Cone calorimetry and smoke chamber in the assessment of fire properties of selected systems based on anionic bitumen emulsion

openaccess, Vol. 635 (7) 2025 / wtorek, 22 lipca, 2025

Kalorymetria stożkowa i komora dymowa w ocenie właściwości pożarowych wybranych układów bazujących na anionowej emulsji asfaltowej

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2025.07.22

citation/cytuj: Marut K., D. Bieliński M., Rybiński P., Dębski D. Cone calorimetry and smoke chamber in the assessment of fire properties of selected systems based on anionic bitumen emulsion. Materiały Budowlane. 2025. Volume 635. Issue 07. Pages 175-184. DOI: 10.15199/33.2025.07.22

The fire properties of selected materials based on anionic bitumen emulsion were investigated using the cone calorimetry method and the smoke optical density chamber. The aim of research was to determine the suitability of both techniques for fire assessment of bituminous construction products and to explore the potential for modifying them to reduce their flammability. Selected flame retardants were introduced into the emulsion-based systems. Calorimetric studies indicate that only the addition of expandable graphite significantly reduces the flammability of bituminous products, even leading to almost complete flame retardancy of thematerial. However, the optical density and amount of smoke may increase with the addition of flame retardants.

Zbadano właściwości ogniowe wybranych materiałów bazujących na anionowej emulsji asfaltowej metodą kalorymetrii stożkowej i komory do badania gęstości optycznej dymu. Celem badań było określenie przydatności obu technik w ocenie ogniowej budowlanych wyrobów bitumicznych oraz możliwość ich modyfikacji, aby zmniejszyć palności anionowych emulsji asfaltowych. Do układów bazujących na emulsji wprowadzono wybrane antypireny. Badania kalorymetryczne wskazują, że tylko dodatek grafitu ekspandowanego ogranicza w znaczny sposób palność wyrobów bitumicznych, prowadząc praktycznie do całkowitego uniepalnienia materiału. Natomiast gęstość optyczna i ilość dymu może się zwiększać wraz z dodatkiem antypirenów.
anionic bitumen emulsion; flame retardants; cone calorimeter; smoke chamber.

anionowa emulsja asfaltowa; antypireny; kalorymetr stożkowy; komora dymowa.
  1. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 305/2011 z 9 marca 2011 r. ustanawiające zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych i uchylające dyrektywę Rady 89/106/EWG, Dz. U. L 88 z 4.4.2011, pp. 5 – 43.
  2. PN-EN 13501-1:2019-02: Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków – Część 1: Klasyfikacja na podstawie badań reakcji na ogień, Polski Komitet Normalizacyjny, 2019.
  3. PN-EN ISO 11925-2:2020-09: Badania reakcji na ogień – Zapalność wyrobów poddawanych bezpośredniemu działaniu płomienia – Część 2: Badania przy działaniu pojedynczego płomienia, Polski Komitet Normalizacyjny, 2020.
  4.  PN-EN 13823:2020-11: Badania reakcji na ogień wyrobów budowlanych –Wyroby budowlane, z wyłączeniem posadzek, poddane oddziaływaniu termicznemu pojedynczego płonącego przedmiotu, Polski Komitet Normalizacyjny, 2020.
  5. ISO 5659-2: Plastics – Smoke generation – Part 2: Determination of optical density by a single-chamber test, International Organization for Standardization, 2012.
  6. ISO 5660-1: Plastics – Simple heat release test using a conical radiant heater and thermopile detector, International Organization for Standardization, 2015.
  7. Bonati A, Rainieri S, Bochicchio G, et al., Characterization of thermal properties and combustion behaviour of asphalt mixtures in the cone calorimeter. Fire Safety Journal. 2015. DOI: 10.1016/j. firesaf. 2015.04.003.
  8.  Sonnier R, Dumazert L, Vangrevelynghe M, et al. Intrinsic Smoke Properties and Prediction of Smoke Production in National Bureau of Standards (NBS) Smoke Chamber. Fire. 2023. DOI: 10.3390/fire6030109.
  9.  Liang D, Bin H, Jialiang Y, et al. Study on the Cone Calorimeter of Flame-Retardant Asphalt in Proc. of the 6th International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation. 2014. DOI: 10.1109/ICMTMA. 2014.155.
  10.  Wolter N, Beber V, Sandinge A, et al. Carbon, Glass and Basalt Fiber Reinforced Polybenzoxazine: The Effects of Fiber Reinforcement onMechanical, Fire, Smoke and Toxicity Properties. Polymers. 2020.DOI: 10.3390/polym12102379.
  11. Smejda-KrzewickaA, Rybiński P, Bradło D, et al. TheMorphology,Mechanical and Dynamic Properties, Fire Hazard and Toxicity of Chloroprene and Butadiene Rubber Composites Cross-Linked with Zinc.Materials. 2023. DOI: 10.3390/ma16031240.
  12.  Smejda-Krzewicka A, Rybiński P, Żukowski W. Cross-Linking Characteristics, Morphology, Dynamics, and Mechanical and Thermal Properties of Polychloroprene/Polybutadiene/Nano-Zinc (CR/BR/nZn) Compositions with Reduced Fire Hazard. Materials. 2023, DOI: 10.3390/ma16175804.
  13.  BabrauskasV. Describing Product Fire Performance –Manufacturers versus Modelers Needs. Fire andMaterials. 1994. DOI: 10.1002/fam.810180504.
  14. Rybiński P, Janowska G, Helwig M, et al. Flammability of butadiene – acrylonitrilerubbers. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2004. DOI: 10.1023/B: JTAN. 0000017346.71038.14.
  15.  Meng F,Amyotte P, Hou X, et al. Suppression effect of expandable graphite on fire hazard of dust layers. Process Safety and Environmental Protection. 2022, DOI: 10.1016/j.psep.2022.10.063.
  16.  Kukfisz B. Analiza wymagań bezpieczeństwa pożarowego w zakresie zapalności i intensywności wydzielania dymu wybranych materiałów obiciowych. Przemysł Chemiczny. 2018. DOI: 10.15199/62.2018.12.20.
  17. Li Y, Zou J, Zhou S, et al. Effect of Expandable Graphite Particle Size on the Flame Retardant, Mechanical, and Thermal Properties of Water-Blown Semi-Rigid Polyurethane Foam. Journal of Applied Polymer Science. 2014. DOI: 10.1002/app. 39885.
mgr inż. Kacper Marut, Nexler sp. z o.o.
ORCID: 0000-0001-8015-2108
prof. dr hab. inż. Dariusz M. Bieliński, Politechnika Łódzka, Wydział Chemiczny
ORCID: 0000-0003-0675-4594
dr hab. inż. Przemysław Rybiński, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, Instytut Chemii
ORCID: 0000-0001-5131-0699
dr inż. Dawid Dębski, Nexler sp. z o.o.

mgr inż. Kacper Marut, Nexler sp. z o.o.
ORCID: 0000-0001-8015-2108

Correspondence address: kacper.marut@nexler.com

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2025.07.22

Article in PDF file

Received: 27.02.2025 / Artykuł wpłynął do redakcji: 27.02.2025 r.
Revised: 19.05.2025 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 19.05.2025 r.
Published: 23.07.2025. / Opublikowano: 23.07.2025 r.