Brevet FR2508534A1 — publié le 19821231

En raison de la pénurie d'énergie il est déjà légale- ment obligatoire, dans de nombreux pays, que les vitrages exté- rieurs soient isolants Il en résulte qu'on a besoin aussi de vitrages isolants pare-feu car, dans certaines régions exté- rieuies, il est indispensable également d'installer des vitrages pare-feu. Bien que l'on doive encore admettre, pour le moment, que même dans les maisons construites en hauteur le vitrage extérieur ne sera pas constitué en totalité d'un vitrage isolant pare-feu, celui-ci peut pourtant trouver un bon emploi dans les vitrages de cages d'escaliers, les vitrages à côté de volumes d'escaliers, dans des encoignures d'édifices o deux zones d'in- cendie se rencontrent, ou dans les maisons en hauteur à usages variés. Cela étant, la présente invention a pour objet un vitra- ge isolant qui est capable de résister pendant au moins 30 mi- nutes, de préférence 60 et 90 minutes, à un essai d'incendie selon la norme DIN 4102, correspondant à la courbe de tempéra- ture standard (voir figure 1) Aux conditions techni- ques qui sont imposées à un vitrage isolant normalisé vient donc s'ajouter la condition d'une protection contre le feu Ainsi, le vitrage isolant pare-feu qui fait l'objet de l'invention doit satisfaire aux conditions d'un vitrage G 30 ou d'un vitrage G 60 ou G 90. On connait, en gros, trois groupes de vitrages simples G, qui diffèrent nettement dans leur mode d'action. Le premier groupe est le verre armé de fils métalliques. Sans mesures particulières ils ne résistent à l'essai d'incendie que pendant 30 minutes (G 30): ils commencent en effet à se briser au bout de quelques secondes et à couler au bout de 30 minutes Si l'on veut que le verre armé résiste plus longtemps à l'essai d'incendie alors on doit percer des trous sur le bord de la vitre et on doit fixer le verre au châssis par des chevilles Le verre mou est alors retenu par le réseau de fils, lequel est retenu par les chevilles Pour des vitres de dimensions limitées on peut ainsi atteindre des durées d'incendie de 90 mi- nutes (G 90). Le deuxième groupe de vitrages simples G est constitué par des verres qui ont un faible produit a x E, a étant le coef- ficient de dilatation thermique et E le module d'élasticité, et une température de ramollissemetélevée (> 800 'C) et qui sont en outre précontraints thermiquement Ces verres supportent le chauf- fage sans se briser Du fait de leurs hautes températures de ramollissement ces verres atteignent les durées de tenues G 90 et G 120 Un verre de ce groupe est vendu sous le nom commercial PYRAN (Glaswerke SCHOTT). Le troisième groupe de vitrage simple G comprend les vi- tro-céramiques transparentes (ROBAX, Glaswerke SCHOTT), qui con- tiennent une forte proportion de cristaux mixtes à base de quartz B cristaux qui leur confèrent une dilatation thermique extrêmement basse, ne dépassant pas environ lx 10-6 K entre O et 500 'C En raison de leur faible dilatation thermique ces verres sont totalement insensibles aux différences de température sur- venant lors de l'opération de chauffage Grâce à leur teneur élevée en phase cristalline ces verres peuvent résister à une contrainte thermique élevée Ils supportent même l'essai d'in- cendie pendant plus de 240 minutes sans se déformer. on connait également, sous le nom CONTROFLAMMG (Vereinigte Glaswerke),des vitrages complexes, c'est-à-dire à plusieurs pan- neaux, mais qui ne résistent au feu que 60 minutes au plus (G 60). Ils sont constitués de vitres à fenêtre usuelles, précontraintes thermiquement, et d'un système de châssis à trous particulier. Par contre, le vitrage isolant conforme à l'invention satisfait aussi bien aux conditions techniques d'un vitrage iso- lant normal qu'aux conditions anti-incendie d'un vitrage G selon la norme DIN 4102. Le vitrage isolant qui fait l'objet de la présente inven- tion est constitué d'au moins 2 vitres dont l'une au moins est une vitre pare-feu qui a un produit a x E, a désignant le coef- ficient de dilatation thermique linéaire et E le module d'élas- ticité, inférieur à 0,4 N/(mm 2 K) et une température de ramollisse- ment T Rau moins égale à 800 'C. Ce vitrage isolant est construit de telle façon et est équipé de dispositifs tels que les contraintes de traction qui prennent naissance sous l'effetdes différences de température entre le centre et le bord de la vitre et sous l'effet de la pression intérieure sont toujours inférieures à la résistance totale d'au moins une vitre pare-feu. Les vitres isolantes, qui doivent résister au feu pen- dant plus de 60 minutes, sont séparées par des entretoises qui sont constituées d'une matière ne fondant pas au-dessous de 700 'C et qui comportent un renforcement, de préférence aux deux angles supérieurs. Les vitres sont collées au moyen d'une colle organique satisfaisant à la norme DIN 4102, c'est-à-dire difficilement inflammable et/ou auto-extinguible. Le vitrage isolant G 90 qui fait l'objet de la présente invention diffère des vitrages G que l'on connaissait jusqu'à présent en ce qu' il a non seulement les propriétés techni- ques anti-incendiesmais encore les propriétés d'un vitrage iso- lant normal Il diffère des vitrages complexes G connus jusqu'à présent en ce qu'il a un châssis de structure plus simple Le vitrage isolant G conforme à l'invention ne nécessite pas de châssis perforé spécial. Pour illustrer l'invention il convient d'exposer briève- ment les problèmes que posent les vitrages isolants pare-feu. Pour les vitrages isolants pare-feu, de même que pour les vitrages simples, il convient de distinguer, dans l'essai d'in- cendie,deux phases, à savoir la phase de chauffage et la phase de combustion Au cours de la phase de chauffage il apparaît, même dans les vitres du vitrage isolant, des différences de tem- pérature entre la zone centrale,très chaude, et les bords, qui sont recouverts Ces différences de température peuvent provo- quer, au sein des vitres, des contraintes de tension d^T et con- duire à la destruction des vitres Dans le vitrage isolant il apparait des tensions supplémentaires c S (ce qui n'est pas le cas pour le vitrage simples) qui doivent être attribuées à la pression intérieure. Dans les vitrages isolants pare-feu -de même que dans les vitrages simples il faut veiller à ce qu'il ne se crée pas d'ouverture au cours de l'essai d'incendie, c'est-à-dire à ce qu'au moins une vitre pare-feu reste dans le châssis et assure la fermeture du local. Une difficulté supplémentaire, par rapport à la fabrica- tion des verres isolants normaux, est que les mastics à élasti- cité permanente dont on se sert aujourd'hui doivent être peu inflammables et/ou auto-extinguibles. Selon l'invention la vitre pare-feu doit être conçue de telle façon qu'au cours du processus de chauffage elle ne se brise ni sous l'effet de la différence de température entre le centre et le bord de la vitre, ni sous l'effet de la pression intérieure Les présents inventeurs ont trouvé que des vitres pare-feu qui ont un produit a x E au plus égal à 0,40 N/(mm 2 K), a désignant le coefficient de dilatation thermique linéaire et E le module d'élasticité, une précontrainte de pression ( 6 préc) à la surface du verre au moins égale à a x E x 180 30 FN/mm 2 1 et une température de ramollissement au moins égale à 800 'C résis- tent bien à la phase de chauffage lorsque, au cours des 15 premières minutes de l'incendie, il se produit une diminution de la précontrainte de pression. Sur la Fig 2 du dessin annexé on a porté en abscisses la durée du chauffage et, en ordonnées, les différences de température, observées sur un vitrage isolant double conforme à l'invention, qui apparaissent,lors de la phase de chauffage de l'essai d'incendie, entre le centre et le bord de la vitre. Les mesures ont été effectuées sur un vitrage isolant constitué de deux vitres pare-feu en PYRAN de 6 mm d'épaisseur et de 1 m sur 1 m distantes l'une de l'autre de 12 mm Le composite iso- lant est équipé d'une soupape en alliage de Wood qui a pour fonc- tion de réaliser une compensation de la pression et il est monté dans un listel, support de 25 mm de hauteur La largeur de recou- vrement du verre est de 20 mm Sur le côté qui est tourné vers le feu la différence de température AT passe par sa valeur maxi- male, soit environ 320 K, au bout d'environ 10 minutes Sur le côté opposé au feu elle atteint une valeur maximale, soit 180 'C, au bout de 15 minutes. La compensation de pression au cours des 15 premières minutes après le début de l'essai d'incendie peut se faire par une soupape de température, une soupape de pression ou par un choix ou un traitement appropriÉsdes autres vitres isolantes. Pour des verres précontraints dont le produit de la dilatation thermique a par le module d'élasticité E satisfait à la double inégalité: 0,09 dont le produit a x E est inférieur à 0,09 N/(mm 2 K) la con- trainte par la pression intérieure devrait être inférieure ou égale à 40 N/mm 2. Pour des soupapes de compensation de pression répondant à la température on a porté en abscisse, sur la Fig 3 du des- sin annexé, la longueur de la plus petite arête et, en ordonnées, la température de réponse, cela pour deux variétés de verre ( 5 pi tracée, par exemple aussi des matières organiques ou des solu- tions donnant d'autres effets thermiques, notamment un effet de bimétal Les courbes de température dépendent un peu de l'épais- seur des vitres. Pour des soupapes de compensation de pression qui répon- dent à la pression on a porté, sur la Fig 4, les pressions de réponse en fonction de la plus courte longueur d'arête Là encore, on a tracé les courbes qui conduisent à une contrainte supplémen- taire des vitres de 20 ou 40 N/mm 2 par la pression intérieure. Pour des vitres dont la plus courte longueur d'arête dépasse 1 m la pression de réponse ne varie pratiquement plus Les soupapes réagissant à la pression conviennent mieux pour les petits vitrages isolants que pour les grands Pour ces derniers on est obligé de monter des soupapes de pression très sensibles Cet état de choses peut s'expliquer par le fait que les grandes vitres subissent un bombement beaucoup plus prononcé que les petites vitres. Le vitrage isolant peut également être conçu, conformément à l'invention, de telle façon que la compensation de pression se fasse par la rupture précoce des autres vitres, la vitre pare-feu restant intacte Les autres vitres doivent se briser suffisamment tôt pour que les contraintes de traction au sein de la vitre pare- feu, contraintes qui apparaissent sous l'effet de la différence de température ( 6 AT) entre le bord de la vitre et son centre et sous l'effet de la pression intérieure ( dpi) soient toujours inférieures à sa résistance totale ( 6 T J' conformément à l'inéga- lité suivante: TF> 5 AT + 5 pi dans laquelle s F désigne la résistance totale, c'est-à-dire la résistance en flexion-traction (N/mm 2), d AT désigne la contrainte due à la différence de température entre le centre et le bord de la vitre, et Si désigne la contrainte due à la pression intérieure. La résistance totale d'un verre se compose de sa résis- tance de base 5 et de la précontrainte de pression 5 dans G prec. le cas o la vitre est précontrainte La résistance de base com- prend aussi la résistance des arêtes Pour que les autres vitres se brisent avant la vitre pare-feu la condition suivante doit être remplie: (ôG préc AT ni)VPF ( G préc AT si)vtres vitres On se trouve dans la situation critique lorsque la vitre pare-feu est tournée vers le feu Dans ce cas il apparaît au sein de la vitre pare-feu, au bout de 15 minutes de feu, la contrainte de traction suivante due à la différence de température s AT = a 1 x E 1 x 320 (vitre pare-feu) et, dans la vitre qui se trouve du côté opposé au feu, la contrain- te de traction suivante: SAT = a 2 x E 2 x 180 (vitres restantes). Lorsque les vitres sont de même épaisseur, dpi prend la même valeur dans les deux vitres et disparaît donc de l'équation. Un composite isolant conforme à l'invention peut donc être constitué d'une vitre pare-feu conforme à la définition don- née ci-dessus et d'une vitre de même épaisseur ou plus mince pour laquelle on a a x E > 0,6 N/(mm 2 K) (par exemple une vitre de fenê- tre), sans soupape supplémentaire A dimensions égales, et pour la même pression intérieure, les vitres minces subissent toujours, sous l'effet de la pression intérieure, une contrainte plus forte que les vitres épaisses Si les autres vitres sont plus minces que la vitre pare-feu elles se brisent beaucoup plus rapidement que cette dernière. Si, pour des raisons de sécurité, les autres vitres doivent être en verre de sécurité, c'est-à-dire en verre ayant une précontrainte de pression d'environ 100 N/mm, alors elles doivent soit comporter une défectuosité bien déterminée qui abaisse leur résistance à celle d'une vitre normale, soit être plus mince de plus d'l mm que les vitres pare-feu. En plus du processus de chauffage, la durée du feu joue un rôle important pour le choix de la structure du vitrage isolant et de son mode de montage dans un châssis. Les présents inventeurs ont trouvé que l'on peut fabri- quer même des vitrages isolants ayant des durées de tenue de 60 et de 90 minutes si une pression de contact suffisante est main- tenue pendant la durée de l'essai d'incendie La pression de contact est maintenue pendant toute la durée de l'essai d'incen- die si l'entretoise placée entre les vitres isolantes est en une matière ne fondant pas au-dessous de 7000 C Il est particulière- ment intéressant d'utiliser une entretoise faited'un tube profilé d'acier Etant donné que les vitres pare-feu en un verre pour lequel 0,09 800 'C commencent à se ramollir déjà avant d'avoir atteint les 90 minutes elles ont ten- dance à tirer l'entretoise vers le bas C'est ainsi qu'un tube profilé en acier, de dimensions adaptées à celles de la vitre, doit avoir une épaisseur de paroi suffisante et/ou comporter au raccordement d'angle, un renforcement empêchant l'entretoise de descendre Le renforcement d'angle peut être constitué par exem- ple d'une pièce en acierma-i Eun peu plus longue, soudée sur le coin, pièce qui est glissée dans le profilé creux en acier Il convient que la pièce en acier massif soit enfoncée d'autant plus profondément dans le profilé creux que les dimensions de la vitre sont plus grandes Le renfort d'angle empêche également un bombe- ment trop important de l'entretoise vers le bas en raison de sa dilatation thermique. D'après la norme DIN 4102, pour les vitrages résistantau feu, il ne doit pas se former de flammes pendant des temps assez longs du côté opposé au feu: c'est pourquoi les colles organiques et les bords du joint du cadre doivent être en matières auto- extinguibles. La durée de résistance au feu de 60 minutes, selon la norme DIN 4102, n'est atteinte, avec le vitrage isolant conforme à l'invention, que lorsque ce vitrage est monté dans un châssis qui maintient une pression de contact donnée pendant toute la durée de l'essai d'incendie de plus de 60 minutes. Pour les vitrages isolants pare-feu G 60 et G 90 l'em- prise du verre dans le châssis peut être de 20 + 3 mm. Les exemples suivants illustrent la présente invention. Exemple 1 La Fig 5 du dessin annexé représente un vitrage isolant pare-feu monté dans un châssis en acier Le vitrage isolant pare- feu est constitué d'une vitre pare-feu 1 d'une épaisseur de 6 mm, de préférence précontrainte thermiquement, et d'une vitre de fe- nêtre non précontrainte 2,d'une épaisseur de 4 mm La vitre pare- feu 1 est en un verre borosilicaté ayant les caractéristiques suivantes: a x E = 0,20 N/(mm 2 K) préc 40 N/mm 2 6 préc; précontrainte de pression) T = 8150 C (TR = température de ramollissement). RR L'entretoise 3 est constituée d'un tube profilé en acier qui est rempli d'un tamis moléculaire et qui est fendu vers l'es- pace intérieur Par un barrage à la diffusion de la vapeur d'eau 4 et par une matière à élasticité permanente 5, peu inflammable et autoextinguible, le vitrage isolant est collé et l'espace intérieur est rendu étanche par rapport à l'extérieur. Le vitrage isolant pare-feu est maintenu dans la feuilure au cours de l'essai d'incendie par serrage à l'aide de vis 6 ou de listels basculants, et ainsi il ne risque pas de tomber en cas d'incendie. Exemple 2 La Fig 6 représente une coupe à travers un vitrage iso- lant pare-feu comportant une vitre pare-feu 7 de 6 mm d'épaisseur et une vitre de fenêtre 8, également de 6 mm d'épaisseur La vitre pare-feu 7 est en une vitro-céramique transparente dont le coef- -6 -i ficient de dilatation thermique a est égal à 0,1 x 10 K La température de ramollissement de cette vitro-céramique ne peut pas être déterminée avec précision à cause de la présence de cristaux. Elle est cependant supérieure à 10000 C. Exemple 3 La Fig 7 représente un vitrage isolant pare-feu com- portant deux vitres pare-feu lde 6 mm d'épaisseur et une soupape de pression 9 équipée d'une membrane 10 Chacune des vitres pare-feu est identique à celle qui a été décrite à l'exemple 1. Les vitres ont pour dimensions 400 mm x 1200 mm La membrane à pression est conçue de telle façon qu'elle se déchire sous l'ac- tion d'une pression intérieure de 0,01 N/mm 2. Exemple 4 La Fig 8 représente un vitrage isolant pare-feu com- prenant une vitre pare-feu 1 de 6 mm d'épaisseur, précontrainte thermiquement, identique à celle qui a été décrite à l'exemple 1, et une vitre de fenêtre 11 de 6 mmd'épaisseur précontrainte ther- -15 miquement La compensation de pression en cas d'incendie est réalisée grâce à une soupape 12 qui répond à la température Il s'agit d'un petit tube d'aluminium fermé par un alliage de Wood 13 à faible point de fusion. Exemple 5 La Fig 9 représente une entretoise faite d'un tube pro- filé -en acier 4 etcomportant un renfort d'angle en acier massif 15. Le renfort d'angle est important surtout pour la partie supérieu- re de l'entretoise; toutefois même dans les angles inférieurs il apporte une amélioration, quoique faible. REVENDICATIONS 1 Element de construction à vitrage isolant comportant plusieurs panneaux, dans lequel au moins l'une des vitres est une vitre pare-feu résistant pendant au moins 30 minutes à un essai d'incendie selon la norme DIN 4102, selon la courbe de température standard, et qui comporte une entretoise entre les vitres, élément caractérisé en ce qu'il présente les particula- rités suivantes: 1.1 la vitre pare-feu est constituée d'un verre ou d'une vitro- céramique dont le produit du coefficient de dilatation thermique linéaire a par le module d'élasticité E satisfait à l'inégalité suivante: a x E 8000 C; 1.3 la vitre pare-feu présente, dans sa couche superficielle, une précontrainte de pression 6 au moins égale à (a x E x 180 30) N/mm 2; 1 4 l'élément de construction comporte, en plus de la vitre pare-feu, une vitre de même épaisseur ou plus mince en un verre dont le produit a x E est au moins égal à 0,6 N/(mm K), et/ou 1.5 l'élément de construction comporte des moyens pour que soient réalisées, au cours des 15 premières minutes après le début de l'essai d'incendie, une compensation de pres- sion entre l'intérieur de l'élément et son environnement. 2 Vitrage isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que: 1 3 1 la vitre pare-feu présente, dans sa couche superficielle, une précontrainte S au moins égale à (ccx E x 320 30) N/mm 3 Vitrage isolant selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que: 1 1 1 la vitre pare-feu est constituée d'un verre dont le pro- duit a x E est égal à 0,2 N/(mm K) et qui a 1.2 1 une température de ramoilissementde 815 c C, et 1.3 1 1 la précontrainte de pression 6 créée par précontrainte thermique est au moins égale à 34 N/min 4 Vitrage isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1.1 2 la vitre pare-feu est en une vitro-céramique transparente contenant des cristaux mixtes de quartz e transparents et dont le produit ax E est au plus égal à 0,09 N/(mm K) et 1.2 2 la température de ramollissement supérieure à 1000 'C. Vitrage isolant selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que: 1.5 1 les moyens pour la compensation de la pression sont cons- titués de soupapes et entrent en action soit lorsque la température s'élève soit lorsque la pression s'élève dans l'espace contenant de l'air, compris entre les vitres isolantes. 6 Vitrage isolant selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que, les vitres pare-feu précontraintes thermi- quement ayant un produit a x E compris entre 0,09 et 0,4 N/(mm'K), les soupapes sont réglées de telle façon qu'elles s'ouvrent sous l'effet d'une pression intérieure provoquant, dans la vitre, une contrainte au plus agale à 20 N/mm 7 Vitrage isolant selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que, les vitres pare-feu ayant un produit a x E inférieur à 0,09 N/(mm K), les soupapes sont réglées de telle façon qu'elles s'ouvrent sous l'effet d'une pression intérieure provo- quant, dans la vitre, une contrainte au plus égale à 40 N/mm 8 Vitrage isolant selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que: 1.4 2 en plus d'une vitre pare-feu il comporte une ou plusieurs vitres ayant un endroit destiné à la rupture. 9 Vitrage isolant selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que ces vitres sont collées les unes aux autres par une colle à élasticité permanente satisfai- sant à la norme DIN 4102. Vitrage isolant selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, caractérisé en ce que l'entretoise est constituée d'une matière ne fondant pas au-dessous de 700 'C. 11 Vitrage isolant selon la revendication 10, caracté- risé en ce que l'entretoise est renforcée aux angles.