului de alumin, Hidroxidului de magneziu i Carbonatuluit de magneziuMaterial

CaracteristicMaterialTrihidrat de alumin(ATH)Hidroxid de magneziu(Mg(OH)2)Carbonat de magneziu(Mg4(CO3)3(OH)24H2O)

Ap(%)34,63120,2

Dioxid de carbon(%)--36,1

Temperatura minim de escompunere(oC)205320230

Entalpia descompunerii(cal/g)-280-382-295

Greutatea specific(g/cm3)2,422,362,24

Tabelul III.4 descrie efectul pozitiv al modificarii suprafetei de ATH n meninerea proprietatilor mecanice ntr-o formula de etilen-vinil copolimer acetat (EVA). Cu toate acestea, modificarea suprafeei poate avea un efect negativ asupra propagarii flacarii i capacitatea de pigmentare(colorare).Hidroxid de magneziu i carbonat de magneziu. Hidroxid de magneziu este un alt hidratat mineral care este adesea utilizat n aplicaii termoplastice loc de ATH. Temperatura pentru eliberarea apei este mai ridicata fata de cea a ATH (320 fa de 205 C), iar acest lucru l face mai atractiv pentru industria termoplasticelor utilizate n medii cu temperatur mai ridicata. Combinaii de ATH i Mg (OH) 2 sunt uneori folosite pentru eliberarea apei i rcirea ntr-un anumit interval de temperaturi, reducndu-se astfel eliberarea de cldur i evoluia fumului.

Aceleai precizari fcute pentru ATH se aplic i pentru hidroxidul de magneziu: Tabelul III.5 cuantific mbuntirea proprietilor mecanice ale unei formule de polipropilen coninnd hidroxid de magneziu filmat, comparativ cu o formula cu Mg fr strat protector (OH)2. Rezistena la ap i rezistena chimic a substanelor chimice de acoperire utilizate pentru ATH i Mg (OH)2 au o importan critica deoarece aceste formule trebuie s treac teste stricte de performan cerute de industria materialelor ignifugante.Carbonatul de magneziu este un alt mineral hidratat ignifug important : se descompune n CO2. Descompunerea acestuia ncepe la 230 C, dar continu ntr-un interval de temperatur mai larg. Proprietile fundamentale ale ATH, Mg (OH)2, i carbonat de magneziu sunt prezentate n Tabelul III.3.Tabelul III.4: Efectul acoperirii cu ATHTestNeacoperit cu ATHAcoperire AminosilaneAcoperit cu ATH

Rezisten la rupere (Mpa)9,512,411,5

Alungirea la rupere (%)130200500

Indice de topire 10 kg-190oC(g/10 min)1,41,53,0

Rezistivitatea volumului 28 zile-50oC(ohm-cm)1E81,6E121,5E12

Tabelul III.5: Efectul acoperirii cu Hidroxid de MagneziuTestRin normalNeacoperitAcoperit cu Mg(OH)2

Rezisten la rupere (Mpa)2320,212,2

Alungirea la rupere (%)2801224

Indice de topire 10 kg-230oC(g/10 min)7n/d6,9

Rezisten la impactNu se rupe6,4Nu se rupe

Ignifugani pe baz de halogeniPrincipiul de functionare n utilizarea materialelor halogenate ignifuge este ntreruperea mecanismului de lan radical n faza de gaz. Urmtoarea schem prezint reaciile aprute:Eliberarea de radicali cu halogen ( X *= Cl * sau * Br) din inhibitorul R-X:

Formarea de hidroxizi de halogen (HX)

Neutralizarea radicalilor bogati n energie

Materiale pe baz de clorParafine clorurate. Parafine clorurate cu un coninut maxim de cl