ΕΦΙΚΤΟΤΗΤΑ ΠΥΡΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΜΕ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΠΥΡΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ κ.α. ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ

Η αναζήτηση συνθηκών πυρασφάλειας είναι ένα πολυσύνθετο πρόβλημα (συμπεριφοράς υλικών στη φωτιά, εκτίμησης κινδύνων, κ.λπ.) —πρόβλημα της «επιστήμης της φωτιάς», όπου όπως είναι ευνόητο πυρασφάλεια-πυροπροστασία αποτελεί το βασικό δίπολο που παίρνει κεντρική θέση στην όλη φιλολογία.
Ο όρος πυρασφάλεια υποδηλώνει εγγύηση ή βεβαιότητα  για την έλλειψη κινδύνων από πυρκαγιές.
Όμως, αν θέλουμε να δοθεί έμφαση στον μηχανισμό εξασφάλισης διαφόρων (εργασιακών και μη) χώρων από ατυχήματα, που μπορεί να προκαλέσει κάποια πυρκαγιά, πιο σωστό είναι να μιλάμε για πυροπροστασία.
Πριν αναφερθούμε στην πυροπροστασία λεπτομερέστερα, επιβάλλονται 1) διερεύνηση των ιδιοτήτων των υλικών (αντίσταση στην πυράκτωση κ.λπ.) που χρησιμοποιούνται για τον πυροπροστατευτικό μηχανισμό και 2) αναφορά, γενικά, στο «πλαίσιο διερευνήσεων» που απαιτεί η «υπερκείμενη» έννοια της πυρασφάλειας· απαιτείται, δηλαδή, αναζήτηση εφικτότητας πυρασφάλειας, που διευκολύνεται οπωσδήποτε με τη συνεκτίμηση κριτηρίων που επεκτείνονται στον επιστημονικό και τεχνολογικό χώρο.

ΟΜΑΔΟΠΟΙΗΣΗ ΥΛΙΚΩΝ

Ομαδοποιήσεις υλικών μπορεί να γίνουν με διάφορους τρόπους ανάλογα του επιζητούμενου σκοπού.
Συνήθως η κατάταξη των υλικών βασίζεται στις φυσικές ιδιότητες τους, όταν εξετάζεται η συμπεριφορά τους στη φωτιά κ.λπ.
Ο Πίνακας (12) δείχνει μία τέτοια ταξινόμηση, όπου οι κατηγορίες υλικών χαρακτηρίζονται όπως οι κατηγορίες πυρκαγιών του Πρότυπου Ε.Ν.2 για να αποφευχθούν πολλοί γραμματικοί συμβολισμοί, δεδομένου ότι στον Πίνακα αυτόν (12) παρουσιάζεται λεπτομερέστερα η συστηματοποίηση των υλικών καύσης του Πίνακα

Κατηγορίες                                      Είδος Ύλης                                                               Παράδειγμα
Υλικών
Α                                                   Στερεές ύλες                                                             Χαρτί, ξύλο, ύφασμα κ.λπ.
Β                                                   Παχύρευστες ή                                                          Κερί, ρητίνη, παραφίνη, βενζίνη,
                                                     ρευστές ύλες χρώματα, πίσσα
C                                                   Εύφλεκτα αέρια                                                        Μεθάνιο, Βουτάνιο, Προπάνιο
D                                                   Καιόμενα μέταλλα                                                     Αλουμίνιο (Αργίλιο), Νάτριο, Κάλιο, Μαγνήσιο, Ψευδάργυρος (σκόνη), Ουράνιο.


Πίνακας 12. Συστηματοποίηση Υλικών Καύσης

Η βαθύτερη έρευνα των συνθηκών πυρκαγιάς επιβάλλει ομαδοποιήσεις υλικών με βάση τη χημική τους σύσταση. Συχνά, τα υλικά διακρίνονται σε οργανικές ύλες και ανόργανες ύλες προκειμένου να αντιμετωπισθούν οι δυσκολίες που έχει μια πιο «εμπεριστατωμένη» χημική θεώρηση. Παραδείγματα υλικών των μεγάλων αυτών κατηγοριών δίνονται στον Πίνακα (13).
Άλλοτε, πάλι, η ομαδοποίηση υλικών γίνεται με κριτήρια χρήσης (βιομηχανικά, δομικά υλικά) και μπορεί να στηριχθεί στην ύπαρξη ή όχι

Υλικά                                                                   Παραδείγματα   
                                                                           Γυαλί
                                                                           Κονιάματα
                                                                           Μέταλλα
Ανόργανα                                                            Ορυκτές Ίνες
                                                                           Προϊόντα Χαλυβουργίας
                                                                           Τούβλα

                                                                          Πετρελαιοειδή κ.λπ. Καύσιμα υγρά
Οργανικά                                                             Πλαστικά
                                                                          Ξύλο

Πίνακας 13. Ανόργανα και Οργανικά Υλικά

μεταλλικών ιδιοτήτων και να επιτρέψει ταξινόμηση των υλικών σε μέταλλα (και κράματα τους) π.χ. χάλυβας, χαλκός, ψευδάργυρος, νικέλιο, μόλυβδος και μη μέταλλα π.χ. άνθρακας, γυαλί, πορσελάνες, τούβλα και κεραμικά, καουτσούκ (φυσικό, συνθετικό) και πλαστικά.
Τα παραπάνω παραδείγματα αποτελούν υλικά που, γενικά, έχουν ανθεκτικότητα στη διάβρωση (και χρησιμοποιούνται π.χ. ως υλικά κατασκευής των βιομηχανικών, πυροσβεστικών κ.α. εγκαταστάσεων) σε «συνήθεις» (λειτουργικές) συνθήκες. Σε «δυσμενείς» (θερμοκρασιακές) συνθήκες παρατηρούνται βασικές διαφοροποιήσεις ιδιοτήτων έτσι η χρήση πορσελάνων είναι ανάλογη του γυαλιού (οι πορσελάνες έχουν μεγαλύτερη μηχανική αντοχή), όμως η θερμική αγωγιμότητα και η αντοχή των πορσελάνων σε απότομες μεταβολές της θερμοκρασίας είναι χειρότερες του γυαλιού.
Το καουτσούκ αντέχει σε ανόργανα αντιδραστήρια σε χαμηλές θερμοκρασίες κ.λπ.

ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗΝ ΠΥΡΩΣΗ

Στη γενική επισκόπηση για τις καταπονήσεις υλικών , σημειώθηκε ότι στις φωτιές οι παραμορφώσεις υλικών μεγαλώνουν.
Ο κανόνας είναι γενικός, διέπει τους καλούς αγωγούς της θερμότητας (π.χ. μέταλλα) αλλά και τα λοιπά σώματα (π.χ. γυαλί, φελλός) που χαρακτηρίζονται «συμβατικά» κακοί αγωγοί της θερμότητας, γιατί όλα τα σώματα έχουν κάποια θερμική αγωγιμότητα (επιτρέπουν σε ένα ποσό θερμότητας να διέρχεται σε 1 sec, από μία τομή π.χ. 1 cm2 κάθετα προς τη ροή, όταν η πτώση της θερμοκρασίας ανά μονάδα μήκους είναι 1°C). Έτσι, ένα (θερμαινόμενο) μέταλλο από τη στιγμή που θα αρχίσει να διαστέλλεται χάνει τη μηχανική του αντοχή.
Για την αντίσταση των υλικών στην πύρωση έχουν διεξαχθεί πολλά πειράματα, εκπονηθεί μελέτες και πραγματοποιηθεί ένα πλήθος ερευνών.

Μερικά συμπεράσματα από τέτοιες εργασίες είναι τα πιο κάτω:
Α) Πάντοτε τα αποτελέσματα της πύρωσης των σωμάτων σε υψηλές θερμοκρασίες (1000-1200°) είναι δυσμενή για τα ίδια τα σώματα ορισμένα υλικά έχουν μικρότερη αντίσταση στην πυράκτωση.
Β) Εάν πρόκειται για σώμα οργανικό (ξύλο, πλαστικό χαρτί κ.α.), σε θερμοκρασία σχετικώς χαμηλή απανθρακώνεται ενώ σε μεγαλύτερη καίγεται.
Γ) Εάν το σώμα είναι μέταλλο με τη φωτιά θερμαίνεται γρήγορα σε όλη του την έκταση (γιατί είναι καλός αγωγός της θερμότητας), διαστέλλεται και τελικά λειώνει, εφόσον η θερμοκρασία φθάσει στο σημείο τήξης του.
Δ) Οι λίθοι παρουσιάζουν αντίσταση στην πύρωση, ανάλογα με τη χημική σύσταση και τη δομή του ιστού τους. Όσο όμως και αν οι λίθοι έχουν αντίσταση στην πύρωση, πάντα στις φωτιές τα αποτελέσματα είναι δυσμενή γιατί με την πύρωση οι λίθοι διαστέλλονται και η μηχανική αντοχή τους μειώνεται. Οι γρανιτικοί λίθοι αντέχουν περισσότερο στην πύρωση και ακόμη περισσότερο από αυτούς αντέχουν οι πέτρες που περιέχουν χαλαζία* πληροφορίες για τη θερμική αγωγιμότητα του χαλαζία δίνονται στο Διάγραμμα (1).
Όταν ο λίθος δεν υφίσταται αλλοιώσεις σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από 1200°C, λέγεται πυρίμαχος και χρησιμοποιείται για ειδικές κατασκευές (καμινάδες, κλιβάνους, πυρασφαλείς κατασκευές).
Ε) Το μπετόν που μπορεί να προσβληθεί από πυρκαγιά απαιτείται να έχει αυξημένη αντίσταση στην πυράκτωση* για κατασκευές, όπου το ενδεχόμενο αυτό είναι πιθανό, το χρησιμοποιούμενο σκυρόδεμα επιβάλλεται να έχει ειδική σύσταση (με υλικά αντοχής στην πύρωση, όπως π.χ. είναι ο μαγνησίτης, βωξίτης κ.λπ.). Μπετόν του είδους αυτού αντέχουν στην πύρωση (1200°C π.χ.).
ΣΤ) Το γυαλί όταν πυρωθεί, απότομα, θραύεται σε κομμάτια. Εάν πάλι πυρωθεί σιγά-σιγά μέχρι υψηλής θερμοκρασίας τήκεται για πυρασφαλείς καταστάσεις επιζητείται χρήση ειδικών γυαλιών που να αντέχουν στην πύρωση.
Ειδικότερα, το γυαλί αυτούσιο (γιατί σε ίνες ενσωματώνεται σε υλικά με βάση τσιμέντο και άσβεστο, ικανοποιητικής αντίστασης στην πυράκτωση) δεν αντέχει στη φωτιά —θραύεται εύκολα στις πυρκαγιές, λόγω θερμοκρασιακών διαφορών που επικρατούν στις δύο όψεις του— και για αυτό εφαρμόζονται διάφορες τεχνικές προκειμένου να αυξάνεται η ικανότητα ανταπόκρισης του στις αυξημένες απαιτήσεις της πυρκαγιάς (π.χ. γυαλί οπλισμένο με μεταλλικά σύρματα).
Ζ) Στον πυροπροστατευτικό σχεδιασμό, η εκλογή των υλικών (πολλά των οποίων πρέπει να έχουν υποστεί ειδική επεξεργασία για να αντέχουν στην πύρωση) είναι ένα σοβαρό ζήτημα και επαληθεύεται συχνά ότι η οικονομία δεν έγκειται στη χρήση φθηνών υλικών.

 

Οι θερμοκρασίες που αναφέρθηκαν πριν μπορεί να είναι πολύ μεγάλες (όπως εξάλλου σημειώθηκε ήδη) για ορισμένα υλικά —σε αυτά ανήκουν και αρκετά δομικά υλικά.
Η παρατήρηση αυτή επιτρέπει τις εξής συμπληρώσεις για συνηθισμένα δομικά υλικά:
α) Πειράματα έδειξαν ότι από τους 400°C και πάνω η αντοχή του σκυροδέματος σε θλίψη και το μέτρο ελαστικότητας μειώνονται όχι μόνο γρήγορα αλλά και σημαντικά. Όπως συμβαίνει και με τις μηχανικές ιδιότητες, οι θερμικές ιδιότητες του σκυροδέματος εξαρτώνται από την πυκνότητα του υλικού και σε τελική ανάλυση από τη φύση των αδρανών —βλ. Διαγράμματα (2) και (3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

β) Σε θερμοκρασία πάνω από 5S0°C, περίπου, οι μαλακοί χάλυβες και τα κράματα χάλυβα υψηλής αντοχής συμπεριφέρνονται επικίνδυνα (αστοχία υλικού). Για να μη υπάρχει ο κίνδυνος (από άμεση έκθεση του χάλυβα σε πυρκαγιά) επιδιώκονται διάφορες μεθοδολογίες (προστασίας) π.χ. ενσωμάτωση χάλυβα μέσα σε υλικό και παραπέρα ψύξη (με νερό) του συστήματος ή επικάλυψη με κατάλληλες θερμομονωτικές ύλες. Στο Διάγραμμα (4) δείχνονται οι τάσεις-παραμορφώσεις μαλακού χάλυβα.
γ) Τα ολόσωμα τούβλα συμπεριφέρνονται στη φωτιά καλλίτερα από τα ισομεγέθη διάτρητα ή κοίλα τούβλα τα τελευταία παραμορφώνονται περισσότερο στη φωτιά και η διαστολή τους επιφέρει μερικές φορές κατάρρευση τοίχων από τούβλα. Πειραματικά δεδομένα για τη θερμική αγωγιμότητα πήλινου τούβλου έχουμε στο Διάγραμμα (5). Υπάρχουν πυρίμαχα τούβλα από ειδική άργιλο (με περισσότερο οξείδιο αργιλίου).
ε) Το ξύλο διαδίδει εύκολα τη φωτιά και στις δομές μπορεί να υπάρξουν πολλά προβλήματα, συμπεριλαμβανομένων και εκείνων από το δηλητηριώδες μονοξείδιο του άνθρακα που —μπορεί να— βγαίνει στις πυρκαγιές ξύλου.
Ειδικές μελέτες δίνουν πολλά χρήσιμα για το θέμα στοιχεία, π.χ. για τις διαστάσεις της φωτιάς, τη διάρκεια της πυρκαγιάς κ.λπ. Τα δεδομένα, μάλιστα, από σχετικά πειράματα, επιτρέπουν εκτιμήσεις για τον άριστο συνδυασμό των πυροσβεστικών μέσων, επειδή (από τα πειράματα αυτά) έχουμε πολλά βασικά κριτήρια· έτσι, από πειράματα καύσης ξύλου σε κλειστούς χώρους (που θα μπορούσαν —για παράδειγμα— να είναι αποθήκες) .

στ) Η θερμοκρασία έχει επίδραση με pολύ πρακτικό ενδιαφέρον (πυροπροστατευτικός σχεδιασμός κ.λπ.) και επί των πλαστικών. Τα πολυμερή ως κατασκευαστικά υλικά, χαρακτηρίζονται συνήθως από την παρουσία σημαντικών παραμορφώσεων. Για τον προσδιορισμό των ορίων αντοχής, ανάλογα με τις απαιτήσεις και τον τρόπο φόρτισης έχει καθορισθεί ένας τύπος πειραματικών δοκιμών. Οι συνηθέστερες δοκιμές αντοχής των πολυμερών, π.χ., αναφέρονται σε εφελκυσμό, κάμψη, κρούση, κόπωση .
Γενικά η αύξηση της θερμοκρασίας επηρεάζει την κινητικότητα των μορίων και οδηγεί στη μετάπτωση της συμπεριφοράς από εκείνη του ψαθυρού σε εκείνη του όλκιμου σώματος. Χαρακτηριστικό των ψαθυρών υλικών είναι η απουσία σημείου διαρροής αντίθετα, χαρακτηριστικό των όλκιμων υλικών είναι η ανάπτυξη μεγάλων επιμηκύνσεων πριν από τη θραύση. Μπορεί να σημειωθεί ότι «η μετάπτωση του χαρακτήρα της θραύσης από ψαθυρό σε μη ψαθυρό έχει μεγάλη σημασία και λαμβάνεται πάντα υπόψη κατά τον σχεδιασμό, ιδιαίτερα όταν τα υλικά προβλέπεται να καταπονηθούν σε μία ευρεία θερμοκρασιακή περιοχή.
Η μελέτη της περιοχής μετάπτωσης γίνεται με συσχετισμό του ορίου διαρροής και της τάσης για ψαθυρή θραύση με τη θερμοκρασία.
Αποτελέσματα σχετικών πειραμάτων για την περίπτωση του (πολυ)μεθακρυλικού μεθυλίου δίνονται στο διάγραμμα (6), όπου αύξηση της θερμό-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

κρασίας συνοδεύεται από μείωση της τάσης διαρροής. Παρατηρείται ότι η τάση ψαθυρής θραύσης μειώνεται γραμμικά, όσον αυξάνει η θερμοκρασία και η καμπύλη της μεταβολής της τέμνει την καμπύλη της μεταβολής της τάσης διαρροής. Στο σημείο τομής ταυτίζονται τα μεγέθη των τάσεων ψαθυρής θραύσης και διαρροής. Η θερμοκρασία που αντιστοιχεί στο σημείο τομής χαρακτηρίζεται ως σημείο ψαθυρότητας (bittle point). Για θερμοκρασίες ανώτερες από το σημείο ψαθυρότητας το υλικό έχει μη ψαθυρή θραύση. Το αντίθετο παρατηρείται για θερμοκρασίες κατώτερες από το σημείο ψαθυρότητας.
Σε ακραίες περιπτώσεις, μία μείωση της θερμοκρασίας μπορεί να οδηγήσει σε μεταβολή της συμπεριφοράς του υλικού, δηλαδή σε μετάπτωση του χαρακτήρα από όλκιμο σε ψαθυρό. Η μετάπτωση αυτή συνοδεύεται από μια δραστική μείωση της αντοχής σε κρούση. Για το λόγο αυτό, απαιτείται μία σαφής γνώση της θερμοκρασιακής περιοχής στην οποία προβλέπεται η εφαρμογή του υλικού.
Η επίδραση της θερμοκρασίας στην αντοχή σε κρούση (ελεγχόμενου πλαστικού από PVC) φαίνεται στο διάγραμμα (7). Η συμμετοχή των εγκοπών σε αυτή την επίδραση εξηγείται με την ανάπτυξη συγκέντρωσης τάσεων και καθιστά σαφή τη σημασία των μικρορωγμων στην αντοχή του υλικού».