Тема 1. Основные процессы и параметры, характеризующие поведение материалов в условиях пожара

Известно, что ни одно сооружение нельзя правильно спроектировать и технически грамотно эксплуатировать без всестороннего знания свойств строительных материалов. При этом одним из важнейших требований к возводимым и эксплуатируемым зданиям является его пожаробезопасность, которая во многом обеспечивается правильным выбором строительных материалов и конструкций.

Для специалистов пожарной безопасности, помимо общих свойств строительных материалов, необходимо также знать их поведение в условиях пожара, т.е. то, какие происходят процессы и как изменяются свойства материалов при воздействии огня и различной степени нагрева.

Основные свойства строительных материалов можно изучить по литературе [2, 4]. Особенности поведения различных строительных материалов в условиях пожара приведены в литературе [2, 5]. В ней рассмотрены механизмы изменения прочностных, теплофизических, физико-механических, а также пожарно-технических свойств каменных (минеральных), полимерных, древесных материалов, металлов и сплавов в условиях пожара.

Главным фактором, приводящим к этим изменениям, является высокая температура. Под воздействием высокой температуры снижается прочность строительных материалов в результате протекания в них физических и химических процессов.

К физическим процессам, оказывающим существенное влияние на поведение строительных материалов при нагреве, относятся следующие:

- влагоперенос в капиллярно-пористых материалах (при интенсивном нагреве материала и резком переходе влаги в парообразное состояние может произойти взрывообразное разрушение всей конструкции, либо её элементов). Спокойное удаление влаги (сушка), как правило, приводит к упрочнению материалов;

- температурные деформации, возникающие вследствие неравномерности прогрева конструкции и различия коэффициентов температурного расширения компонентов, входящих в состав материала, приводят к появлению температурных напряжений и, как следствие, разупрочняют материалы;

- изменения (модификационные превращения, рекристаллизация и т.п.) в структуре некоторых материалов, как правило, снижают прочность материала, иногда взрывообразно;

- увеличение пластичности и плавление отдельных материалов (металлов, сплавов) в условиях пожара.

В материале при высокотемпературном нагреве протекают следующие химические реакции:

- дегидратация (отщепление от молекул химически связанной воды);

- диссоциация (разрушение молекулярной структуры материала);

- термоокислительная деструкция (разрушение макромолекул органических материалов в процессе окисления, в том числе при тлении, горении).

При нагреве материалов изменяются также теплофизические свойства, что необходимо учитывать в расчётах огнестойкости строительных конструкций. Для ряда материалов, например металлов, каменных материалов и некоторых других, экспериментально установлены зависимости физико-механических характеристик и прочности от температуры [2]. Многие органические материалы под воздействием высокой температуры способны воспламеняться, распространять пламя по поверхности и гореть с выделением большого количества дыма, токсичных продуктов горения и тепла. Методы оценки показателей пожароопасных свойств изложены в государственных стандартах [9 – 12], научной и учебной литературе [2, 3, 7].

В результате проработки основной и дополнительной литературы, а также лекционного материала студенты должны получить прочные знания, основу которых составляют следующие вопросы: понятие о структуре материалов; кристаллические и аморфные тела; дефекты кристаллической структуры; модификационные превращения; химико-физические процессы; понятие о физических, механических и теплофизических свойствах материалов; статическая и кинетическая теории разрушения; изменение механических характеристик при нагревании материала; ползучесть, температурные деформации, теплостойкость; изменение теплофизических характеристик при нагревании; тепловая инерция материала; тепловлагоперенос в капиллярно-пористых телах; пожарно-технические характеристики материалов; критические условия воспламенения и распространения горения; понятие об опасных факторах пожара.