CHAR 21
Protezione dal fuoco di acciaio e sistemi cementizi

IRIS Vernici è dedita da diversi anni allo sviluppo della tecnologia dei prodotti
intumescenti ed è presente su diversi mercati con prodotti per la protezione al
fuoco.
Sul mercato italiano Six Italia, la società del gruppo specializzata nell'applicazione
di rivestimenti protettivi, è dal 1994 leader nella protezione al fuoco nel campo
delle costruzioni ferroviarie e navali con i prodotti sviluppati e fabbricati nel
nostro stabilimento di Basaluzzo, certificato secondo la norma ISO 9002.

Con l'inizio del 2002 IRIS Vernici scende in campo anche in Italia nel settore
dell'edilizia, dopo aver ottenuto, prima in Italia e tra le prime in Europa la
certificazione per la protezione dell'acciaio secondo la severa norma Europea ENV
13381-4.

Per la protezione dei sistemi cementizi IRIS Vernici propone l'utilizzo dei propri
dati di resistenza al fuoco ottenuti presso laboratori ufficiali Italiani, applicando le
moderne tecniche di calcolo agli elementi finiti per determinare la quantità di
pittura da utilizzare su specifici elementi strutturali e la resistenza al fuoco
ottenibile.

PITTURE INTUMESCENTI

Tra i vari materiali per la protezione al fuoco, le pitture intumescenti offrono
alcune caratteristiche uniche. Questi prodotti, infatti, richiedono un impiego di
materiale ed uno spessore ridotto, permettono una semplice applicazione in film
sottile con elevate prestazioni e possono essere applicati su strutture
architettoniche senza cambiarne forma ed aspetto.
Inoltre hanno un impatto ambientale molto contenuto, specialmente se basati
sulle nuove tecnologie a zero VOC, come nel caso dei nostri CHAR 21 e
, certificate per le loro qualità ecologiche dal dipartimento di Chimica
dell'Università Cà Foscari di Venezia.

 

L'intumescenza di CHAR 21 dopo la prova al fuoco

Tuttavia l'uso di pitture intumescenti per la protezione di strutture (sia in acciaio
che in cemento armato o CAP) garantisce il risultato richiesto solo se basato su
precisi calcoli per determinare lo spessore o la grammatura di pittura da
applicare in funzione della struttura (tipologia, elementi strutturali tozzi o snelli,
carico sul singolo elemento, condizioni di incendio e resistenze richieste).

Tale calcolazione deve essere basata su una serie di dati sperimentali ottenuti
mediante prove al fuoco appropriate, condotte in scala reale in un forno
sperimentale con precise caratteristiche.

Strutture in acciaio

La prestazione al fuoco viene espressa dal tempo che intercorre prima di arrivare
al collasso della trave o colonna. In effetti il collasso avviene perchè l'acciaio
perde quasi completamente la propria resistenza meccanica quando la
temperatura supera circa 500 °C. Il tempo al collasso, ovvero la resistenza R
espressa in minuti, dipende dallo spessore del film di pittura, dal rapporto tra la
superficie della trave esposta al fuoco e la sua sezione (fattore di massa) e dal
carico imposto alla trave.
Poiché la prova in scala reale di ogni possibile profilo usato nelle costruzioni
sarebbe eccessivamente costosa e dispendiosa di tempo, si fa ricorso ad una
prova generale eseguita su una serie di differenti profili con diverso fattore di
massa ricoperti con diversi spessori di materiale.
La più recente di queste metodologie di prova, e secondo vari esperti una delle
più severe, a livello mondiale è la nuova norma europea ENV 13381-4, utilizzata
per la certificazione di CHAR 21.
I dati ottenuti da questa prova sono poi analizzati con metodi di interpolazione,
modelli analitici o modelli numerici per ottenere tabelle e diagrammi. Questi ultimi
sono usati dal progettista per determinare lo spessore di pittura richiesto per ogni
tipo di trave o colonna per ottenere il grado di resistenza desiderato.

Per CHAR 21 IRIS Vernici mette a disposizione tabelle basate sulla temperatura
critica dell'elemento strutturale (deve essere valutata dal progettista in base al
carico dell'elemento secondo, ad esempio, la norma UNI 9502 o le norme
tecniche CNR "Progettazione di costruzioni resistenti al fuoco"), il fattore di
massa (ottenuto da manuale o calcolato geometricamente per i profili in
questione) ed il tempo di resistenza R richiesto.

In alternativa può essere fornita (solo in versione inglese) la guida progettuale
specificamente sviluppata per IRIS Vernici da FSD, con la quale lo spessore
necessario viene direttamente determinato in base ai carichi in condizione
d'incendio secondo Eurocodici.

Strutture in cemento e CA

A causa della grande diversificazione delle strutture esistenti in laterizio,
laterocemento, cemento armato e cemento armato precompresso non è possibile
ottenere metodi di calcolo semplici ed affidabili come nel caso dell'acciaio.

La proposta di IRIS Vernici in questo campo è l'utilizzo dei propri dati di
resistenza al fuoco di manufatti cementizi, ottenuti presso i maggiori laboratori
Italiani, come base di calcolo per la valutazione della resistenza dei diversi
elementi strutturali presenti nelle costruzioni. La complessità del problema
impedisce un semplice calcolo analitico e richiede viceversa l'utilizzo di modelli
matematici agli elementi finiti per descrivere il campo di temperature previsto
all'interno del manufatto, e di conseguenza la resistenza, durante l'incendio.

I nostri modelli sono già stati tarati mediante la simulazione numerica delle prove
sperimentali e la stima della conducibilità termica efficace dei nostri prodotti.
Pertanto in brevissimo tempo è possibile dimensionare lo spessore della
protezione intumescente per lo specifico problema del cliente.

Un esempio, relativo ad una soletta in laterocemento, è riportato nella figura
seguente.

Simulazione FEM: mappatura termica del manufatto dopo 120 minuti di
esposizione al fuoco

- 1200 g/m2 di            (pari a circa 600 µm di film secco) applicati
all'intradosso
- Temperatura massima all'interno delle barre dopo 120 minuti: 535 °C
- Temperatura massima all'estradosso: 124 °C

Note tecniche

Intumescenza significa "rigonfiamento" ed i rivestimenti intumescenti sono
infatti formulati con diversi componenti "attivi" che reagiscono tra loro quando la
temperatura supera certi valori, formando una schiuma carboniosa e generando
gas inerti. I gas sviluppati formano bolle nel film di pittura fino a formare una
spessa schiuma carboniosa solida che può espandersi fino a 100 volte il volume
originale. Si origina così una barriera isolante che protegge il supporto da rapidi
aumenti di temperatura. La protezione così ottenuta è utile per aumentare il
tempo al collasso di strutture metalliche o per aumentare la resistenza al fuoco di
pareti e soffitti.

Le pitture intumescenti soffrono di una scarsa resistenza all'umidità. Per
questa ragione, quando utilizzato all'esterno o in ambienti umidi, il prodotto deve
essere accuratamente protetto con una finitura resistente all'acqua.
La massima protezione può essere ottenuta con i sistemi poliuretanici
bicomponenti, quale il nostro PURETHAN. Sono adatte anche finiture
clorocaucciù, ad esempio il nostro CLORIDROX, che contribuiscono anche in parte
alla reazione al fuoco. In casi di umidità moderata, per una protezione
temporanea o semplicemente per rifinire l'opera con un colore a scelta si può
utilizzare lo smalto acrilico ad acqua IDROSOL.
Anche l'esposizione occasionale alle intemperie o alla pioggia prima
dell'applicazione della finitura dovrebbe essere evitata.

La prestazione al fuoco dell'intero sistema potrebbe essere influenzata dal tipo
di primer e di finitura utilizzate. Secondo alcune normative è necessario
effettuare una prova al fuoco del sistema primer-intumescente-finitura per
verificarne la compatibilità.

Su acciaio l'applicazione di un primer anticorrosivo va fatta preventivamente
per evitare la corrosione (la pittura intumescente non è utile a questo scopo) e
per garantire l'adesione. Molti tipi di primer in commercio sono adatti e non
influenzano la prestazione al fuoco. Ciò è generalmente verificato per primer che
abbiano un certo grado di reticolazione o crosslinking, ad esempio pitture
epossidiche bicomponenti o pitture alchidiche. Non sono in generale adatti primer
con leganti termoplastici, ad esempio bituminosi o clorocaucciù. In ogni caso è
raccomandabile una verifica sperimentale o la valutazione del nostro ufficio
tecnico.

L'emissione di fumi da rivestimenti intumescenti è generalmente bassa, sia
riguardo all'opacità dei fumi che alla tossicità. Tuttavia una certa cura dovrebbe
essere posta, ove richiesto dalle norme vigenti, alla possibile formazione di
sottoprodotti di decomposizione termica, anche considerando la finitura (ad es. i
Poliuretani possono generare HCN o i rivestimenti fluorurati HF).

La durezza e l'aspetto di una pittura intumescente sono simili a quelli di una
pittura murale, ma lo spessore può raggiungere o superare il millimetro. Pertanto
si possono incidentalmente formare graffi nel film, soprattutto se le travi in
acciaio sono preverniciate in stabilimento. Per assicurare la funzionalità del
rivestimento esse devono essere adeguatamente riparate usando uno stucco
intumescente (CHAR TIXO).
Il problema della scarsa resistenza all'acqua risulta ridotto nei sistemi
intumescenti a base epossidica (CHAR 27) che sono studiati per l'impiego in
ambienti aggressivi. Questi prodotti danno, rispetto ai precedenti, un rapporto di
espansione più basso e una schiuma carboniosa più consistente.

Lo stesso problema è superato in speciali pitture, ad esempio CHAR 23 e CHAR
24, che hanno grande resistenza all'esterno anche senza finitura. Le loro
prestazioni al fuoco, però, li rendono adatti solo ad impieghi particolari, per bassi
tempi di resistenza.

Altri materiali di simile tecnologia invece, i prodotti della serie IRISEAL sono
particolarmente adatti come sigillanti intumescenti per giunti e per
passaggio cavi. Possono essere forniti sia in barattolo che in cartuccia.

CERTIFICAZIONI, RAPPORTI DI PROVA E DI VALUTAZIONE

CHAR 21: Rapporto di prova n° Pr-04-01-02.093 del 03.01.2002, Istituto Pavus,
Praga, Repubblica Ceca

CHAR 21: Rapporto di valutazione n° PKO-02-1.027 del 19.09.2002, Istituto
Pavus, Praga, Repubblica Ceca

CHAR 21: Rapporto di valutazione "Char 21 fire retardant paint on steel
structures - Design guide based on prENV 13381-4", FSD Fire Safety Design AB,
Malmö, Svezia, 06.08.2002

CHAR 21: Rapporto delle prove di compatibilità di primer e finiture, J. Seidl &
spol. s.r.o., Dvur Kralove, Repubblica Ceca. Eseguite presso laboratorio PAVUS di
Veseli nad Luznici, Repubblica Ceca, maggio 2002

CHAR 21: certificato del dipartimento di Chimica dell'Università di Venezia,
"Valutazioni ecologiche sul prodotto CHAR 21", 20.03.2002

   : Rapporto di prova CSI 0992 RF del 31.01.2001 - REI 120, Istituto
CSI, Bollate (MI)

   : Rapporto di prova CSI 0981 RF del 07.01.2002 - REI 90, Istituto
CSI, Bollate (MI)

   : Rapporto di prova 176163 del 07/10/2003, Istituto Giordano,
Bellaria (RN)