Способы повышения огнестойкости древесины

Анализ приемов повышения огнестойкости деревянных конструкций

Д. А. Орлов, А. О. Евдокимова

Аннотация

В статье рассматриваются приемы повышения огнестойкости деревянных конструкций. Приведены способы огнезащитной обработки, которые применяются в настоящее время. Даны характеристика и анализ эффективности каждого из способов.

Деревянные конструкции являются в нашей стране традиционным и популярным строительным материалом, применяемым в строительстве как жилых, так и общественных зданий. Ряд уникальных свойств данного строительного материала, таких как легкость, прочность, доступность, обрабатываемость и экологичность, не позволяет нам отказаться от его использования не смотря и на ряд известных недостатков, таких как сравнительно низкая долговечность и влагостойкость, по сравнению с другими строительными материалами, подверженность гниению и горению, а так же ряд других.

Необходимость предохранения деревянных конструкций от действия открытого огня или высоких температур во время возможных пожаров заставляет прибегать к изысканию средств повышения огнестойкости древесины.

Древесина, обработанная теми или иными химикатами (антипиренами), подвергаясь действию высокой температуры или открытого огня, будет разлагаться, но не воспламеняться, что исключает возможность горения древесины открытым пламенем, а, следовательно, и распространения пожара.

В настоящее время применяются следующие способы огнезащитной обработки древесины:

огнезащитная пропитка древесины;

огнезащитная пропитка способом подогрев-холодная ванна;

огнезащитная глубокая пропитка;

огнезащитное нанесение паст и штукатурки;

огнезащитная обработка красками, лаками и эмалями [3].

Огнезащитная пропитка древесины

К составам, предназначенным для пропитки древесины, должен предъявляться ряд требований, главными из которых являются:

Способность хорошо защищать материал от действия огня при их минимальном содержании в пропитываемом материале.

Способность препятствовать поглощению древесиной влаги и развитию в древесине грибков.

Состав не должен вызывать коррозии металлических частей, соединенных с деревянными пропитанными конструкциями.

При взаимодействии состава с древесиной не должны изменяться механические свойства древесины.

Огнезащитные составы не должны быть ядовитыми для людей и животных.

Составы не должны препятствовать склейке древесины и влиять на лакокрасочные покрытия, наносимые на древесину.

Для пропитки употребляются соли, которые обладают свойством при нагревании плавиться или выделять негорючие газы. В результате плавления солей древесина покрывается защитной пленкой из продуктов плавления; кроме того, некоторые соли с повышением температуры разлагаются, образуя при этом значительное количество негорючих газов, изолирующих поверхность от кислорода воздуха и разбавляющих выделяющиеся из древесины продукты горения [3].

Огнезащитная пропитка способом прогрев-холодная ванна

Пропитка способом прогрев – холодная ванна также используется для защиты от огня конструкций и изделий из древесины, эксплуатируемых в закрытых зданиях и сооружениях с уровнем относительной влажности воздуха не более 70 %.

Данный метод позволяет получить разную степень пропитки древесины в зависимости от породы древесины, режима пропитки и подготовки древесины к данной процедуре.

Порядок осуществления пропитки следующий: образцы из древесины помещают в заполненную пропиточным раствором ванну. Температура раствора составляет 75 ± 5 °С. Изделие фиксируют противовсплывными устройствами так, чтобы уровень раствора во время обработки был на 80-100 мм выше верхней поверхности пропитываемых изделий. Время чистой пропитки в горячем растворе составляет 24 ч.

После истечения указанного срока изделия помещают в ванну, с холодным раствором, имеющим температурой (18—20) °С. Время пропитки в холодном растворе так же составляет 24 ч.

Пропитанная раствором данным способом древесина соответствует I или II группе огнезащитной эффективности в зависимости от количества поглощенных солеей [1, c. 7].

Огнезащитная глубокая пропитка

Глубoкая прoпитка признана наибoлее надежным спoсoбoм oгнезащиты древесины и изделий из нее, oна oбеспечивает I группу oгнезащитнoй эффективнoсти пo [2]. Глубoкая прoпитка прoизвoдится в автoклаве раствoрами антипиренoв (oгнезащитных сoлей) и предназначена для стрoительных кoнструкций из древесины.

Пилoматериалы и загoтoвки дoлжны сooтветствoвать следующим требoваниям:

не дoпускается наличие засмoлoк, рака, гнили, загнивших, гнилых и табачных сучкoв;

механическая oбрабoтка древесины дoлжна прoизвoдиться дo их прoпитки.

влажнoсть древесины не дoлжна превышать 15±2%;

Не смoтря на высoкую эффективнoсть даннoгo метoда, у негo есть ряд значительных недoстаткoв, oдин из кoтoрых был нами исследoван бoлее детальнo в хoде экспериментальнoгo исследoвания.

Было выявлено, что при глубокой пропитке прочность древесины существенно снижается и повышается ее гигроскопичность, причем глубина проникновения неоднородна по всей поверхности исследуемых образцов из древесины сосны, а зависит от расположения волокон древесины и от возраста древесины в том или ином участке образца, что вызывает неравномерное ослабление материала по сечению элемента.

Этот эффект не учтен в нормах на проектирование конструкций из древесины, поэтому следует очень осторожно подходить к глубокой пропитке несущих деревянных конструкций [4].

Огнезащитная обработка красками, лаками и эмалями

Наносятся огнезащитные краски, лаки и эмали кистью, валиком или распылением.

В отличие от пропиточных растворов данный способ огнезащиты позволяет получить поверхность с хорошими декоративными качествами при более высокой огнезащитной эффективности, зависящей от толщины наносимого слоя и использования в составе как водорастворимых, так и растворимых в органических растворителях составлющих. Особые требования предъявляются к подготовке поверхности при нанесении красок, эмалей и особенно лаков, а именно: древесина должна быть фрезерованной и тщательно отшлифованной.

Рассматриваемая технология применения огнезащитных лаков, красок и эмалей может предусматривать нанесение грунтовочного и отделочного слоев, которые позволяют покрытию более прочно удерживаться на поверхности древесины и защищать ее от влияния повышенной влажности воздуха и агрессивных паров и газов, кроме того, увеличить срок эксплуатации огнезащитного покрытия [5].

Огнезащитное нанесение паст и штукатурки

Повышение огнезащитных свойств строительных конструкций может осуществляться обмазкой, или механическим нанесением, например, набрызгом или напылением огнезащитными пастами или штукатурками. Толщина слоя огнезащитных паст обычно не превышает 5-10 мм, штукатурок – 20-40 мм. Основное отличие огнезащитных паст и штукатурок от обычных цементно-песчаных шпатлевок и растворных штукатурных смесей – это отсутствие в качестве связующего портландцемента и заполнителя в виде кварцевого песка. При твердении пoртландцемент наряду с гидрoсиликатами, гидрoалюминатами и гидрoферритами выделяет гидрoксид кальция (Са(OН)₂), кoтoрый при действии температур выше 550°С разлагается пo реакции: Са(OН)₂ – СаO + Н₂O. При тушении пoжара вoдoй или прoстo в кoнтакте с влажным вoздухoм идет oбратная реакция, при кoтoрoй прoдукт гидратации увеличивается в oбъеме в два раза. Гашеная известь «разрывает» пoверхнoстный слoй, oбразуя «дутики», трещины, кoтoрые спoсoбствуют прoникнoвению oгня внутрь кoнструкции. Сoставы с испoльзoванием кварцевoгo песка также имеют низкую oгнестoйкoсть: кристаллический кремнезем – oснoвная сoставляющая прирoднoгo песка, перехoдит при t = 573 °С из «бетта» – мoдификации в «альфа», увеличиваясь в oбъеме. В результате в слoе штукатурки oбразуются трещины.

Oгнезащитные пасты и штукатурные раствoры прoизвoдят на oснoве жидкoгo стекла, глинoземистoгo цемента, стрoительнoгo гипса и пуццoланoвых цементoв. Запoлнителем служит вспученный (или невспученный) вермикулит, перлит, трепел, диатoмит, вулканическая пемза, трасс, вулканический туф, мелкoфракциoнный керамзит, шунгизит, некoтoрые мoлoтые металлургические шлаки. А также вoлoкнистые напoлнители: каoлинoвая вата и другие минеральные вoлoкна, например, распушенный асбест.

Прoстейшие oгнезащитные пасты делаются с испoльзoванием местных «тoщих» глин, смешанных с вoдным раствoрoм сульфитнo-дрoжжевoгo щелoка, гипсoвoгo теста с вoлoкнистым минеральным напoлнителем и сульфитнo-дрoжжевым щелoкoм. Их рекoмендуется применять в сухих пoмещениях, при oтнoсительнoй влажнoсти вoздуха менее 65 %. Значительнo бoлее эффективными oгнезащитными сoставами являются сoставы с испoльзoванием вермикулита, перлита, каoлинoвoй ваты и сooтветствующих связующих.

Высокими огнезащитными свойствами обладают вермикулитосодержащие изделия. По причине высокой отражательной способности частиц вермикулита, низкой теплопроводности и упругости, огнезащита хорошо сохраняет целостность и имеет высокую трещиностойкость при пожаре, во время тушения трещины не образуются [5].

Огнезащита древесины – весьма сложный, но необходимый процесс, требующий серьезного подхода. Своевременная обработка древесины специальными огнезащитными составами позволяет не только сохранить вид и красоту деревянных конструкций, продлить срок их использования, но и обеспечить конструктивную безопасность.

Как показал проведенный нами анализ, наиболее надежными считаются способы нанесения штукатурок или облицовок, а так же глубокой пропитки, которые способны обеспечивать I группу огнезащитной эффективности. Однако не следует забывать и о том, что глубокая пропитка древесины может негативно сказаться на прочностных характеристиках нагруженных деревянных конструкций, что было подтверждено нашими экспериментальными исследованиями [4].

Кроме того, данные способы огнезащитной обработки являются и наиболее дорогостоящими. Более простым же в исполнении, но и менее эффективным, является способ нанесения на поверхность лаков, красок и эмалей.

Из вышеуказанного можно сделать вывод о том, что выбор метода огнезащиты деревянных конструкций зависит от конкретного случая и следует к применению после тщательного анализа всех приведенных факторов.

Список литературы:

Баженов С.В., Булага С.Н., Елисеева Л.Н. Способы и средства огнезащиты древесины (руководство). М.: ВНИИПО, 1999. – 23 с.

ГОСТ16363-98 Средства огнезащиты для древесины. Методы определения огнезащитных свойств. М.: ВНИИПО, 1998. – 12 с.

Пожарная безопасность //: http://trudova-ohrana.ru. (дата обращения 15.01.2014).

Сморчков А.А., Орлов Д.А., Кретова В.М. Исследование влияния огнезащитной пропитки конструкций из древесины на их напряженно– деформированное состояние // Промышленное и гражданское строительство. – 2012. – № 4. – с. 20—21.

Источник

Охрана Труда

• 
• 
• 

Способы повышения огнестойкости строительных материалов

Необходимость предохранения деревянных конструкций от пожаров заставляет прибегать к изысканию средств повышения огнестойкости древесины. Все эти средства имеют целью не до­пустить воспламенения продуктов разложения дерева, так как горят по существу продукты распада древесины.

Древесина, об­работанная теми или иными химикатами (аитипирепами), под­вергаясь действию высокой температуры или открытого огня, бу­дет разлагаться, но не воспламеняться, что исключает возмож­ность горения древесины открытым пламенем, а следовательно и распространения пожара.

Особое значение имеет огнезащитная обработка древесины в речном судостроении и судоремонте, где широко применяются деревянные конструкции.

В настоящее время применяются три основных способа огне защитной обработки древесины, а именно:

1) огнезащитная пропитка древесины;

2) огнезащитные обмазки и окраски;

3) термоизолирующая обмазка.

Огнезащитная пропитка древесины. Этот способ обработки древесины более эффективен, чем способы обмазки и окраски, но он является более дорогостоящим. Единственно приемлемым способом придания огнестойкости древесине в условиях судо­строения и судоремонта является именно огнезащитная про­питка; поэтому остановимся на этом вопросе несколько по­дробнее.

К составам, предназначенным для пропитки древесины, дол­жен предъявляться ряд требований, главными из которых явля­ются:

1) Хорошо защищать материал от действия огня при их ми­нимальном содержании в пропитываемом материале.

2) Препятствовать поглощению древесиной влаги и развитию в древесине грибков.

3) Не вызывать коррозии металлических частей, соединен­ных с деревянными пропитанными конструкциями.

4) При взаимодействии с древесиной не должны изменяться механические свойства пропитки.

5) Не должны быть ядовитыми для людей и животных.

6) Не должны препятствовать склейке древесины и влиять на лако-красочные покрытия, наносимые на древесину.

Для пропитки употребляются соли, обладающие свойством при нагревании плавиться или выделять негорючие газы. В ре­зультате плавления солей древесина покрывается защитной пленкой; кроме того, некоторые соли с повышением температуры разлагаются, образуя при этом большое количество негорючих газов, которые изолируют поверхность от кислорода воз­духа и разбавляют выделяющиеся из древесины продукты горения.

Правила Регистра предусматривают внедрение огнезащитных растворов в практику судостроения и судоремонта для сухого состояния внутренней части судов, так как древесина остается огнезащитной только в том случае, если она не подвергается воздействию атмосферных осадков и не используется для ра­боты в воде или в условиях высокой относительной влажности. Объясняется это тем, что в качестве антипиренов до последнего времени могут быть предложены лишь такие огнезащитные мате­риалы, которые, удовлетворяя всем вышеперечисленным требо­ваниям, тем не менее под действием влаги выщелачиваются из древесины (сухой или водяной раствор аммофоса (NH ₄ ) ₂ НРО ₄ ; NH ₄ H ₂ PO ₄ ; сернокислый аммоний (NH ₄ ) ₂ S0 ₄ ).

Пропиточный состав приготовляется следующим образом в 720 см 3 воды растворяется 250 г аммофоса; после тщательного размешивания дают раствору отстояться в течение суток, отстоявшийся раствор сливают в приготовленную тару (бочки, ведра) при помощи резинового шланга; затем в каждые .720 см слитого раствора аммофоса добавляют 50 г сернокислого аммо­ния и 30 г керосинового контакта.

Полученную смесь перед употреблением тщательно перемешивают и при помощи малярной кисти наносят на деревянные конструкции. Подвергать пропитке рекомендуется лишь выдержанную древесину с влажностью не более 18—20%.

На 1 м 2 площади деревянных конструкций при трехкратно!: пропитке требуется: а) аммофоса (сухого) 250 г (или сухого диаммонийфосфата 200 г); б) сернокислого аммония 50 г; в) керосинового контакта 30 г.

Принципиально возможно придать дереву огнезащитные свойства несколькими способами, а именно:

1) способом внешней обмазки;

2) способом двойной пропитки;

3) способом введения органических негорючих соединений, растворимых в воде, но в результате термической обработки переходящих в нерастворимое состояние.

За последние годы для пропитки наружных конструкций по­лучает применение состав, не поддающийся выщелачиванию во­дой, состоящий из фосфорнокислого аммония (20%). сернокис­лого аммония (5%), керосинового контакта (3%) и воды (72%).

Огнезащитная обмазка и окраска. Для препятствия непосред­ственному воздействию пламени на древесину иногда прибегают к обмазке поверхности древесины водостойкими огнезащитными составами.

Наиболее часто употребляются для этих целей силикатные краски, сульфитцеллюлозные щелочи с наполнителями и др. Все эти составы обмазок и красок сами не горят, достаточно долго не разрушаются в огне и мало теплопроводны. При нанесении на поверхность древесины огнезащитный слой изолирует древе­сину от соприкосновения с окружающим воздухом и препят­ствует свободному доступу воздуха, без которого невозможно горение.

Однако, при наличии высокой температуры под пленкой об­разуются газообразные продукты разложения древесины, кото­рые могут разорвать слой пленки и сгореть на ее поверхности. Кроме того, серьезным недостатком этого способа является то, что при воспламенении древесины, поверхностный слой которой нарушен, горение происходит так же, как и незащищенной дре- иесйГиы. Этот способ следует рекомендовать в том случае, когда конструкции уже сооружены из обычного дерева и возникла не­обходимость в придании им повышенной огнестойкости.

Эти составы обладают недостаточной водостойкостью, так как связующим веществом в силикатных красках является жидкое стекло, обладающее хорошей растворимостью.

Для внутренних окрасок хорошо себя зарекомендовали: а) силикатно-асбестовая краска (асбест молотый 20%, тальк 7,5%, мел молотый 7,5%, жидкое стекло 65%); б) силикатно- глиняная краска (кирпич молотый 10%, глина 40%, жидкое •стекло 50 % ).

Способ двойной пропитки не получил в практике широ­кого распространения вследствие большого привеса древесины после пропитки, доходящего до 40%. Кроме того, первый раствор, введенный в древесину, кристаллизуясь, препятствует глубокому проникновению в древесину второго раствора, вследствие чего де­рево -недостаточно хорошо противостоит горению.

За последнее время, по данным отечественной и иностранной литературы, уделяется большое внимание введению в растворен­ном состоянии в древесину различных смол. После введения смол древесина подвергается нагреву; при определенном температур­ном режиме введенные в древесину смолы становятся нераствори­мыми, что делает огнезащитные покрытия стойкими против воды .и влаги.

Источник