Stal traci swoje właściwości wytrzymałościowe w temperaturze około
A. 600°C
B. 1300°C
C. 900°C
D. 1100°C
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2015 (arkusz Z.23-X-15.08).
Temperatura około 600°C jest przyjmowana jako bardzo ważna granica praktyczna, bo stal konstrukcyjna w takim zakresie traci dużą część swojej nośności i sztywności. Nie chodzi o to, że stal się wtedy topi, bo temperatura topnienia stali jest dużo wyższa, zwykle w okolicach 1450–1530°C zależnie od składu. Problem jest inny: przy pożarze spada granica plastyczności, moduł sprężystości i zdolność elementu do przenoszenia obciążeń. Belka stalowa może więc zacząć się wyginać, słup traci stateczność, a połączenia śrubowe czy spawane dostają dodatkowe naprężenia. W praktyce budowlanej dlatego stosuje się zabezpieczenia ogniochronne: farby pęczniejące, obudowy płytowe, natryski ogniochronne albo betonowanie elementów stalowych. Normy projektowe, np. podejście z Eurokodów PN-EN 1993-1-2, uwzględniają redukcję parametrów stali wraz ze wzrostem temperatury. Moim zdaniem to jedna z tych informacji, które trzeba kojarzyć od razu podczas oceny zagrożenia pożarowego obiektu. W akcji ratowniczej widoczna stalowa konstrukcja w rozwiniętym pożarze to sygnał ostrzegawczy: nawet jeśli element wygląda jeszcze solidnie, jego wytrzymałość może być już mocno ograniczona. Dlatego nie czeka się aż stal będzie czerwona jak w kuźni, tylko analizuje czas oddziaływania ognia, obciążenie konstrukcji i możliwość utraty stateczności.
Wybór temperatur 900°C, 1100°C albo 1300°C wynika często z mylenia utraty wytrzymałości z topnieniem metalu. To dość typowy błąd, bo intuicyjnie wydaje się, że stal jest groźnie osłabiona dopiero wtedy, gdy zaczyna świecić na jasno albo prawie się topić. W rzeczywistości konstrukcja stalowa może utracić wymaganą nośność znacznie wcześniej, już w okolicach 500–600°C. Przy takich temperaturach spada granica plastyczności i sztywność materiału, więc element zaczyna pracować zupełnie inaczej niż w temperaturze normalnej. Belka może mieć większe ugięcie, słup może utracić stateczność, a cała konstrukcja może zachować się jak układ przeciążony, mimo że obciążenie użytkowe się nie zmieniło. Temperatury rzędu 900°C i wyżej są oczywiście bardzo niebezpieczne, ale traktowanie ich jako dopiero początku problemu jest za późnym rozpoznaniem zagrożenia. 1100°C i 1300°C to wartości bardziej kojarzące się z bardzo rozwiniętym pożarem, piecami przemysłowymi albo stanem bliskim temperaturze topnienia niektórych stopów, a nie z granicą utraty właściwości użytkowych stali konstrukcyjnej. W ochronie przeciwpożarowej liczy się odporność ogniowa elementów, czas nagrzewania i krytyczna temperatura stali, a nie tylko to, czy metal się stopił. Z mojego doświadczenia najbezpieczniej zapamiętać prostą zasadę: stal nie musi się stopić, żeby konstrukcja przestała być bezpieczna. Dlatego w projektowaniu i działaniach ratowniczych tak duże znaczenie mają zabezpieczenia ogniochronne, klasy odporności ogniowej oraz ostrożna ocena ryzyka zawalenia.