Ocynkowana stal nagrzewa się w pożarze wolniej, ale nie zawsze. Testy PWr i CNBOP w piecu
Belka stalowa pokryta cynkiem nagrzewa się w pożarze wolniej niż goła stal, ale tylko wtedy, gdy jej powierzchnia jest czysta i błyszcząca. Pokazały to testy w piecu ogniowym przeprowadzone przez badaczy z Politechniki Wrocławskiej, Polskiego Stowarzyszenia Korozyjnego, CNBOP-PIB w Józefowie i wrocławskiej firmy Novasell. Wyniki ukazały się 30 października 2026 r. w czasopiśmie „Coatings”.
Dlaczego cynk miałby chronić przed ogniem?
Cynkowanie ogniowe polega na zanurzeniu stali w ciekłym cynku. Powstaje powłoka chroniąca przed rdzą, złożona z kilku warstw: od niemal czystego cynku na zewnątrz po fazy żelazo–cynk przy stali. Jak działa taka ochrona, opisujemy w tekście o korozji metali.
W pożarze stal nagrzewa się na dwa sposoby: przez kontakt z gorącymi gazami (konwekcję) i przez promieniowanie cieplne. Błyszcząca powierzchnia odbija dużą część promieniowania podczerwonego, więc mniej go pochłania. Fizycy opisują to emisyjnością: im jest niższa, tym słabiej powierzchnia pochłania i wypromieniowuje ciepło. Eurokod przyjmuje dla zwykłej stali węglowej emisyjność 0,7. Dla stali ocynkowanej w wytycznych branżowych pojawia się wartość ok. 0,35 do temperatury 500°C.
Co zmierzono w piecu?
Zespół badał krótkie słupy z dwuteowników HEA 200 o długości ok. 1 m. Najpierw w temperaturze pokojowej zmierzono, ile promieniowania podczerwonego odbijają ich powierzchnie. Spektrometr FTIR porównywał sygnał z każdej próbki z matową złotą płytką wzorcową. Nienaruszona powłoka cynkowa dała 193 proc. sygnału wzorca, stal wypolerowana 195 proc., ocynk z widocznymi zmianami powierzchni 87 proc., ocynk pokryty farbą 55 proc., a goła stal tylko 26 proc.
Potem cztery elementy trafiły do pieca nagrzewanego według normowej krzywej pożaru PN-EN 1363-1. Temperaturę stali mierzyło dziewięć termopar przyspawanych do profilu. Do 500°C goła stal doszła po 570 s, ocynk z farbą po 634 s, stal polerowana po 727 s, a nienaruszona stal ocynkowana po 773 s. Różnica między gołą a ocynkowaną stalą wyniosła więc ok. 203 s, czyli niecałe trzy i pół minuty.
Dlaczego ten efekt jest nietrwały?
Powierzchnia, która daje przewagę, w ogniu się zmienia. Zewnętrzna warstwa bogata w cynk topi się w ok. 419°C, metal się utlenia, a powierzchnia matowieje i robi się chropowata. Sadza z dymu działa prawie jak ciało doskonale czarne. Po teście ocynkowane i polerowane elementy straciły połysk.
Ciekawe jest porównanie ocynku i stali polerowanej. Na początku odbijały niemal tyle samo, a jednak w piecu różniły się o 46 s. Sam pomiar przed pożarem nie przesądza więc o tym, jak element będzie się nagrzewał.
Autorzy dołożyli prosty model obliczeniowy. Zmiana emisyjności z 0,7 na 0,3 wydłużała w nim czas dojścia do 500°C o 2 min 51 s. Gdy jednak emisyjność rosła stopniowo z 0,3 do 0,7 w miarę nagrzewania, czas skracał się do 9 min 10 s – o ponad dwie minuty względem optymistycznego założenia stałej wartości 0,3. Według autorów cynkowanie „nie powinno być traktowane jako zamiennik kwalifikowanego systemu ochrony przeciwpożarowej” (tłum. Biomist). Taki status wymagałby badań i klasyfikacji według norm dla zabezpieczeń ogniochronnych.
Nie każdy ocynk jest taki sam
W przeglądzie literatury autorzy przypominają, że wygląd powłoki zależy od składu stali, zwłaszcza od zawartości krzemu i fosforu. Stale bardziej reaktywne dają grubą, matową, szarą powłokę, która od początku pochłania sporo promieniowania. Świeżo ocynkowane elementy przechowywane w wilgoci i przy ograniczonym dostępie powietrza mogą pokryć się tzw. białą rdzą, która także przyspiesza nagrzewanie. Do tego dochodzą zabrudzenia, uszkodzenia przy montażu i starzenie się powierzchni na budowie.
Osobny problem to systemy „duplex”, czyli ocynk dodatkowo pomalowany. Taka praktyka ma dodatkowo chronić przed korozją, ale – jak zauważają autorzy – wiele podkładów i farb ma w podczerwieni wyższą emisyjność niż czysty cynk. W teście właśnie taki element nagrzał się do 500°C o ponad dwie minuty szybciej niż sam ocynk.
Ograniczenia
W piecu zbadano tylko cztery rodzaje powierzchni i każdy test wykonano raz, bez powtórzeń. Autorzy sami zastrzegają, że zależność między odbiciem a czasem nagrzewania jest poglądowa, a nie przepisem do obliczeń. Pomiary FTIR zrobiono w temperaturze pokojowej i nie dają bezwzględnej emisyjności, a w czasie pożaru emisyjności nie mierzono. Model zastępuje dwuteownik walcem o tym samym wskaźniku masywności, więc nie odda np. zacienienia wnętrza profilu. Elementy nie były obciążone, a 500°C to umowny punkt porównania, nie klasa odporności ogniowej.
Źródła i daty
- L. Radosinski, I. Gajecka, M. Chmiel, A. Porebska, „Hot-Dip Galvanized Steel in Fire: Linking NIR/MIR Reflection to Early-Stage Heating Delay Under Standard Fire Exposure”, Coatings 16(11): 1292 – opublikowano 30.10.2026 – doi:10.3390/coatings16111292 (otwarty dostęp, CC BY 4.0).
- Afiliacje: Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej; Polskie Stowarzyszenie Korozyjne (Gdańsk); Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej – PIB (Józefów); Novasell sp. z o.o. (Wrocław).
- Tekst oparty na pełnej publikacji; nie znaleźliśmy komunikatu prasowego instytucji. Cytat przetłumaczyła redakcja.
Zdjęcie wyróżniające: ocynkowany ogniowo dwuteownik z otworem technologicznym, 2023 r. – zdjęcie poglądowe, nie z opisanego badania. Fot. Leo Miregalitheo, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons; kadrowanie Biomist.
