Ünite 6: Yapı Malzemelerinin Yangın Karşısındaki Davranışı ve Duman Kontrolü

Yapı Malzemelerinin Yangın Karşısındaki Davranışları

Brulörler, kalori ölçerler ve duman ölçüm ekipmanları kullanılarak uygulanan test ve deneylerde yapı malzemeleri belirli yöntemlerle ve belirli bir sürelerde tutuşturularak, tutuşabilirlik, ısı salınımı, duman oluşumu ve ağırlık kaybına dair ölçümler yapılmaktadır.

Avrupa Birliği, üye ülkeler arasında yapı malzemelerine dair farklı yaklaşımları ortadan kaldırmak ve yapı malzemelerinin sertifikalandırılarak satışa sunulmasına olanak vermek amacıyla Yapı Malzemeleri Yönetmeliği’ni ((305/2011/AB) yürürlüğe koymuştur. Uyum süreci çerçevesinde Türkiye’de de 10/07/2013 tarihli ve 28703 sayılı Resmî Gazete’de yayımlanan Yapı Malzemeleri Yönetmeliği (305/2011/AB)’nin 5. maddesi, yapı işleri için 7 temel gereklilik barındırmaktadır. Bu gereklilikler, mekanik dayanım ve stabilite, yangın durumunda emniyet, hijyen, sağlık ve çevre, kullanımda erişilebilirlik ve güvenlik, gürültüye karşı koruma, enerjiden tasarruf ve ısı muhafazası ve doğal kaynakların sürdürülebilir kullanımıdır. İkinci temel gerek olan “Yangın Durumunda Emniyet” ise aşağıda belirtilen 5 alt gerekliliği içermektedir:

• İnşa edilen yapının yük taşıma kapasitesi öngörülmüş olan belirli bir süre boyunca azalmamalı
• Yapı işleri içinde yangın ve dumanın oluşması ve yayılması sınırlı olmalı
• Yangının etraftaki yapı işlerine yayılması sınırlı olmalı
• Yapı sakinlerinin binayı emniyetli bir şekilde terk edebilmesi veya başka yollarla kurtarılabilmesi sağlanmalı
• Kurtarma ekiplerinin emniyeti göz önüne alınmalı

TS EN 13501-1+A1, yapı malzemelerinin yangın performansının ve olası bir yangının başlamasına olan katkısının belirlenmesine yönelik bir sınıflandırma standardıdır. Yanıcılık sınıfını gösteren sınıflandırma düzeylerinin açık ifadeleri aşağıdaki gibidir:

• A1: Hiçbir şekilde yangına katkıda bulunmayan malzeme
• A2: Yangına aşırı derecede sınırlı boyutlarda katkıda bulunan malzeme
• B: Yangına çok sınırlı boyutlarda katkıda bulunan malzeme
• C: Yangına sınırlı boyutlarda katkıda bulunan malzeme
• D: Yangına makul boyutlarda katkıda bulunan malzeme
• E: Yangına karşı tepki performansı kabul edilebilir olan malzeme
• F: Yangına karşı tepki performansı belirlenemeyen malzeme

İlave sınıflandırma olarak duman üretimine dair sınıflandırmaların açık ifadesi de aşağıdaki gibidir:

• s1: Duman gazı üretimi çok sınırlı olan malzeme
• s2: Duman gazı üretimi sınırlı malzeme
• s3: Duman gazı üretimi s1 ve s2 sınıflarının gerekliliklerini karşılamamış olan malzeme

Yapı malzemelerinin yanma damlacıkları (d) üretimine dair sınıflandırmaların ifadesi ise aşağıdaki gibidir:

• d0: Alev damlacıkları veya parçacıkları meydana gelmeyen malzeme
• d1: Alev damlacıkları veya parçacıkları çabucak sönen malzeme
• d2: Alev damlacıkları veya parçacıklarının oluşumu d0 ve d1 sınıflarının gerekliliklerini karşılamayan malzeme

A1 ve F sınıfları her zaman herhangi bir ilave sınıflandırma olmaksızın gösterilirler. İlave sınıflandırma olmaksızın E sınıfı, malzemeden alev damlacıklarının meydana gelmediğini göstermektedir. Tüm diğer sınıflar ise aynı zamanda ilave sınıflandırmalar içermektedirler. Örneğin; A2-s1,d0 veya B-s1,d0 veya D-s2,d2 gibi.

Binalarda Yaygın Olarak Kullanılan Yapı Malzemeleri

Binaların inşasında kullanılan yapı malzemeleri, yangın güvenliği hususunda öncelikli olarak binaların taşıyıcı sistemlerinde ve duvarlarında kullanılan malzemeler, yalıtım malzemeleri ve kaplama malzemeleri olarak üç grupta ele alınabilir.

Taşıyıcı Sistemlerde ve Duvarlarda Kullanılan Malzemelerin Yangın Karşısındaki Davranışları

Taşıyıcı sistemler ve duvar elemanlarında en yaygın kullanılan yapı malzemeleri beton, çelik, ahşap esaslı malzemeler ve tuğlalardır.

Tuğlalar: Üretimleri aşamasında yüksek ısılara maruz kalmaktadırlar. Bu nedenle yangına maruz kalmış bir tuğla duvarda renk değişikliği veya dayanım kayıpları beklenmemelidir. Ancak yangın esnasında oluşan çevre sıcaklığının 1200 ^o C’den yüksek olduğu durumlarda tuğla duvarlarda sinterleşmeye rastlanır. Yangına ve dolayısıyla yüksek ısılara maruz kalmış tuğla duvarlarda özellikle bağlayıcı unsur olan harçların özelliklerinin kaybolup kaybolmadığı önemlidir.

Beton: Sıcaklık karşısında çimento hamuru önce genleşir, sonra büzüşür ve sonra tekrar dengeleyici bir genleşme gösterir. Çakıllar ve iri kumlar ise 575 ^o C sıcaklıkta %0.7 ile %1.4’lük bir genleşme gösterirler. Bu etkilerle beton yaklaşık 600 ^o C’nin üstündeki sıcaklıklarda dayanımının büyük bir kısmını kaybeder. Sıcaklık 800 ^o C’ ye çıktığında ise hidratların içinde bulundurdukları suyu kaybetmeleri sonunda dayanımları %80 kadar azalır. 800 ^o C sıcaklıktan sonra agregalarda kabuk atma haricinde bir bozulma görülmezken, harç fazında büyük genişliklerde çatlaklar oluşmaktadır. Bunun sonucu olarak 800 ^o C sıcaklıkta numunelerin yük taşıma özelliklerini kaybettikleri yapılan testlerle saptanmıştır.

Çelik: Isıya karşı oldukça duyarlıdır ve ısı yükseldikçe mukavemetinde ve elastiklik modülünde hızlı düşüşler meydana gelir. Korunmasız olduğunda, yüksek sıcaklıklarda yumuşamaya başlayarak mukavemetini yitirir ve şekil değiştirir. Yüksek ısı karşısında artan plastik şekil değiştirmelerle birlikte, çelik konstrüksiyonlarda müsaade edilemeyecek kadar büyük şekil değiştirmelerine neden olur.

Ahşap: Tutuşma sıcaklığı 250 – 300 ^o C’dir. Tutuşma sıcaklığına erişen bir ahşap, gazlar ortaya çıkarır ve bu gazlar oksijenle birleşerek uzun alevli bir yanma oluşturur. Ahşabın bünyesinde bulunan reçine oranı da yanmanın hızını arttırır. Yanma süreci içerisinde ısının artması, ahşabın daha çok gaz çıkarmasına ve yangının devamına yol açar. Zamanla ateş ahşabın daha derin kısımlarına ulaşır ve geriye yavaş yavaş yanan kömür katranı kalır. Böylece ahşap yapı bileşeni taşıma gücünü gittikçe yitirir ve sonunda yapı içerisindeki görevini yerine getiremez olur

Sinterleşme, parçacıkların birbirine bağlanmasını sağlayarak önemli ölçüde mukavemet artışına ve özelliklerin iyileşmesine sebep olan ısıtma işlemidir

Yalıtım Malzemelerinin Yangın Karşısındaki Davranışları

Yalıtım malzemelerini genel olarak iki grupta ele almak mümkündür:

• İnorganik yalıtım malzemeleri; cam yünü, taş yünü, perlit
• Organik yalıtım malzemeleri; Polistre, poliüretan ve polietilen köpükler, çimentolu yonga levhalar vs.

Cam yünü: Yerli olarak temin edilen, inorganik ham maddelerin 1200 ºC – 1250 ºC sıcaklıklar arasında ergitilerek elyaf hâline getirilmesi sonucu oluşmaktadır. Kullanım yeri ve amacına göre farklı boyut ve teknik özelliklerde, değişik kaplama malzemeleri ile şilte, levha, boru ve dökme şeklinde üretilebilmektedir. Isı yalıtımı, ses yalıtımı ve akustik düzenleme ile birlikte yangın güvenliği de sağlamaktadır.

Taş yünü: Yerli olarak temin edilen inorganik ham maddelerin 1350 °C - 1400 °C’de ergitilerek elyaf hâline getirilmesi sonucu oluşmaktadır. Kullanım yeri ve amacına göre farklı boyut ve teknik özelliklerde, değişik kaplama malzemeleri ile şilte, levha, boru ve dökme şeklinde üretilebilmektedir. Isı yalıtımı, ses yalıtımı ve akustik düzenleme ile birlikte yangın güvenliği de sağlamaktadır.

Perlit: Yapılarda ısı yalıtımı amacıyla çimento ile karıştırılarak kullanılmaktadır. Perlit yapısındaki gözenekler sayesinde olağanüstü ısı ve ses yalıtım özelliğine sahiptir. Binalarda, sıva, şap, çatı kaplama ve katlar arasındaki ısı ve ses yalıtımını sağlamak amacıyla perlit kullanılmaktadır. Hafif olmasından dolayı binanın ölü yükünü azaltarak depreme karşı korur.

Ekstrüde polistren köpük: Ham maddesi petrol türevidir. Yapılarda ısı yalıtımı amacıyla kullanılır. %100 kapalı gözenekli homojen hücre yapısına sahip olup bünyesine su almamaktadır. TS EN 13501-1+A1 (2013)’e göre E sınıfındadır.

Poliüretan köpük: Ham maddesi petrol türevidir. Yapılarda ısı yalıtımı amacıyla kullanılır. Yandığında zehirli gaz ve boğucu duman çıkarmaktadır. TS EN 13501-1+A1 (2013)’e göre E sınıfındadır.

Genleştirilmiş polistren köpük: Hammaddesi petrol türevidir. Yapılarda ısı yalıtım amacıyla kullanılır. Yandığında, zehirli gaz ve boğucu duman çıkarmaktadır. Genleştirilmiş polistren köpük, levha, boru veya önceden şekil verilmiş elemanlar hâlinde, yapıların ısı ve ses yalıtımında ve ambalaj sanayinde yoğun bir şekilde kullanılmaktadır.

Plastik ve bitümlü malzemeler: Yanıcı bir malzeme olan plastikler genel olarak ikiye ayrılmaktadır:

• Termoplastikler: Isı ile şekil değiştirilebilen bu işlemin istenildiği kadar tekrarlanabildiği plastiklerdir.
• Termosetler: Bir kez ısı ile şekillendirildikten sonra ısı ile tekrar şekillendirilemeyen plastiklerdir.

Polietilen vb. bazı plastikler, yanma sırasında çok fazla yumuşayarak damlaması nedeniyle yangının 5 m uzaklığa kadar aniden yayılmasına yol açabilirler. Karbonca zengin olan plastiklerse, yoğun is tabakaları oluşturduklarından hem yangınla mücadeleyi güçleştirmekte hem de bina kullanıcılarının panik olmasına neden olmaktadırlar. Diğer yandan plastikler yanma sonucu zehirli gazlar ortaya çıkartmaktadırlar.

Kaplama Malzemelerinin Yangın Karşısındaki Davranışı

Bir yangın olayında yangınla ilk yüzleşen malzemeler olarak duvar, tavan, döşeme gibi büyük yüzeyli yapı elemanlarının iç yüzeyinde kullanılan kaplama malzemelerinin yangın karşısındaki davranışlarını bilmek önemlidir.

Alüminyum: Alüminyum yangın karşısında çok zayıf bir yapı malzemesidir. 600 ^o C’de ise erimektedir. Alçı: Bölücü eleman, tavan kaplaması, yüzey düzeltme ve yangın yalıtımı amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. Alçı bünyesinde %20 civarında kimyasal olarak bağlanmış kristal suyu içermektedir.

Seramikler: Yüksek sıcaklıklarda sinterleme ile dayanım kazanırlar. Bu nedenle binlerce yıldan beri ateşe maruz kalan yerlerde kullanılmış ve yüksek ısı teknolojisinin gerçekleşmesinde önemli rol oynamışlardır. Seramik yapı malzemelerinde yangın tahribatı, gerimeler nedeni ile kabuksu atmalar şeklinde görülmektedir.

Doğal Taşlar: Doğal taşların kuarzlı bileşenleri 575 oC’de hızla genleşerek atarlar. Mika parçalar 600 oC’den başlayarak kristal suyunu kaybederler. Bazalt ve kireç taşı, özellikle kireç agregası olarak, yangın için en uygun özellikleri gösterirler.

Cam ve Emaye: Pencere camı yangınlarda oluşan basınç yüzünden meydana gelen genellikle sıkışma gerilmeleri nedeniyle patlar. Cam köpüğü 600 oC’ye dek dayanımlıdır. Emaye kaplamalar ise yangınlarda ağ gibi çatlamalar gösterir ya da yüzeyden atarlar. Emayelenmiş olan malzemenin de burada büyük etkisi vardır.

Duman Kontrolü

Duman can güvenliği ile birlikte, mal güvenliğini de tehdit ederek çok kısa sürede büyük maddi zararlara neden olabilmektedir.

Duman 2 bileşenden oluşur:

• Görünen duman
• Görünmeyen duman (yangın gazları)

Görünen duman , çeşitli kimyasal bileşenlerin özellikleri ve ölçüleri ile ilişkilidir ve havada asılı kalır. Yeterli yoğunluğa ulaştığında görüşü engelleyebilir ve insanların dayanım gücüne bağlı olarak farklı insanlarda farklı etkiler yaratabilir. Duman tanecikleri gözleri yakar, görüşü azaltır, yön şaşırtma etkisi yapar ve kaçışı güçleştirir. Burun, ağız ve boğaza bulaşan duman öksürüğe ve nefes darlığına neden olur. Yutulan duman ise bulantı etkilerine yol açar.

Görünmeyen duman , yanan malzemelerin özelliklerine bağlı olarak ortaya çıkardıkları bazı yan ürünlerdir. Tüm tutuşma yan ürünleri zararlı değildir ama birbirleriyle etkileşimleri sonucu son derece zararlı olabilmektedirler. Yangın olaylarında açığa çıkan gazların tehlikeleri aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:

Tahriş ediciler: Örneğin binalarda çokça kullanılan PVC’nin bir tutuşma ürünü olan hidrojenclorid gibi bazı yangın gazları burun, ağız ve boğazdaki nem kanallarını tahriş eder ve öksürüğe neden olur. Bazı kimyasallar ise gözleri tahriş ederek, görmeyi azaltacak yoğunluğa ulaşmasalar bile kaçan kişilerin görme yetisini olumsuz etkileyerek binayı boşaltım sürecini güçleştirirler.

Uyuşturucu etkisi: Teneffüs edilen bazı yangın gazları tahriş edip, rahatsızlık vermeyebilirler ama nefes alma sistemi ile birleştiğinde kana nüfuz ederek anestezi etkisi yaratabilir ve yön karışıklıklarına ya da bilinç kayıplarına neden olabilirler.

Kokusuz gazlar: Karbonmonoksit ve nitrojenoksitlerin bazıları kokusuzdur ve kişi nefes darlığı olana dek bunların varlığını ve etkisini algılayamaz. Tüm yangınlarda değil ama çoğu yangında ortaya çıkan karbonmonoksit yangın olaylarındaki can kayıplarının başlıca nedenidir. Çünkü ortamdaki oksijeni tüketir ve insanlar normalde hareket ettiklerini zannederler ama hareketleri çok zayıflar. Bu durum insanların ısı ve gazlara maruz kalma süresini uzatır.

Duman Perdeleri ve Duman Engelleri

TS 10546’da duman engeli, herhangi bir yapıda yanma sonucu ortaya çıkan dumanın, yapı içerisinde başka bir bölüme geçmesini engellemek üzere yapılmış engel olarak tanımlanmıştır.

Yangın ve Duman Damperleri

Büyük ve kompleks binalarda iklimlendirme sistemleri (HVAC sistemler) çalışırken görev yapmak durumunda olan yangın ve duman damperlerinin dört tipi mevcuttur:

• Yangın damperi
• Tavan yangın damperi
• Duman damperi
• Kombine yangın duman damperi

Basınçlandırma Sistemleri

Basınçlandırma, binayı basınç bölgelerine ayırarak duman hareketlerinin kontrol edilmesi yöntemidir. Herhangi bir engelin iki tarafında olan basınç farkı duman hareketini kontrol edebilir ve engelin düşük basınç kısmından yüksek basınç kısmına duman sızıntısını önler.

Havalandırma

Dumandan arındırma için diğer bir yöntem duman çekiş bacaları ve bölmeleri ile alev yönlendirme bacalarının kullanılmasıdır. Havalandırma bacaları da duman çekiş bacaları kapsamında ele alınır. Duman bacaları ya da havalandırma bacalarının görevi, dumanı bir yapı ya da hacim içerisinde yayılmadan dışarı atmaktır. Galerili ya da atriumlu yapılarda boşlukların en üst noktasına duman alarm sisteminden etkilenerek açılabilen duman boşaltım bacaları yapılmak zorundadır.

Atriumlu Alanlarda Duman Kontrolü

İki veya daha çok sayıda katın içine açıldığı üstü kapalı geniş ve yüksek hacimler olan atriumlar yangın ve yan ürünlerinin katlar boyunca geniş alanlara yayılmasına doğal bir yol hazırlamaktadır. Yaşanan atriumlu bina yangınlarından edinilen deneyimler zehirli ve sıcak gazların atrium boşluğunda birikmesinin, katlat boyunca dağılmasının ve kaçış yollarını etkilemesinin alevlerin dağılımından daha ciddi bir tehdit oluşturduğunu göstermiştir. Bu nedenle atriumlu yapılara sadece düşük ve orta tehlike sınıfındaki yapılarda izin verilir.