CH651537A5 - Vitrage coupe-feu. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un vitrage coupe-feu comportant au moins une couche de matière intumescente prise en sandwich entre des feuilles de matière vitreuse plates.
Dans la construction de bâtiments, des vitrages sont généralement utilisés dans des murs extérieurs ou intérieurs ou des cloisons. Un exemple évident est l'emploi de vitrages transparents dans des fenêtres. Des vitrages opaques sont également souvent utilisés dans la partie basse de cloisons intérieures.
On exige de plus en plus que de tels vitrages satisfassent à certaines normes rigoureuses de résistance au feu. Différentes normes modernes sont en vigueur, et généralement elles établissent que lorsqu'une face d'un tel vitrage est exposée à un programme de chauffage déterminé simulant un incendie, la température moyenne de l'autre face doit rester inférieure à une valeur déterminée pendant une durée déterminée et, pendant cette durée, la température maximale de toute partie de cette face ne doit pas s'élever au-dessus d'un certain niveau.
De plus, il est nettement souhaitable qu'un tel vitrage reste entier aussi longtemps que possible après déclaration de l'incendie, de manière qu'il puisse rester une barrière efficace contre les flammes et les fumées et former un écran contre le rayonnement thermique.
Un test est établi dans la norme internationale ISO 834 (Essai de résistance au feu des éléments de construction). En bref, ce test comprend le montage du panneau à éprouver dans la paroi d'un four qui est alors chauffé suiva'nt un programme prédéterminé, et la mesure du temps après lequel le panneau ne reste plus intact en tant qu'écran contre les flammes et les fumées ou après lequel sa face externe devient prohibitivement chaude. Le panneau doit non seulement résister au choc thermique, mais il doit aussi résister à des chocs physiques aussi longtemps qu'il est pratiquement souhaitable après déclaration de l'incendie, de crainte qu'une personne qui le briserait accidentellement (ou même délibérément) ne soit soudain mise en présence de flammes.
Différentes propositions ont été faites pour la fabrication de vitrages coupe-feu et comprenant en particulier le brevet britannique N° 1290699 (BASF). Ce document enseigne l'utilisation d'une couche intumescente prise en sandwich entre deux feuilles de verre et de deux couches intumescentes prises en sandwich entre trois feuilles de verre dans la fabrication de vitrages coupe-feu qui peuvent être réalisés pour satisfaire aux critères établis dans différentes normes de résistance au feu des vitrages.
Les panneaux proposés spécifiquement dans le brevet de BASF cité ci-dessus font usage de feuilles de verre d'environ 3 mm d'épaisseur, et cette caractéristique est typique des propositions antérieures dans le domaine des vitrages coupe-feu.
Des panneaux coupe-feu connus peuvent être réalisés pour satisfaire à la norme ISO 834 pour des périodes jusqu'à 20 min sans difficulté particulière, et des périodes plus longues de résistance au feu peuvent être obtenues en prenant certaines mesures complémentaires.
Une des manières est d'accroître l'épaisseur du panneau. Puisqu'il est bien connu dans la technique que des feuilles vitreuses épaisses sont davantage sujettes à la fissuration par choc thermique, auquel elles sont inévitablement soumises lors de la déclaration d'un incendie, l'épaisseur maximale des feuilles individuelles envisagée dans les propositions antérieures a été 5 mm, et des augmentations plus grandes des épaisseurs de panneau ont été obtenues au moyen de feuilles et de couches de matière intumescente supplémentaires. Cela accroît considérablement les coûts et les difficultés de fabrication.
Une autre manière est de monter deux panneaux coupe-feu connus dans un châssis destiné à un panneau double, mais de tels panneaux doubles sont de nouveau onéreux et trop encombrants pour certains usages.
Une troisième manière est d'incorporer des fibres de verre et un treillis métallique dans une couche intumescente, mais cela donne également naissance à des difficultés de fabrication et, dans le cas de vitrages coupe-feu transparents, que concerne plus particulièrement mais non exclusivement cette invention, l'addition de telles matières détériore l'aspect et la transmission lumineuse du panneau.
Un des objets de la présente invention est de fournir des vitrages coupe-feu de construction modifiée qui permettent l'obtention plus facile d'un niveau élevé de résistance au feu d'une manière simple et économique.
La présente invention fournit un vitrage coupe-feu comportant au moins une couche de matière intumescente prise en sandwich entre des feuilles de matière vitreuse plates, caractérisé en ce qu'au moins une feuille de matière vitreuse a une épaisseur de 6 mm au moins.
La présence dans le vitrage d'une feuille de 6 mm d'épaisseur au moins fournit un nombre d'avantages qui, ensemble, rendent le vitrage particulièrement utile à des fins de protection contre l'incendie. On notera cependant que, excepté dans le cas de vitrage entièrement symétrique, ces avantages peuvent différer en importance selon le côté du vitrage où le feu se déclare. Dans le cas d'un panneau com5
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portant des feuilles de différentes épaisseurs, ces avantages sont toujours beaucoup plus grands lorsque la feuille de matière vitreuse plus épaisse se situe entre le feu et au moins une feuille de matière vitreuse du panneau plus mince et, pour cette raison, ce point doit être pris en considération lors de l'installation du panneau.
Il est en fait assez surprenant que l'utilisation d'une feuille de matière vitreuse de 6 mm d'épaisseur ou plus puisse présenter des avantages dans un vitrage coupe-feu puisque, ainsi qu'on l'a noté plus haut, il est bien connu dans la technique que des feuilles épaisses de matière vitreuse ont davantage tendance à se fissurer par choc thermique que des feuilles plus minces.
L'utilisation d'une feuille épaisse de matière vitreuse tend à assurer, en raison de la plus grande masse de la feuille, qu'une couche intumescente placée derrière elle sera chauffée plus uniformément en réduisant de la sorte la formation de points chauds sur la face exposée du panneau éloignée de l'incendie. De plus, la couche intumescente tendra à s'expanser plus uniformément sur toute son étendue. En outre, lorsqu'une telle feuille épaisse de matière vitreuse se fissure en raison du choc thermique, ainsi qu'évidemment elle le fera éventuellement si la chaleur est suffisamment élevée, sa masse tend à assurer qu'elle ne se fragmentera pas facilement et que, si elle le faisait, les fragments, en raison de leur plus grande épaisseur, tendront à rester en place plus longtemps que dans le cas de feuilles de matière vitreuse plus minces. Cela est extrêmement important.
On a trouvé que l'influence favorable sur le prix de panneaux selon l'invention est accrue lorsque au moins une telle feuille de matière vitreuse a une épaisseur comprise entre 7 et 10 mm, ainsi qu'on le préfère. En fait, une épaisseur particulièrement préférée pour une telle feuille est 8 mm.
Dans certaines formes préférées de réalisation de l'invention, au moins une feuille de matière vitreuse a une épaisseur différente de l'épaisseur de l'autre ou d'au moins une autre feuille de matière vitreuse. Lorsqu'une feuille plus épaisse de matière vitreuse est placée entre le feu et une feuille de matière vitreuse plus mince, on réalise une économie de matière vitreuse et de poids en fonction de la différence d'épaisseur des feuilles, et cela peut être obtenu sans affecter de manière significative les caractéristiques de résistance au feu du panneau. Un tel panneau est moins coûteux et plus facile à installer et ne nécessite pas un châssis relativement lourd et coûteux.
Les avantages de l'utilisation, dans un panneau, de feuilles de différentes épaisseurs selon l'invention sont particulièrement apparents lorsqu'une ou plusieurs des caractéristiques préférées suivantes sont adoptées:
i) parmi les différentes épaisseurs des différentes feuilles du vitrage, l'épaisseur maximale est d'au moins le double de l'épaisseur minimale;
ii) au moins une feuille de matière vitreuse du vitrage a une épaisseur inférieure à 6 mm;
iii) une seule feuille de matière vitreuse a une épaisseur d'au moins 6 mm; et iv) au moins une feuille de matière vitreuse a une épaisseur comprise entre 2,5 et 4 mm.
Dans certaines formes préférées de réalisation de l'invention, le vitrage comporte au moins trois feuilles de matière vitreuse et au moins deux couches intercalaires intumescentes. Cela est reconnu pour accroître le coût du vitrage, mais cela se justifie lorsqu'il devra répondre à des critères de résistance au feu particulièrement sévères. Evidemment, le nombre de feuilles de matière vitreuse et de couches intercalaires de matière intumescente utilisé dans tout panneau particulier selon l'invention dépendra des critères de résistance au feu auxquels le vitrage devra répondre.
Dans cette forme de réalisation de l'invention, il est avantageux que la, ou au moins une, feuille interne de matière vitreuse ait une épaisseur de 6 mm au moins, puisque cela donne les meilleurs résultats en ce qui concerne la résistance au feu.
En variante ou en complément, on préfère que trois feuilles de matière vitreuse successives soient telles que l'épaisseur de l'une d'elles soit au moins égale à la somme des épaisseurs des deux autres. Cela favorise l'efficacité du vitrage sans en accroître exagérément le poids.
On préfère spécialement que les différentes feuilles soient disposées symétriquement par rapport au centre du vitrage selon leurs épaisseurs respectives, puisque le panneau est alors également efficace, quel que soit le côté où se déclarerait un incendie.
Afin de réduire la probabilité de fissuration ou de fragmentation due au choc thermique, on préfère qu'au moins la ou chaque feuille de matière vitreuse dont l'épaisseur est de 6 mm ou plus soit constituée d'une matière dont le coefficient de dilatation thermique entre des limites de température de 0 et 400° C est au plus 7,5 • 10~6 (; C"1).
Outre le problème de la fragmentation de feuilles d'un vitrage coupe-feu, un autre problème peut être rencontré lorsqu'un tel panneau est soumis à une chaleur très intense: dans certaines circonstances, la matière vitreuse peut être chauffée à une température supérieure à son point de ramollissement de sorte que toute fissure dans la feuille s'ouvre et la feuille peut s'affaisser sous son propre poids. A cette fin, on croit que le point de ramollissement dilatomé-trique revêt une importance particulière, et celui-ci est défini comme étant la température à laquelle la matière vitreuse a une viscosité de IO11,5 Po. Afin de résoudre ce problème, on préfère qu'au moins la ou chaque feuille de matière vitreuse dont l'épaisseur est 6 mm ou plus soit constituée d'une matière dont le point de ramollissement dilato-métrique est au moins 600° C.
De tels critères de dilatation et de ramollissement peuvent être respectés en choisissant ladite matière parmi : les verres borosilicates, les vitrocéramiques, les matières vitrocristallines, les verres alumino-silicates et les verres aluminoborosilicates, ainsi qu'on le préfère. Des exemples de compositions d'un verre aluminosilicate et de trois verres aluminoborosilicates que l'on a trouvés satisfaisants sont les suivants (parties en poids) :
Si02
62,8
69,5
73,25
70
A1203
8,4
4,0
6,2
10~
b2o3
1,1
8,7
7,2
8
Na20
11,7
9,3
8,1
8
BaO
2,4
5,5
—
—
CaO
—
3,0
3,4
3
MgO
4,4
—
1,7
1
ZnO
8,2
—
—
—
Ti02
0,6
—
—
—
As20,
0,4
—
0,15
—
Point de ramollissement (° C)
dilatométrique
607
607
618
623
Coefficient de dilatation
thermique 10~6 (° C^1)
7,25
6,39
5,3
5,34
Les feuilles de matière vitreuse et la matière intumescente sont de préférence assemblées sous forme feuilletée et le vitrage est de préférence transparent.
Dans certaines formes de réalisation de l'invention, au moins une feuille du vitrage, comprenant de préférence la ou chaque feuille dont l'épaisseur est 6 mm ou plus, est constituée de verre trempé, spécialement de verre trempé chimiquement. Cela offre des avantages lorsque le vitrage doit être utilisé dans des situations où la résistance à la rupture du panneau en l'absence d'un incendie revêt une importance particulière.
Des niveaux élevés de résistance au feu peuvent être obtenus lorsque la ou chaque couche intumescente a une épaisseur de 1,5 mm au moins, et de préférence l'épaisseur totale de matière intumescente dans le vitrage est au moins 3,5 mm. La quantité de matière intumescente utilisée a un effet sur la durée de résistance au feu du vitrage.
La matière intumescente plus particulièrement visée est le silicate de sodium hydraté, quoique d'autres sels métalliques hydratés soient appropriés. Il convient spécialement d'utiliser du silicate de sodium hydraté dans lequel le rapport pondéral Si02 : Na20 est 3,4:1 et qui contient 30 à 35% en poids d'eau.
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L'invention sera maintenant décrite en se référant aux dessins annexés, dont les fig. 1 à 4 représentent schématiquement des sections transversales de différentes formes de réalisation de vitrages coupe-feu.
Dans la fig. 1, le vitrage représenté comprend une feuille 1 de matière vitreuse ayant une épaisseur de 6 mm au moins. Une couche 2 de matière intumescente est intercalée entre la première feuille I de matière vitreuse et une seconde feuille 3 de matière vitreuse située à droite de la première feuille. La première feuille de matière vitreuse 1 est représentée comme étant plus épaisse que la seconde feuille 3 de matière vitreuse, mais dans une variante (non représentée) elles sont d'égale épaisseur.
La fig. 2 représente un vitrage comprenant un sandwich similaire 1, 2, 3 avec une seconde couche intumescente 4 intercalée entre la seconde feuille 3 de matière vitreuse et une troisième feuille 5 de matière vitreuse. La troisième feuille 5 est également représentée comme étant plus mince que la première feuille ], mais de nouveau, elle peut être d'épaisseur égale à la première feuille 1. La seconde feuille 3 peut être plus fine que la première feuille 1 ou d'égale épaisseur.
La fig. 3 représente un vitrage semblable au vitrage de la fig. 2 auquel on a ajouté une troisième couche intumescente 6 intercalée entre la face gauche de la première feuille 1 de matière vitreuse et une quatrième feuille 7 de matière vitreuse, de nouveau plus mince que la première feuille 1, ainsi qu'une quatrième couche intumescente 8 intercalée entre cette quatrième feuille plus mince 7 et une cinquième feuille 9 de matière vitreuse relativement mince.
La fig. 4 représente un vitrage symétrique correspondant à celui représenté à la fig. 3, mais modifié par l'absence des couches intumescentes 4 et 8 et des feuilles de matière vitreuse externes 5 et 9.
Dans les fig. 3 et 4, la feuille interne 1 de matière vitreuse est au moins deux fois plus épaisse que toute autre feuille de matière vitreuse (3, 5, 7, 9 dans la fig. 3 et 3, 7 dans la fig. 4) du vitrage. Ainsi donc, de trois feuilles successives, incluant la feuille plus épaisse 1, de ces vitrages (7, 1,3 dans les fig. 3 et 4, et 9, 7, 1 ou 1, 3, 5 dans la fig. 3). La feuille plus épaisse 1 a une épaisseur au moins égale à la somme des épaisseurs des deux autres feuilles.
Exemple 1 (fig. 4):
Un vitrage coupe-feu transparent comporte deux feuilles 7, 3 de verre de 3 mm d'épaisseur. Entre chacune de ces feuilles et une feuille centrale 1 de matière vitreuse de 8 mm d'épaisseur sont intercalées des couches 6, 2 de silicate de sodium hydraté de 1,8 mm d'épaisseur.
De tels vitrages ont été testés suivant la norme internationale ISO 834 et une norme belge correspondante NBN 713-020.
En bref, ce test comprend le montage d'un vitrage de dimension usuelle dans la pratique, dans une paroi d'un four dans lequel la température (T: C au-dessus de la température ambiante) est accrue selon la formule: T = 345 log10 (8 t+1) où t est le temps écoulé en minutes.
Cela donne une courbe de température comme suit:
Temps (minutes)
Temps (minutes)
Température (° C au-dessus de la température ambiante)
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Pour satisfaire au test, le vitrage doit rester intact en tant que barrière pare-flamme et pare-fumée, la température moyenne de la face du vitrage dirigée vers l'extérieur du four ne doit pas augmenter de plus de 140 C au-dessus de sa température initiale (ambiante), et la température d'aucun point de cette face du vitrage ne doit augmenter de plus de 180 C.
On a trouvé qu'un vitrage selon cet exemple satisfait à ce test s pendant au moins 30 min. En fait, le premier point de la face du panneau dirigée vers l'extérieur du four dont la température a augmenté de plus de 180' C a seulement été trouvé après 50 min.
Le vitrage de l'exemple 1 peut être comparé avec deux autres vitrages, un premier vitrage comprenant trois feuilles de verre de io 3 mm d'épaisseur et deux couches intercalaires de silicate de sodium hydraté d'épaisseurs égales, le second consistant en deux feuilles de verre de 3 mm d'épaisseur et une seule couche de silicate. Pour la même épaisseur totale de matière intumescente, on a trouvé que le panneau selon l'exemple 1 résistait 10-15 min de plus que le premier 15 de ces panneaux de référence et 20-25 min de plus que le second.
Exemple 2 (fig. 4):
On a réalisé des vitrages coupe-feu transparents tels que décrits 20 dans l'exemple 1, sauf que l'épaisseur de chaque couche de silicate de sodium hydraté a été portée à 2,5 mm.
Soumis au même test, de tels panneaux restent satisfaisants pendant au moins 60 min.
En variante de cet exemple, les couches de silicate 2, 6 sont 25 formées sur les feuilles relativement minces 3, 7 de matière vitreuse et elles sont solidarisées à la feuille plus épaisse 1 de matière vitreuse au moyen de films de polyvinylbutyral. Cela présente l'avantage de donner au panneau de meilleures propriétés de vieillissement (avant son exposition au feu), de telle sorte qu'un niveau élevé de transpa-30 rence est maintenu plus longtemps.
Exemple 3 (fig. 2) :
Des vitrages ont été réalisés selon la fig. 2 dans lesquels la feuille 35 plus épaisse 1 est en verre de 6 mm et les deux feuilles plus minces 3 et 5 sont chacune en verre de 3 mm. Les couches intercalaires 2, 4 de matière intumescente sont en silicate de sodium hydraté de 1,8 mm d'épaisseur chacune. Soumis au test selon ISO 834, on a trouvé que ces vitrages ont une résistance au feu satisfaisante pendant au moins 40 30 min.
Exemple 4 (fig. 3) :
Des vitrages sont réalisés selon la fig. 3 dans lesquels la feuille 45 plus épaisse 1 est en verre de 8 mm d'épaisseur, tandis que chaque autre feuille 9, 7, 3, 5 de matière vitreuse est en verre de 3 mm. Chaque couche intumescente 8, 6, 2, 4 est en silicate de sodium hydraté de 2,5 mm d'épaisseur. On a trouvé que de tels vitrages satisfont au test de ISO 834 pendant plus de 90 min.
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Exemple 5 (fig. 1 ) :
On a réalisé des vitrages selon la fig. 1 dans lesquels la feuille plus épaisse 1 a une épaisseur de 10 mm et la feuille plus mince est 55 en verre de 3 mm, et la couche intercalaire de silicate de sodium hydraté a 2,5 mm d'épaisseur.
La feuille plus épaisse (10 mm) est réalisée au moyen des verres aluminosilicate et aluminoborosilicate dont la composition a été mentionnée dans la présente description. Lorsqu'ils sont testés selon 60 ISO 834 avec leur feuille plus épaisse faisant face à l'intérieur du four, chacun de ces vitrages présente une résistance au feu satisfaisante pendant au moins 30 min.
Dans des variantes de cet exemple, la feuille plus mince est également réalisée en un des verres dont la composition est établie ci-65 dessus.
Dans des variantes de chacun des exemples 1 à 4, la feuille de verre plus épaisse est constituée d'un des verres aluminosilicate ou aluminoborosilicate dont les compositions sont établies plus haut.
5
651 537
Dans d'autres variantes de chacun des exemples, les feuilles plus épaisses 1 et/ou toute feuille de matière vitreuse formant une face extérieure du vitrage sont en verre trempé chimiquement.
Dans d'autres variantes encore de chacun des exemples, les feuilles plus épaisses et/ou la ou toute autre feuille de matière vitreuse du 5 vitrage sont en matière vitrocristalline ou vitrocéramique. De telles matières peuvent être réalisées en soumettant un verre à un traitement thermique de manière à provoquer la formation, dans le verre, d'une ou plusieurs phases cristallines. Deux matières vitrocristallines appropriées ont les compositions et propriétés suivantes (composi- io tion en % en poids) :
Si02
65 à 73
43 à 49
AIA
16 à 26
17 à 30
LiiO
4 à 5
—
TiO,
4 à 5
8 à 12
MgO
—
4 à 12
ZnO
—
environ 26
CdO
environ 15
Coefficient de dilatation
0,48 à 0,53
1,4 à 3,9
thermique 10~6 (° C-1)
transparent translucide
(transmission diffuse)
r
1 feuille dessins
Claims (12)
1. Vitrage coupe-feu comportant au moins une couche de matière intumescente prise en sandwich entre des feuilles de matière vitreuse plates, caractérisé en ce qu'au moins une feuille de matière vitreuse a une épaisseur de 6 mm au moins.
2. Vitrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une telle feuille de matière vitreuse a une épaisseur comprise entre 7 et 10 mm.
2
REVENDICATIONS
3. Vitrage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins une feuille de matière vitreuse a une épaisseur différente de l'épaisseur de l'autre ou d'au moins une autre feuille de matière vitreuse.
4. Vitrage selon la revendication 3, caractérisé en ce que, parmi les différentes épaisseurs des différentes feuilles du vitrage, l'épaisseur maximale est d'au moins le double de l'épaisseur minimale.
5. Vitrage selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'au moins une feuille de matière vitreuse du vitrage a une épaisseur inférieure à 6 mm et de préférence une épaisseur comprise entre 2,5 et 4 mm.
6. Vitrage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois feuilles de matière vitreuse et au moins deux couches intercalaires intumescentes.
7. Vitrage selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la, ou au moins une, feuille interne de matière vitreuse a une épaisseur de 6 mm au moins.
8. Vitrage selon l'une des revendications 3 à 5, et selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que trois feuilles de matière vitreuse successives sont telles que l'épaisseur de l'une d'elles est au moins égale à la somme des épaisseurs des deux autres.
9. Vitrage selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que les différentes feuilles sont disposées symétriquement par rapport au centre du vitrage selon leurs épaisseurs respectives.
10. Vitrage selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'au moins la ou chaque feuille de matière vitreuse dont l'épaisseur est 6 mm ou plus est constituée d'une matière dont le coefficient de dilatation thermique entre des limites de température de 0 et 400° C est au plus 7,5 • 10"6 (; C"1).
11. Vitrage selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'au moins la ou chaque feuille de matière vitreuse dont l'épaisseur est 6 mm ou plus est constituée d'une matière dont le point de ramollissement dilatométrique est au moins 600° C.
12. Vitrage selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que ladite matière est choisie parmi les verres borosiiicates, les vitrocéramiques, les matières vitrocristallmes, les verres aluminosili-cates et les verres aluminoborosilicates.
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