Способы увеличения огнестойкости деревянных конструкций

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

Огнестойкость дерева и способы ее повысить

Под огнестойкостью деревянной конструкции понимается временной промежуток, по истечении которого в условиях распространения пожара она сохраняет свою целостность (несущую способность и конструктивную устойчивость).

Предел огнестойкости деревянных конструкций в среднем составляет от 30-ти до 45-ти минут, что несколько превышает те же показатели для металлических сооружений. Однако в сравнении с аналогичным параметром для железобетонных сооружений по своей защищённости они значительно уступают последним.

Основные этапы горения древесины

Горение материала древесины может быть представлено в виде двух последовательных стадий. На первом этапе происходит сгорание продуктов разложения в газообразной форме, которое сопровождается образованием яркого пламени.

Вторая стадия этого процесса представляет собой беспламенное догорание образовавшегося на начальном этапе угля.

Определяющее влияние на огнестойкость деревянной конструкции (частного дома, например) оказывает первая из этих стадий, в течение которой создаются оптимальные условия для поддержания распространения горения.

Несмотря на ограниченность по времени этот процесс сопровождается выделением значительного количества тепла.

Какое-то время оба этих процесса протекают практически одновременно, после чего выделение газов прекращается, а гореть продолжает один только уголь. При этом скорость, с которой выгорает основная масса древесного материала здания, определяется следующими факторами:

• объемный вес всей конструкции;
• влажность исходного строительного материала;
• температура окружающей среды;
• соотношение свободных пространств к объёмам, занимаемым древесиной.

Более плотный по своей структуре древесный материал (дуб, например) сгорает медленнее, чем та же осина, что объясняется различием в их теплопроводности.

При воспламенении древесины с повышенным показателем влажности определённое количество тепла расходуется на испарение влаги. В результате этого на разложение материала тратится меньше тепловой энергии. Естественно, что сухая древесина с учётом всего изложенного сгорает намного быстрее.

Температура горения и способствующие факторы

Температура, достигаемая на первой стадии самовозгорания, заметно превышает тот же показатель для беспламенного периода сгорания продуктов разложения. На начальной стадии тонкий слой угля образуется лишь на поверхности древесины, и он сначала не горит, несмотря на то, что находится в раскалённом состоянии.

Дело в том, что на этом этапе практически весь кислород расходуется на поддержание пламени и имеет ограниченный доступ к другим продуктам сгорания. Уголь начинает разлагаться только с того момента, когда полностью завершается этап пламенного горения.

Температура возгорания древесного материала, обеспечивающая поддержание устойчивого горения, для большинства сортов составляет 250-300 градусов.

Эффективному развитию горения в деревянных конструкциях способствует близкое расположение отдельных элементов, как правило, монтируемых параллельно и с небольшим зазором.

Наглядным примером такого расположения являются стропила и обрешётка кровель. Вследствие этого неизбежен их взаимный разогрев с одновременным усилением воздушной тяги в продольных направлениях.

Всё перечисленное заставляет строителей предпринимать специальные меры защиты древесных сооружений от воздействия открытых очагов огня.

Поведение конструкций во время пожара

Особенность разрушения деревянных конструкций состоит в том, что при непосредственном контакте с открытым огнём, они разрушаются (обугливаются) со средней скоростью один миллиметр в минуту.

Источник