В настоящее время на рынке товаров и услуг Российской Федерации существует множество предприятий — производителей огнезащитных веществ и материалов для древесины и материалов на ее основе, а также организаций, предлагающих проведение огнезащитной обработки различных деревянных конструкций зданий. В строительстве широко используется большая гамма вспучивающихся огнезащитных покрытий для древесины и деревянных строительных конструкций [1, 26].
Согласно действующему Законодательству [21, 5], территориальные органы управления государственной противопожарной службы должны проводить работу по контролю за соблюдением требований нормативных документов на огнезащитные покрытия по различным направлениям, в частности, по контролю состояния огнезащитных покрытий, нанесенных на защищаемые материалы и конструкции, по истечении различных сроков их эксплуатации.
В целях определения качества производимых и применяемых огнезащитных покрытий проводят контрольные испытания отобранных проб огнезащитных покрытий на соответствие требованиям нормативных документов. Испытания проводят в аккредитованных в установленном порядке испытательных лабораториях (центрах) или испытательных пожарных лабораториях по различным методам [19, 48; 8, 20]. Одним из методов испытаний является определение группы огнезащитной эффективности по среднему арифметическому величины потери массы испытанных образцов.
В целях определения качества выполненной огнезащитной обработки деревянных конструкций, защищенных огнезащитными покрытиями, проводят визуальный осмотр нанесенных огнезащитных покрытий, а также замеряют толщину нанесенного слоя. Известно, что с течением срока эксплуатации огнезащитные покрытия частично теряют свою огнезащитную эффективность [2, 5]. При помощи визуального осмотра и замера толщины слоя не представляется возможным сделать заключение об огнезащитной эффективности данного покрытия, особенно по истечении различных сроков эксплуатации, а определение группы огнезащитной эффективности покрытия, нанесенного на строительную конструкцию по утвержденной методике [13, 10], практически невозможно. Анализ состояния вопроса показал отсутствие инструментальной методики определения огнезащитной эффективности вспучивающихся огнезащитный покрытий, нанесенных на защищаемые деревянные конструкции, по истечении различных сроков их эксплуатации [22, 83].
Анализ эффективности капитальных вложений
... капитальные работы законченные и незаконченные (незавершенное капитальное строительство). Законченными считаются объекты, полностью завершенные, сданные в эксплуатацию и включенные в состав основных средств. В состав незаконченных капитальных вложений, ... капитальных вложений на предприятии Способы и порядок финансирования имеют очень важное значение, прежде всего для повышения их эффективности. ...
Цель работы заключается в совершенствовании проверки качества огнезащитной обработки зданий и сооружений на примере УлГУ.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Провести анализ результатов исследований сущности и механизма огнезащитного действия вспучивающихся покрытий, методов определения огнезащитной эффективности огнезащитных покрытий;
-
Разработать методику исследования поведения вспучивающихся огнезащитных покрытий, нанесенных на деревянные конструкции, при нагреве в лабораторных условиях;
-
Исследовать нагрев древесины под нанесенным вспучивающимся огнезащитным покрытием по разработанной методике, выявить закономерности.
1 Общие сведения ОБ ОГНЕЗАЩИТЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
В течение многих веков древесина была едва ли не единственным строительным материалом. Деревянные конструкции и сейчас широко применяют в строительстве благодаря их высоким эксплуатационным, экономическим и эстетическим показателям. Существенным недостатком древесины, ограничивающим ее применение в строительстве, является повышенная горючесть.
Одним их вариантов расширения возможности использования древесины в строительстве является ее огнезащита, направленная на снижение пожарной опасности деревянных конструкций, повышение их пределов огнестойкости, расширение возможности применения прогрессивных проектных решений.
1.1 Исследования в области пожарной опасности деревянных строительных конструкций
В строительстве используются следующие виды изделий из древесины: круглые лесоматериалы, пиломатериалы, материалы для полов (доски, паркет), погонажные детали (плинтусы, наличники, поручни), штукатурная дрань, материалы для кровли (щепа, дрань), шпалы и мостовые брусья, фанера, строительные детали и элементы сборных конструкций (балки, дощатые щиты, столярные детали), клееные конструкции, композитные материалы (фанера, древесно-стружечная плита, древесно-волокнистая плита) [20, 6].
Большой размах строительства потребовал перехода к индустриальным методам изготовления деревянных конструкций. Развитие химической промышленности способствовало разработке синтетических водонерастворимых клеев, позволяющих изготовлять индустриальные клееные деревянные конструкции (ДКК).
Возможность индустриального изготовления ДКК позволило варьировать качество досок (по сортам) при формировании клеевого пакета, снизить влияние пороков при изготовлении клееных конструкций на прочность и деформативность древесины, создавать конструкции различных размеров сечения и длины. Основой индустриализации и развития деревянных строительных материалов являются клееные и цельнодеревянные конструкции. В этих конструкциях устранены практически все недостатки древесины как строительного материала. Клееные деревянные конструкции позволяют экономично перекрывать большие пролеты, они в 5 раз легче аналогичных железобетонных пролетов и на 30 % дешевле традиционных конструкций из железобетона и стали. Наибольший объем этих конструкций используется в жилищно-гражданском, промышленном строительстве, на предприятиях с агрессивной средой и в сельскохозяйственном строительстве. В гражданском строительстве их применяют в покрытиях зальных помещений зданий, спортивных и актовых залов, торговых помещениях и других с пролетом до 60 метров и более. В промышленном строительстве несущие деревянные конструкции предназначены для применения в одноэтажных, однопролетных зданиях (пролетом 9-24 метра), в сельскохозяйственном строительстве — для сооружений сельскохозяйственных зданий и сооружений, складов минеральных удобрений пролетом 24-25 метров [11, 9].
Строительные конструкции (Деревянные арки и конструкции. Арматура ...
... все остальные элементы – из брусьев. Деревянные конструкции В районах, где древесина является местным материалом, деревянные конструкции успешно используют для строительства жилых и сельскохозяйственных зданий, а ... и более для покрытий производственных зданий применяют клееные арки с металлическими затяжками. Рамные деревянные конструкции из клееных блоков применяют для зданий подсобного назначения ...
Древесина по своему составу представляет горючий материал. Она содержит в своем составе около 49 % углерода, 6,1 % водорода, 6,02 % азота и до 1 % минеральных веществ (золы) и кислород [14, 149]. Пожарная опасность древесины заключается в том, что ее воспламенение возможно от теплового источника небольшой мощности, а будучи зажженной, она выделяет при горении значительное количество тепла. Чтобы древесина воспламенилась, необходимо нагреть ее поверхность до такой температуры, при которой скорость выделения летучих веществ из ее объема к поверхности будет достаточна для поддержания горения. Воспламенение древесины может произойти как от открытого источника огня (пламени или искры), так и от нагретых предметов или горячих газов. Опасность тепловых источников небольшой мощности заключается в возможности инициации пожароопасного процесса тления древесины при возникновении необходимых для этого условий (малой поверхности и малой интенсивности теплоотвода от очага тления).
Примером может служить попадание искры или сигареты в щель между половыми досками, внутрь объема конструкции или в пустоты, которое может привести к пожару.
Температура воспламенения продуктов разложения древесины находится в пределах 240-270 °С, температура самовоспламенения — в пределах 350-450 °С [1, 22]. Продолжительное действие источника нагревания и наличие условий для аккумуляции тепла резко снижают температуру самовоспламенения древесины. При 100-110 °С древесина высыхает и, благодаря наличию воды, в древесине протекает в основном гидролиз полисахаридов. Начинают выделяться летучие вещества, имеющие запах [3, 6]. При 110-150 °С процесс разложения ускоряется, наблюдается пожелтение древесины и более сильное выделение летучих составных частей. При 150-250 °С появляется коричневая окраска древесины в связи с ее обугливанием. При температуре от 217-285 до 350 °С выделяется большое количество СО, жидкого дистиллята, содержащего уксусную кислоту, ее гомологи и метанол. При температуре свыше 280 °С количество С0 2 и СО снижается, образуются водород и углеводороды. При температуре 350-500 °С разложение лигнина и экстрактивных веществ сопровождается образованием незначительного количества жидких продуктов, главным образом тяжелой смолы, С02 , СО и углеводородов. Концентрация углеводородов достигает максимума при 380-500 °С. Неконденсирующиеся при 400-500 °С газы состоят в основном из следующих веществ (%): С02 (43-46), СО (29-33), Н (1,9-2,3), непредельных (2,2-3,7) и предельных (17-22) углеводородов [9, 6].
Таким образом, процесс термического разложения древесины протекает в две стадии: первая стадия (при нагревании до 280 °С) — разложение идет с поглощением тепла; вторая стадия, в свою очередь, подразделяется на два периода: сгорание газов, образующихся при термическом разложении древесины (пламенное горение), и сгорание образовавшегося древесного угля (тление).
Образование угольного остатка при карбонизации и горении древесины может играть положительную роль в плане сопротивления дальнейшему прогреву (угольный остаток имеет более меньшую теплопроводность, чем сама древесина) и выходу горючие летучих продуктов из объема древесины к зоне горения [25, 41].
1.2 Исследование вопросов огнезащиты деревянных строительных конструкций
Огнезащита конструкций является составной частью общей системы мероприятий по обеспечению пожарной безопасности и огнестойкости зданий и инженерных сооружений. Она направлена на снижение пожарной опасности конструкций, обеспечение требуемых пределов их огнестойкости. В число основных задач огнезащиты строительных конструкций входят: предотвращение загорания, прекращение развития начальной стадии пожара, создание «пассивной» локализации пожара, ослабление опасных факторов пожара [10, 12].
Способы огнезащиты конструкций разнообразны и включают конструктивные методы, методы создания на поверхности элементов разного рода теплозащитных экранов, физико-химические и технологические приемы, направленные на снижение пожарной опасности материалов. Исходя из специфических особенностей сопротивляемости конструкций тепловым воздействиям при пожаре, особенностей работы конструкций, их функционального назначения, способы огнезащиты могут претерпевать различные изменения и проявляются в разнообразных формах.
При проектировании строительных конструкций их огнестойкость и пожарную безопасность обеспечивают применением огнезащитных материалов и составов, установлением дополнительных требований к конструктивным решениям, а также использованием материалов пониженной горючести.
Практически снижение горючести древесины и древесных материалов достигается следующими методами [24, 27]:
-
нанесение на поверхность материалов огнезащитного покрытия, обеспечивающего образование коксового слоя и предотвращение их тления и горения;
-
пропитка древесины и материалов на ее основе или введение в их состав веществ, способствующих протеканию дегидратации древесины с минимальным выделением горючих газов и максимальным выходом угля;
-
введение минеральных наполнителей в композиционные материалы на основе древесины.
Схема горения как циклического процесса (Рисунок 1.1) позволяет проследить действие отдельных факторов [17, 109].
1 – вспучивающиеся покрытия; 2 – огнезащитные обмазки, фольга; 3 – минеральные наполнители; 4 – антипирены; 5 – ингибиторы пламенного горения; 6 – обугливание
Рисунок 1.1 — Схема процесса горения древесины и мероприятия, направленные на его подавление
Для предотвращения нагревания материала на него наносят вспучивающиеся покрытия; с помощью фольги и других покрытий преграждают доступ воздуха и затрудняют выход летучих продуктов, вводя минеральные наполнители, снижают долю горючего субстрата в композиционном материале. Эффективные антипирены изменяют механизм пиролиза, уменьшая выход горючих продуктов, или ингибируют пламенное горение, в результате чего количество теплоты при экзотермическом процессе окисления в газовой фазе уменьшается. Обугливание поверхности препятствует развитию процесса пиролиза. В качестве огнезащитных факторов отмечают также поглощение теплоты при плавлении и разложении антипиренов. Остатки фосфор- и серосодержащих кислот содействуют развитию процессов дегидратации при пиролизе, выделяющаяся при этом вода снижает концентрацию горючих летучих продуктов термического разложения. Азотсодержащие соединения при горении образуют инертные газы, которые также разбавляют горючие летучие продукты [12, 11].
Огнезащитное действие вспучивающихся покрытий обусловлено существенным снижением теплопроводности слоя. Для вспененного слоя она в 5-10 раз ниже соответствующего значения для древесины, дополнительный эффект достигается за счет пустот в структуре угля при значительном повышении толщины слоя. Армирование волокнистым наполнителем повышает сохранность сплошного слоя покрытия в процессе воздействия пламени или повышения температуры [7, 9].
В настоящее время применяются следующие способы огнезащиты:
-
нанесение непосредственно на поверхность объекта огнезащитных покрытий (окраска, обмазка, напыление и т.п.);
-
облицовка объекта огнезащиты плитными материалами или установка огнезащитных экранов (конструктивный способ);
-
комбинированный (композиционный) способ, представляющий собой рациональное сочетание различных способов.
Преимущества и недостатки применяемых способов огнезащиты строительных конструкций представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Преимущества и недостатки различных способов огнезащиты
|
Название способа |
Преимущества |
Недостатки |
|
Обетонирование, оштукатуривание, обкладка кирпичом |
Относительно низкая стоимость материалов |
Увеличение массы конструкции Нанесение по сетке (дранке) Большая трудоемкость работ Сложность восстановления |
|
Нанесение составов на жидком стекле |
Относительно низкая трудоемкость |
Низкая стойкость и долговечность Трудность контроля толщины Длительность нанесения и сушки |
|
Нанесение пропиточных составов |
Низкая трудоемкость, малая толщина |
Низкая стойкость и долговечность Низкий достигаемый предел огнестойкости |
|
Нанесение вспучивающихся покрытий |
Низкая трудоемкость, малая толщина |
Трудность контроля толщины |
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о видимых преимуществах использования вспучивающихся покрытий для огнезащиты строительных конструкций из древесины.
1.3 Сущность и механизм огнезащитного действия вспучивающихся покрытий для деревянных строительных конструкций
Огнезащитные покрытия по механизму действия, толщине и функциональному назначению подразделяются на следующие виды:
-
огнезащитные вспучивающиеся краски толщиной 1-10 мм, они могут выполнять декоративные цели, при этом скрывают цвет и текстуру древесины;
-
декоративные вспучивающиеся покрытия, образующие защитную пленку толщиной до 1 мм, сохраняют цвет и текстуру древесины;
-
комбинированные покрытия.
В зависимости от области применения огнезащитные покрытия подразделяются на неатмосфероустойчивые, которые эксплуатируются только в закрытых отапливаемых помещениях с относительной влажностью воздуха не более 70 %, и атмосфероустойчивые [18, 6].
Современные представления о механизме огнезащитного действия вспучивающихся покрытий состоят в следующем. Под воздействием пламени или высокой температуры происходит размягчение связующего и вспучивание его выделяющимися при разложении антипиренов газами; одновременно происходит и образование обильного угольного слоя вследствие дегидратации полигидратных соединений образующимися кислотами. Выбор определенных соотношений между компонентами позволяет исключить стекание размягчающегося покрытия с поверхности при нагреве, а введение наполнителей позволяет структурировать образующуюся пену, препятствовать ее выгоранию.
1.4 Методы контроля эффективности вспучивающихся огнезащитных покрытий для деревянных строительных конструкций
Согласно действующему Законодательству, огнезащитная обработка проводится организациями, в уставе которых регламентировано проведение работ и услуг в области пожарной безопасности. Также эти организации должны иметь выданную в установленном порядке лицензию. По окончании работ по огнезащите строительных конструкций составляется акт приема-сдачи, подтверждающий качественное выполнение огнезащитной обработки.
Огнезащитную эффективность покрытий определяют путем их испытания. Нормы пожарной безопасности НПБ 251-98 «Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Методы испытания» [13, 3] и ГОСТ Р 53292-2009 устанавливают общие требования к огнезащитным составам и веществам для древесины и материалов на ее основе (ОЗСВ).
Эти нормативные документы устанавливают порядок и методику испытания огнезащитной эффективности и определения устойчивости к старению ОЗСВ.
