5.4.5. Повышение огнестойкости строительных конструкций

Теория и практика показывают, что строительные конструкции, оборудование и материалы, даже если последние не горят, требуют защиты от огня. Если предел огнестойкости строительных конструкций мал, то происходит их обрушение, что способствует проникновению огня в другие помещения, затрудняет или делает невозможным эвакуацию людей и материальных ценностей и усложняет тушение пожаров. Таким образом, основной задачей с точки рения пожарной защиты, является повышение предела огнестойкости строительных конструкций. В качестве критерия оценки повышения огнестойкости конструкций может служить время развития пожара:

τ_п ≥τ, (5.24)

где: τ_п – предел огнестойкости строительной конструкции, ч; τ – продолжительность пожара (25,2÷25,6), ч.

Однако в действительности соотношение (5.48) не выдерживается. Практика позволяет выделить следующие пути повышения огнестойкости строительных конструкций.

1. Повышение огнестойкости путем применения различного рода обмазок и штукатурки. Этот способ повышения огнестойкости можно рекомендовать для строительных конструкций из различных материалов (дерево, металл, железобетон, пластмассы). Толщина слоя в любом случае должна быть не менее 20-25 мм. Хорошо зарекомендовали себя для обмазок такие материалы, как вермикулит, асбестовермикулит, перлит, известково-цементная штукатурка.

2.Повышение огнестойкости за счет облицовки конструкций плитами и кирпичом. При облицовке колонн гипсовыми плитами толщиной 60-80 мм предел огнестойкости достигает 3,3-4,8 ч, а при применении обыкновенного глиняного кирпича толщиной 60 мм – 2 ч.

3.Повышение огнестойкости в результате применения различных экранов. Например, подвесные потолки из несгораемых или трудносгораемых материалов являются хорошим экраном для несущих металлических конструкций. Экраны могут быть передвижные и стационарные, а по конструктивному решению – теплоотводящие и поглощающие лучистую энергию. Водяные экраны (прозрачные, полупрозрачные и практически непрозрачные) применяются довольно часто в виде водяных завес, создаваемых спринклерными и дренчерными головками.

С ростом температуры источника максимум энергии излучения перемещается в сторону более коротких волн и подчиняется закону Вина:

λ_maxT = 0,29, (5.25)

где: λ_mах – длина волны, мм; Т – температура источника излучения, К.

Отсюда чем выше температура, тем меньше длина волны. При Т=1473 К, λ_mах<3 мкм. Слой воды толщиной 1 мм поглощает часть спектра с λ_mах>3 мкм. Это указывает на малую эффективность водяных экранов.

5. Повышение огнестойкости охлаждением конструкций водой. Металлические конструкции охлаждаются водой с помощью срабатывания дренчерных или спринклерных систем. При быстром развитии пожара на больших площадях этот метод неэффективен. В настоящее время предложен более оригинальный метод, при котором колонны охлаждаются за счет циркуляции воды внутри них.

5. Повышение огнестойкости обработкой конструкций антипиренами – химическими веществами, придающими древесине свойство невозгораемости. Обработанные образцы испытываются на огнезащитные свойства методом керамической трубы. Однако этот способ обработки очень трудоемкий и дорогой, качество обработки зависит от вида дерева и его строения. Кроме того, приобретенные огнезащитные свойства не очень надежны.

6. Повышение огнестойкости нанесением покрытий на поверхность конструкций. В последнее время для защиты конструкций от огня применяются различные огнезащитные покрытия. Принцип их действия заключается в том, что при воздействии пламени покрытия вспучиваются, создавая тем самым дополнительный изоляционный слой. Небольшая стоимость большинства покрытий, простота приготовления и нанесения, возможность обработки в любых условиях, высокие огнезащитные свойства способствуют широкому их применению. Разработано покрытие на основе жидкого стекла и асбеста, которое состоит из 10 частей (по массе) жидкого стекла и 1÷4 частей порошка мелковолокнистого асбеста. Простое механическое перемешивание в течение 10 мин обеспечивает готовность покрытия. Наносится покрытие любым распылителем. Расход на 1 м поверхности – от 0,5 до 1 кг при не большой стоимости. Огнезащитные свойства его очень высоки. Эксперименты показали, что при действии на обработанную древесину в течение 50 мин теплового импульса порядка 23012 МДж тепловое напряжение составляло более 418,41 МДж/мин, а температура на участке 10÷12 м достигала 920 °С. После испытания древесина сохранилась – покрытие предохранило ее от сгорания.

Разработанный состав может применяться и для повышения огнестойкости металлических конструкций. Для защиты металлических конструкций рекомендуется состав с соотношением компонентов 10:3. Лабораторные испытания показали, что предел огнестойкости зависит от толщины огнезащитного покрытия (рис.5.6). При толщине покрытия δ=5,3 мм предел огнестойкости τ = 48,5 мин (рис.5.6, кривая 1); при δ=8,4 мм – τ=61 мин (кривая 2); при δ =11,5 мм – τ=74 мин (кривая 3); при δ =12,2 мм – τ=77,5 мин (кривая 4).

В последние годы в ряде стран разработаны и успешно применяются огнезащитные вспучивающиеся покрытия, которые позволяют повысить огнестойкость металла и перевести древесину в группу трудногорючих материалов: “Пироморс”, “ПироСейф”, “Унитерм” (Германия); “Винтер” (Финляндия); “Фламс САФЕ” (Венгрия); “Файрекс” (НПА “Крилак”, Россия); “ОВК - 2”, “Эндотерм – ХТ - 150” (Украина).

Рис.5.6. Кривые прогрева моделей металлических конструкций со вспучивающимся покрытием

Однако следует учесть, что все приведенные огнезащитные покрытия многокомпонентны и содержат органические компоненты, что не позволяет их относить к негорючим покрытиям, а тем более безопасным (при температурах выше 300 °С претерпевают деструкцию и разложение с выделением небезопасных веществ).

Учитывая данное обстоятельство, всё большее применение в Украине находят отечественные не горючие на минеральной основе эффективные вспучивающиеся покрытия на основе жидкого стекла (ВЗП-1 ÷ ВЗП-12).

7. Повышение огнестойкости прессованием древесины после введения химических веществ. Это новый способ придания древесине огнезащитных свойств. Сущность его состоит в том, что в древесину вводятся вещества, которые размягчают целлюлозу и клетчатку, после чего древесина прессуется. Спрессованная древесина имеет большую плотность, тонет в воде, обладает прочностью стали, очень трудно загорается от огня и относится к категории трудносгораемых материалов.