Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5-14
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПЮБЛЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ. 1544
ід. Факторы, способствующие гибели людей, развитию пожара, и их
взаимосвязь с применением строительных материалов 15-17
1.2. Анализ методов испытаний строительных материалов на
пожарную опасность 17-31
Методы термоаналитических исследований материалов 31-38
Постановка исследований 38-44
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.... 45-71
2.1. Выбор и обоснование параметров для прогнозирования
пожарной опасности строительных материалов. 45-50
2.2. Принципы прогнозирования и схема противопожарного норми
рования строительных материалов 50-53
Математическая модель расчета іфитической для человека ситуации при горении декоративно-отделочных материалов 54-60
Математическая модель распространения пламени по поверхности материала 60-68
2.5. Прогнозирование способности материалов к распространению
пламени по данным термоаналитических исследований. 68-72
ГЛАВА 3. ПЮГНОЗИЮВАНИЕ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТЮИТЕЛЬНЬГХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИЗИКО ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА РАЗРАБОТКА МЕТОДИК
ИССЛЕДОВАНИЙ. 73-126
3.1. Исследование самовоспламенения и воспламеняемости
строительных материалов 73-90
Прогнозирование негорючести строительных материалов 90-99
Исследования и оценка опасности газовыделения материалов в условиях теплового воздействия 99-104
Прогноз огнезащитной эффективности средств огнезащиты 104-110
з.з. Применение методов термического анализа для оценки тепло-физических и термохимических характеристик строительных
материалов 111-126
ГЛАВА 4. КРУПНОМАСШТАЕНЫЕ ОГНЕВЫЕ ЗКСПЕРИМЕНТЬІ.
РАЗРАКЖАШТОДИКИССЛЕДОВАШМ 127-169
4.1. Установка "Фрагмент высотного здания", методика
экспериментов ; 127-132
4.2. Результаты исследования пожара и пожарной опасности
стеновых декоративно-отделочных материалов на установке
"Фрагмент высотного здания" 132-139
Установка "Комната-коридор", методика экспериментов 140-148
Результаты крупномасштабных экспериментов и их анализ 148-163
4.5. Результаты исследования теплоизолирующей способности
упаковок и футляров 163-169
ГЛАВА 5. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ 170-203
Комплексное исследование пожарной опасности строительных материалов, условия и методика экспериментов 170-185
Результаты лабораторных экспериментальных исследований и их анализ 185-197
5.3. Исследование влияния толщины лакокрасочного покрытия
(числа слоев красок, и эмалей) на его пожарную
опасность 197-203
ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА ПРЕДЛОЖЕНИЙ В НОРМАТИВНО-
ТЕХНИЧЕСКУЮ ДОКУМЕНТАЦИЮ 204-237
Предложения к методам испытаний 204-209
Предложения по определению области применения СМ 210-229
б.з Предложения в нормативно-техническую и сопроводительную
документацию на строительные материалы 230-237
ВЫВОДЫ ; 238-244
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 245-263
ПРИЛОЖЕНИЕ 264-275
Введение к работе
Неотъемлемой частью государственной деятельности является обеспечение пожарной безопасности. В связи с дальнейшим расширением применения полимерных строительных материалов (ПСМ), которые, наряду с многочисленными достоинствами, обладают существенным недостатком -пожарной опасностью, проблема обеспечения пожарной безопасности в строительстве стоит наиболее остро. При пожаре ПСМ могут внести значительный вклад в образование опасных факторов, способствовать его развитию по зданию и оказать решающее влияние на размеры материального ущерба и гибель людей. Кроме того, продукты горения ПСМ и дым представляют серьезную экологическую угрозу для окружающей среды.
В соответствии с действующими в настоящее время в нашей стране требованиями нормативных документов область применения строительных материалов (СМ) устанавливается, главным образом, по результатам их испытаний лабораторными методами, при этом нормируемые показатели имеют сравнительный характер, определяются на разных установках и в различных условиях. Одновременно СНиП 21-01-97 "Пожарная безопасность'5 (п.п.1.5,1,6,6.4) таюке допускает при решении вопросов применения СМ специальный подход, который может быть основан на достоверном прогнозе их пожарной опасности с учетом условий эксплуатации и возможного режима теплового воздействия пожара в помещении. Этот подход может быть реализован в системе "гибкого" нормирования, при развитии противопожарного страхования, при разработке согласованных технических условий, отражающих специфику противопожарной защиты зданий, включая комплекс дополнительных профилактических и организационных мероприятий.
Таким образом, разработка новых прогнозных методов оценки пожарной опасности СМ с учетом условий эксплуатации, комплексные исследования закономерностей их горения и поведения в условиях моделирования пожара
б являются весьма актуальными и перспективными.
Исходя из изложенных соображений, была определена цель исследований и сформулирована следующая рабочая гипотеза: анализ совокупности параметров развития пожара СМ с использованием предложенных новых расчетных и экспериментальных методов позволит осуществлять достоверный прогноз как показателей пожарной опасности, так и поведения материалов, применяемых в строительных конструкциях, с дальнейшей разработкой предложений по их допустимому применению,
Целью настоящей работы является прогнозирование пожарной опасности СМ с учетом условий их эксплуатации, основанное на математическом моделировании процесса распространения пламени, динамиїш опасных факторов пожара (ОФП), экспериментальных исследованиях пожара в помещениях, крупномасштабных и лабораторных исследованиях горючести, воспламеняемости, распространения пламени по поверхности, тепловыделения, дымообразования и токсичности продуктов горения, обоснование условий и требований пожарной безопасности при применении и сертификации,
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи;
обоснованы математические модели и параметры для прогнозирования и оценки пожарной опасности СМ;
разработаны методики прогнозирования стандартных показателей (группы негорючих материалов, температурных показателей воспламеняемости) пожарной опасности СМ, теплофизических (теплоемкости, теплопроводности, удельной теплоты сгорания), термохимических (степени завершенности термического разложения, объемной скорости термического разложения, объемной мощности тепловыделения) характеристик с использованием термоаналитической аппаратуры;
обоснованы условия и разработана методика комплексной оценки пожароопасиости ПСМ;
разработана система противопожарного нормирования применения строительных материалов в зданиях (помещениях);
разработаны методики определения допустимой высоты отделки (облицовки) стен коридоров и предельной длины распространения пламени по покрытиям полов;
проведены работы и проанализированы результаты исследований режимов пожара в помещении и условия теплового воздействия на конструкции стен, полов и потолков коридоров;
проведены работы и проанализированы результаты комплексного экспериментального исследования пожароопасности СМ в условиях, приближенных к реальному пожару, и лабораторных условиях;
проведены исследования и проанализированы результаты математического моделирования пожароопасности СМ;
разработана классификация декоративно-отделочных материалов по способности распространять пламя по поверхности, выполненная на основе крупномасштабных методов исследований;
разработаны предложения к методам испытаний СМ на пожарную опасность;
разработана классификация СМ по пожарной опасности для задач противопожарного нормирования и сертификации, выполненная на основе лабораторных методов исследований;
разработаны требования пожарной безопасности при применении СМ и сертификации.
Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждены достаточным объемом исследований (в том числе крупномасштабных опытов), длительной апробацией используемых математических моделей и методик, соответствием результатов лабораторных, крупномасштабных экспериментов и расчетных данных, а таюке
положительным опытом внедрения результатов работы в ГПС и других ведомствах.
Экспериментально-теоретические разработки проведены применительно к декоративно-отделочным и облицовочным материалам стен (отделок), полов и потолков, теплоизоляционным (ТМ) и кровельным материалам (КМ) строительных конструкций.
Теоретические исследования проведены на базе использования классических законов тепломассообмена, теории тепломассопереноса при пожаре. В диссертационной работе использованы термогравиметрический анализ, математическая обработка результатов экспериментов с помощью ЭВМ, стандартные методы определения некоторых показателей, предложены новые полигонные экспериментальные методы исследований.
Научная новизна работы заключается в следующем:
сформулированы принципы прогнозирования пожарной опасности СМ;
разработаны расчетные и экспериментальные методы прогнозирования пожарной опасности СМ в условиях их эксплуатации, при этом обоснованы и использованы моделируемые при исследовании пожара параметры;
создана оригинальная крупномасштабная экспериментальная установка для полигонных комплексных исследований пожарной опасности декоративно-отделочных, облицовочных материалов для стен, потолков и покрытий полов и разработана методика их испытаний в условиях, приближенных к реальному пожару;
разработан лабораторный метод оценки пожарной опасности СМ и определения комплекса исходных данных для прогнозирования, математического моделирования, противопожарного нормирования;
усовершенствована термоаналитическая аппаратура и предложена методика прогнозирования показателей пожарной опасности СМ (температурных показателей воспламеняемости, группы горючих материалов),
предложены методики прогнозирования выхода горючих газов, групп огнезащитной эффективности средств для древесины на микрообразцах;
впервые установлена взаимосвязь между термоаналитическими характеристиками и показателями пожарной опасности материалов, показана возможность оценки основных тешюфизическнх и термохимических характеристик СМ;
разработана математическая модель процесса распространения пламени по поверхности СМ, позволяющая при наличии исходных данных прогнозировать зависимость длины распространения фронта пламени от времени;
усовершенствована математическая модель динамики опасных факторов пожара на начальной стадии при условии горения СМ;
на полигонной установке "Фрагмент высотного здания" и крупномасштабной установке "Комната-коридор" исследовано развитие пожара в помещении, выявлены закономерности теплового воздействия на. строительные конструкции стен, полов и потолков, что позволило экспериментальным путем обосновать условия теплового воздействия на образцы для лабораторных исследований;
получены и проанализированы новые экспериментальные данные о пожароопасных свойствах широкого круга СМ, установлены зависимости показателей пожарной опасности от условий теплового воздействия и эксплуатации, изучено влияние числа' слоев (толщины) лакокрасочных покрытий на показатели воспламеняемости распространения пламени, время возникновения критической для человека ситуации;
предложен и апробирован новый подход к оценке и снижению пожарной опасности СМ при отработке рецептур при сохранении эксплуатационных свойств на примере наливного полимерного покрытия пола и пенополиуретаяового утеплителя;
получила развитие методология противопожарного нормирования применения отделок в зданиях (помещениях), на основе принципов и качественных критериев нормирования разработаны схема и условия их допустимого (пожаробезопасного) применения, классификации СМ и методики с элементами "гибкого" нормирования.
Практическая ценность работы. Решена научно-техническая проблема комплексного прогнозирования пожарной опасности СМ с учетом условий их эксплуатации, и создания системы методов (лабораторных и полигонных) определения необходимых показателей как на микрообразцах, так и образцах реальных строительных конструкций.
Разработаны экспериментальные и расчетные методы оценки поясарной опасности СМ, определения набора исходных данных для задач математического моделирования развития пожара в помещении.
Разработана система противопожарного нормирования применения СМ, включающая элементы "гибкого" нормирования.
Результаты работы позволяют формулировать профилактические мероприятия по противопожарной защите объектов, в том числе на стадии проектирования, предотвращению распространения пожара, снижению материального и социального ущербов.
Диссертация обобщает результаты исследований, которые проводились под руководством или при непосредственном участии автора в Федеральном государственном учреждений "Всероссийский ордена "Знак почета" научно-исследовательский институт противопожарной обороны" (ФГУ ВНИИГЮ) МЧС России с 1983 года при выполнении ряда Государственных программ (в т.ч. МВД, Госстроя России), плана НИР ФГУ ВНИИГЮ МЧС России.
Выводы я рекомендации диссертации реализованы при разработке:
НПБ 244-97 "Материалы строительные. Декоративно-отделочные и облицовочные материалы. Материалы для покрытия полов. Кровельные,
11 гидроизоляционные и теплоизоляционные материалы. Показатели пожарной опасности";
СНиП 21-01-97 "Пожарная безопасность зданий и сооружений";
ГОСТ 30402-96 "Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость";
ГОСТ 30444-97 (ГОСТ Р 51032-97) "Материалы строительные. Метод испытания на распространение пламени";
ГОСТ 30244-94 "Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть";
ГОСТ 30403-96 "Конструкции строительные. Метод определения поясарной опасности";
ОСТ 95 10562-2001 "Покрытия полимерные защитные для атомных станций. Часть 1. Снимаемые защитные покрытия. Общие требования, применение и выбор";
ГОСТ Р 51691-2000 "Материалы лакокрасочные. ЭМАЛИ. Общие технические условия";
ГОСТ Р 51693-2000 "Грунтовки антикоррозионные. Общие технические условия";
НПБ 109-06 "Вагоны метрополитена. Требования пожарной безопасности";
ВНПБ-97 'Батоны пассажирские. Требования пожарной безопасности;
Инструкций по проведению термического анализа образцов материалов и веществ (идентификация и входной контроль). - М.: В.НИИПО, 1995;
Методического пособия "Контроль качества и определение вида огнезащитных покрытий, контроль качества огнезащитных работ". М.: ВНИИПО, 1999;
Технической информации (в помощь инспектору Государственной противопожарной службы). -М.: ВНИИПО, 2002;
Сборника "Огнезащита материалов, изделий и строительных конструкций". - М.: ВНИИПО, 1999;
Справочника "Огнестойкость и пожарная опасность строительных конструкций, пожарная опасность строительных материалов, огнестойкость инженерного оборудования зданий". -М.: ВНИИПО, 1999.
Результаты диссертации использованы при разработке учебных программ "Огнезащита", "Директор" в УЦ ФГУ ВНИИПО МЧС России.
На защиту выносятся:
основы прогнозирования пожароопасности СМ;
методики прогнозирования стандартных показателей (группы негорючих материалов, температурных показателей воспламеняемости) пожарной опасности СМ, теплофизических и термохимических характеристик с использованием термоаналитической аппаратуры;
условия и методика комплексной оценки пожароопасности СМ:
схема противопожарного нормирования применения отделок в зданиях (помещениях);
методика определения допустимой высоты отделок стен коридоров (на примере зданий гостиничного типа) и условия допустимого применения покрытий полов;
результаты исследований режимов пожара в помещении и условия теплового воздействия на конструкции стен, полов и потолков коридоров;
' результаты комплексного экспериментального исследования пожароопасности СМ в условиях реального пожара и лабораторных условиях;
результаты математического моделирования пожароопасности СМ;
классификация отделок по способности распространять пламя по поверхности, выполненная на основе крупномасштабных методов исследований;
предложения к методам испытаний СМ на пожарную опасность;
классификация СМ по пожарной опасности для задач противопожарного нормирования и сертификации, выполненная на основе лабораторных методов исследований;
требования пожарной безопасности при применении СМ и сертификации.
Достоверность полученных результатов подтверждается данными полигонных и крупномасштабных экспериментов, адекватностью теоретических моделей реальным условиям процессов пожара и термоокислительного разложения (горения) СМ, выбором критериев и параметров, позволяющих сравнивать теоретические и экспериментальные данные, удовлетворительными точностью экспериментальных методов и погрешностями измерений, корреляционным анализом результатов, полученных разработанными и стандартными методами.
Апробация работы. Результаты работы, основные ее положения и выводы докладывались и обсуждались на IX Всесоюзной научно-практической конференции "Проблемы обеспечения пожарной безопасности" (Москва, 1987), Всесоюзном научно-техническом семинаре "Обеспечение огнестойкости зданий и сооружений при применении новых строительных материалов и конструкций" (Москва, 1988), I Всесоюзной научно-практической конференции "Проблемы охраны труда в условиях ускорения научно-технического прогресса" (Москва, 1988), научно-техническом семинаре "Проблемы обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений" (Москва, 1989), XI Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы предотвращения и тушения пожаров на объектах народного хозяйства" (Москва, 1992), XIII Всероссийской научно-практической конференции "Пожарная безопасность 95" (Москва, 1995), II Международном семинаре "Пожаровзрывоопасность веществ и взрывозащита объектов (Москва, 1997), Всероссийской научно-практической конференции "Пожарная безопасность - история, состояние, перспективы" (Москва, 1997), Международной научно-практической конференции "Пожарная безопасность и
методы ее контроля" (Санкт-Петербург, 1997), III Международной конференции "Полимерные материалы пониженной горючести" (Волгоград, 1998), ХУ Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков" (Москва, 1999), Международной научно-практической конференции "Проблемы обеспечения пожарной безопасности Северо-западного региона" (Санкт-Петербург, 2000), ІУ Международной конференции "Полимерные материалы пониженной горючести" (Волгоград, 2000), ХУІ научно-практической конференции "Крупные пожары; предупреждение и тушение" (Москва, 2001), Международном симпозиуме "Комплексная безопасность России - исследования, управление, опыт" (Москва, 2001).
По теме диссертации опубликовано 87 печатных работ. В диссертации обобщены результаты многолетней самостоятельной работы, а также выполненные совместно с коллегами, аспирантами и соискателями автора.
Автор считает своим долгом выразить благодарность за ценные советы и оказание практической помощи при совместной работе докторам техн. наук Н.П. Копылову, И.А. Болодьяну, И.С. Молчадскому, Б.Б. Серкову, ИР, Хасанову, кандидату хим. наук Н.Г. Дудерову, кандидатам техн. наук М.М. Казиеву, В.В. Пономареву, Ю.С. Зотову, О.И. Молчадскому, Н.И. Константиновой, А.В. Труневу, инженерам Р.А. Яйлияну, М.В. Лезовой, А.П. Щеголеву, О.Е. Антоненко, И.М. Макарушину.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа содержит 273 страницы текста, иллюстрированного 49 рисунками, имеет 29 таблиц и 179 наименований цитируемой литературы.
