Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ влияния средств огнезащиты на пожарную опасность древесных материалов 14
1.1. Механизм горения и огнезащиты древесины 14
1.2. Виды средств огнезащиты древесины 27
1.3. Классификация строительных материалов по пожарной опасности 36
1.4. Требования нормативно-технических документов к средствам огнезащиты и огнезащищенным материалам 38
Глава 2. Объекты исследования и их характеристики 43
2.1. Образцы древесины 43
2.2. Средства огнезащиты, использованные в экспериментах 44
2.3. Методика и результаты определения группы «огнезащитной эффективности» средств огнезащиты 45
Глава 3. Исследование горючести и воспламеняемости древесины, обработанной огнезащитными составами 51
3.1. Физико-химические особенности процесса горения и воспламенения огнезащищенной древесины 51
3.2. Методика проведения исследований 56
3.3. Экспериментальные данные и их обсуждение 66
Глава 4. Влияние средств огнезащиты на распространение пламени по поверхности древесины 79
4.1. Физико-химические особенности процесса распространения пламени по поверхности огнезащищенной древесины 79
4.2. Методика проведения исследований 82
4.3. Экспериментальные данные и их обсуждение 86
Глава 5. Дымообразование и токсичность продуктов горения огнезащищенной древесины 95
5.1. Физико-химические особенности дымообразования и образования токсичных продуктов горения огнезащищенных материалов. 95
5.2. Методика проведения исследований 97
5.3. Экспериментальные данные и их обсуждение 105
Заключение. Пожарная опасность огнезащищенной древесины, 120
Список литературы, 126
Приложение
- Виды средств огнезащиты древесины
- Средства огнезащиты, использованные в экспериментах
- Экспериментальные данные и их обсуждение
- Методика проведения исследований
Введение к работе
Актуальность исследования
Проблема снижения пожарной опасности строительных объектов на протяжении последних десятилетий в Российской Федерации продолжает оставаться актуальной и для ее решения прилагаются значительные усилия. По данным официальной статистики ежегодно в стране происходит до 200 тысяч пожаров, на которых погибает 18-20 тысяч человек. По этим показателям Россия существенно опережает все страны мира (во всем мире на пожарах погибает около 75 тысяч человек в год).
В связи с этим в нашей стране постоянно предпринимаются меры для снижения уровня пожарной опасности объектов стройиндустрии: в 1993 г. был принят Федеральный Закон «О пожарной безопасности», ужесточаются требования пожарной безопасности нормативных документов (Строительные нормы и правила, Государственные стандарты, Нормы и правила пожарной безопасности). Значительное внимание проблеме обеспечения пожарной безопасности уделено в Федеральном Законе «О техническом регулировании» (2003 г.), на основании которого в настоящее время разрабатываются общие и специальные технические регламенты.
При пожаре в здании могут гореть различные вещества и материалы: строительные конструкции, облицовки строительных конструкций, упаковка, материальные ценности, изготовленные из горючих материалов.
Значительная доля ущерба от пожаров обусловлена разрушением строительных конструкций под воздействием огня. Рассчитанные в соответствии с законами строительной механики и выполнявшие свои функции много десятков лет до пожара деревянные строительные конструкции при огневом воздействии могут разрушиться в течение очень короткого времени. Например, при пожаре в здании Московского манежа обрушение горящих деревянных конструкций перекрытий привело к полному уничтожению материальных ценностей, находящихся в здании до начала пожара.
Горение конструкций и облицовочных материалов существенно затрудняет эвакуацию людей из горящего здания и нередко приводит к их гибели. В случае разрушения конструкций ущерб от пожара достигает максимального значения. Процесс уничтожения материальных ценностей при этом становится необратимым и дальнейшее тушение пожара уже не дает существенного эффекта.
Из выше изложенного со всей очевидностью вытекает значимость мероприятий по предупреждению возникновения пожаров в зданиях.
Одним из таких мероприятий является огнезащита строительных материалов и конструкций. Известно [3], что основные причины возникновения пожаров — это неосторожное обращение с огнем (51,9% случаев), нарушение правил эксплуатации электрооборудования (21,7% случаев). Т.е. пожары возникают при воздействии малокалорийных источников зажигания на горючие материалы. Вероятность воспламенения горючего материала определяется степенью его огнезащищенности. Таким образом, огнезащита становится важным фактором в системе мер по предупреждению возникновения пожара.
Под термином «огнезащита» в современной научно-технической литературе и нормативных документах понимается снижение пожарной опасности материалов и конструкций путем огнезащитной обработки.
Одним из основных объектов огнезащиты в области строительства является древесина и изделия из нее. Древесину широко применяют в строительстве благодаря ряду положительных свойств: высокой прочности при небольшой плотности, малой теплопроводности, легкости обработки, простоте скрепления отдельных элементов, высокой морозостойкости и сопротивляемости действию многих химических реагентов. Одновременно древесина обладает и существенным недостатком: она чрезвычайно пожароопасна.
Древесина по классификации СНиП 21-01-97[72] является легко-воспламеняемым сильногорючим материалом, сильнораспространяющим
пламя по поверхности, материалом с высокой дымообразующей способностью и чрезвычайно опасными по токсичности продуктами, выделяемыми при горении.
По своим пожарно-техническим характеристикам древесина является одним из самых опасных материалов. В связи с этим, издавна предпринимаются попытки снижения ее пожарной опасности с использованием различных методов огнезащиты.
В области огнезащиты древесины предложены пропитки, лаки, краски, обмазки, снижающие возможность ее воспламенения от малокалорийных источников зажигания. При этом исключить горение огнезащищенной древесины в условиях развитого пожара не удается.
В течение длительного времени в отечественной практике противопожарного нормирования в строительстве в качестве единственного показателя пожарной опасности строительных материалов применялась группа горючести. По горючести материалы подразделялись на три группы: негорючие, трудногорючие и горючие. Задача огнезащиты строительных материалов на основе древесины сводилась к получению трудногорючих материалов.
Анализ статистических данных о пожарах в РФ, выполненный во второй половине XX в. показал, что основными факторами гибели людей на пожарах являются токсичные продукты и дым, выделяющиеся в процессе горения. Значительное число пожаров характеризуется тем, что горючими материалами, способствующими возникновению и развитию пожаров, являются древесина и ткани. Особенно это характерно для жилого сектора, где в 70% случаев древесина была основным горючим материалом, а число погибших от общего числа погибших при пожарах составило 92% [50].
Поэтому в СНиП 21-01-97 [71] для характеристики пожарной опасности строительных материалов были включены соответствующие показатели. Применительно к огнезащитным средствам это означает необходимость
получения данных не только по горючести огнезащищенной древесины, но и по опасности воздействия продуктов горения на людей.
Наиболее значительные успехи в области огнезащиты древесины достигнуты в работах отечественных исследователей: Р. М. Асеевой, А. А. Лео-новича, Ф.А. Левитес, М.Н. Колгановой, Е.Н. Покровской, И. Г. Романенкова, Б. Б. Серкова, В. Л. Страхова, Н. А. Тычино. В работах этих ученых детально исследован механизм огнезащиты древесины, разработаны способы снижения ее воспламеняемости и горючести, предложены огнезащитные составы для снижения пожарной опасности.
Однако, дальнейший прогресс в развитии средств огнезащиты сдерживается наличием противоречий между нормативными документами, регламентирующими применение в строительстве средств огнезащиты для древесины.
Так, в СНиП 21-01-97 [71] отмечено (п.7.13): «эффективность средств огнезащиты, применяемых для снижения пожарной опасности материалов, должна оцениваться посредством испытаний для определения групп пожарной опасности строительных материалов», т.е. групп горючести, воспламеняемости, распространения пламени, дымообразующей способности и токсичности продуктов горения. Перечисленные показатели в достаточно полной мере характеризуют уровень пожарной опасности огнезащищенных строительных материалов.
На практике допуск огнезащитных составов для применения на строительных объектах осуществляется в соответствии с требованиями НПБ 232-96 [51] по результатам испытаний на определение группы «огнезащитной эффективности» по методике, предусмотренной НПБ 251-98 [52]. Сертификация средств огнезащиты в системе пожарной безопасности осуществляется также по результатам определения группы «огнезащитной эффективности» по НПБ 251-98.
Методики испытаний средств огнезащиты, предусмотренные СНиП 21-01-97 и НПБ 251-98, имеют существенные различия, которые могут приводить
к получению несопоставимых результатов. В методах определения показателей пожарной опасности строительных материалов (в т.ч. огнезащищенных) в максимальной степени учтены современные представления о теории возникновения и развития пожара в зданиях, учтены закономерности воспламенения и горения строительных материалов. Эти методы соответствуют рекомендациям международных стандартов в области оценки пожарной опасности строительных материалов.
Методика НПБ 251-98, разработанная в 60-х годах XX в., соответствует уровню знаний того времени о горении твердых материалов. Но она не учитывает влияния на процесс развития горения такого фактора, как величина внешнего теплового потока, падающего на горящий материал. Поэтому получаемые по этой методике результаты оценки влияния огнезащитных композиций не могут характеризовать поведение огнезащищенных материалов в условиях развития реальных пожаров.
Разработка новых и эффективных составов для огнезащиты древесины, в частности терморасширяющихся покрытий, создает предпосылки для существенного снижения уровня пожарной опасности этого строительного материала. Но достижение необходимого результата требует доказательств. Важен ответ на вопрос: могут ли современные средства огнезащиты обеспечивать снижение горючести и воспламеняемости древесины, влиять на условия распространения пламени по поверхности, снижать дымовыделение при горении и токсичность продуктов горения. Подобных исследований до настоящего времени не проводилось. Для проектирования систем огнезащиты изделий из древесины, для определения оптимальных расходов огнезащитных составов необходимы данные по их влиянию на пожарно-технические характеристики горючих материалов.
Таким образом, задача проведения практических исследований влияния средств огнезащиты на пожарную опасность древесины, а также прогнозирование поведения огнезащищенной древесины в условиях пожара является актуальной и представляет научный и исследовательский интерес.
Получение новых данных позволит повысить надежность проектных решений по выбору оптимальных огнезащитных составов и необходимых расходов средств огнезащиты для достижения заданного уровня пожарной безопасности. Кроме того, это может способствовать совершенствованию нормативной базы применения огнезащитных составов и содействовать расширению области и увеличению объемов их применения в строительстве.
Изложенное свидетельствует об актуальности исследований, целью которых является оптимизация снижения пожарной опасности древесины за счет применения огнезащитной обработки. Представляет интерес сопоставление влияния различных средств огнезащиты на пожарно-технические характеристики огнезащищенной древесины.
Цель работы и задачи исследования
Целью диссертационной работы является выявление закономерностей влияния средств огнезащиты древесины на комплекс ее пожарно-технических характеристик: группу горючести, воспламеняемость, распространение пламени по поверхности, дымообразующую способность и токсичность продуктов горения с целью оптимизации способов огнезащиты и тем самым снижения уровня пожарной опасности различных объектов.
Отметим, что подобное исследование выполняется впервые.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
Обосновать выбор объектов исследования - огнезащитных составов для получения представительных данных по влиянию средств огнезащиты на пожарно-технические характеристики огнезащищенной древесины.
Оценить влияние средств огнезащиты на горючесть древесины.
Изучить степень влияния огнезащитных составов на воспламеняемость древесины.
Исследовать зависимость условий распространения пламени по поверхности древесины от вида огнезащитного средства и плотности падающего теплового потока.
Определить влияние огнезащиты на дымообразующую способность древесины при ее горении.
Оценить изменение уровня токсичности продуктов горения древесины в результате обработки огнезащитными средствами.
Разработать рекомендации по огнезащите древесины.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
Получены экспериментальные данные и выполнено теоретическое обоснование влияния средств огнезащиты на горючесть сосновой древесины.
Определено влияние вида огнезащитного состава и плотности падающего теплового потока на воспламеняемость древесины.
Установлена возможность снижения скорости распространения пламени по поверхности деревянных конструкций в результате обработки огнезащитными композициями.
Показана возможность подавления процесса дымовыделения при горении древесины путем ее огнезащитной обработки.
Установлено влияние средств огнезащиты на токсичность продуктов горения. Выявлены условия горения огнезащищеннои древесины, при которых реализуется максимальный выход газообразных токсичных соединений.
Практическая значимость работы:
Установлено отсутствие корреляции между результатами
определения «огнезащитной эффективности» по методике НПБ 251-98 и
стандартными методами оценки пожарной опасности строительных
материалов, предусмотренных СНиП 21-01-97. На основании полученных
данных рекомендовано проводить оценку эффективности огнезащитных
составов для древесины путем экспериментального определения ее пожарно-
технических характеристик.
Определены направления создания наиболее эффективных композиций для огнезащиты древесины.
Обоснованы оптимальные способы применения современных огнезащитных составов.
Разработаны рекомендации по огнезащите древесины.
Достоверность полученных результатов обусловлена использованием экспериментальных методик, рекомендованных Национальными и Международными стандартами с оцененными параметрами по сходимости и воспроизводимости получаемых данных, внутренней согласованностью измеренных показателей пожарной опасности огнезащищенной древесины, соответствием полученных результатов современным теоретическим представлениям о влиянии средств огнезащиты на пожарную опасность древесины.
На защиту выносятся следующие новые и практические результаты диссертационного исследования:
Результаты экспериментальных исследований влияния средств огнезащиты на горючесть древесины.
Результаты экспериментальных исследований влияния огнезащитных составов и внешних тепловых потоков на воспламеняемость древесины.
Обоснование возможности снижения скорости распространения пламени по поверхности конструкций из древесины посредством огнезащитной обработки.
Способ подавления процесса дымовыделения при горении древесины введением в ее состав огнезащитных композиций.
Результаты экспериментальных исследований влияния средств огнезащиты на токсичность продуктов горения древесины.
Рекомендации по огнезащите древесины.
Объем и структура диссертации
Диссертационная работа состоит из Введения, пяти глав, Заключения, библиографического списка, включающего 107 наименований и двух Приложений. Общий объем диссертации 137 страниц компьютерного текста, иллюстрированного 32 рисунками и 17 таблицами.
В первой главе представлен анализ опубликованных отечественных и зарубежных работ по влиянию средств огнезащиты на пожарную опасность древесины. Изложены современные представления о механизме воспламенения и горения древесины, а также воздействия огнезащитных составов на эти процессы.
В главе рассмотрены основные виды огнезащитных средств, разработанных для снижения пожарной опасности древесины: обмазки, покрытия и пропитки. Показан интенсивный рост рынка огнезащитных составов в последние годы.
Изложены требования нормативно-технических документов к средствам огнезащиты и огнезащищенным материалам. Отмечены расхождения между этими требованиями.
В результате выполнения литературного обзора сформулированы задачи диссертационного исследования.
Во второй главе приведено обоснование использованных в экспериментах образцов сосновой древесины и характеристики огнезащитных составов, применяемых в строительстве для снижения пожарной опасности древесных материалов.
В третьей главе приведены результаты экспериментальных данных по изучению горючести и воспламеняемости огнезащищенной древесины.
В четвертой главе диссертации исследовано влияние огнезащиты на распространение пламени по поверхности древесины.
Пятая глава посвящена изложению результатов исследования влияния средств огнезащиты на дымообразующую способность и токсичность продуктов горения огнезащищенной древесины. Этот показатель особенно
важен для оценки времени эвакуации людей при возникновении пожара в здании. Условия образования дыма при тлении и пламенном горении материалов существенно различаются.
В Заключении сформулированы основные направления работ по повышению эффективности средств огнезащиты древесины.
Виды средств огнезащиты древесины
Наиболее распространенным и эффективным методом огнезащиты древесины в условиях строительной площадки является нанесение огнезащитных пропиток и покрытий на поверхность деревянных конструкций.
С учетом того, что передача тепла от внешнего теплового источника к защищаемому материалу происходит за счет теплоизолирующих свойств самого покрытия и твердых продуктов его разложения, решающим фактором, определяющих эффективность огнезащитных покрытий является их толщина. Однако увеличение толщины, полезное с точки зрения пожарной безопасности, отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах изделий из древесины. Кроме того, толстые покрытия и покрытия с непрозрачными наполнителями лишают изделия из древесины высоких декоративных качеств. Поэтому на современном рынке огнезащитных составов все больший спрос занимают покрытия, позволяющие сохранять цвет и текстуру древесных материалов.
Огнезащитные составы с учетом их функционального назначения, механизма действия и толщине защитного слоя, а также для достижения целей, сформулированных в диссертационном исследовании, можно разделить на следующие группы: огнезащитные обмазки толщиной 10-70 мм (для декоративных целей не используется); - огнезащитные пропитки; - огнезащитные краски, наносимые слоем толщиной от 1 до 3 мм (они могут выполнять декоративные функции, скрывая при этом цвет и текстуру древесины); - прозрачные декоративные покрытия, наносимые слоем от 1 до 3 мм, сохраняющие цвет и текстуру древесины; - вспучивающиеся (терморасширяющиеся) покрытия, наносимые слоем от 1 до 3 мм, и в процессе нагрева внешним источником тепла увеличивающиеся в объеме в 20-30 раз с целью создания защитного слоя.
Огнезащитные обмазки представляют собой штукатурные смеси, в которых песок заменяют легким наполнителем: перлитом, вермикулитом, гранулированными шлаками. В качестве вяжущих веществ используют цементы различных марок, гипс, известь, жидкое стекло.
В современном строительстве огнезащитные обмазки применяются в незначительных объемах и тенденции совершенствования средств огнезащиты позволяют заключить, что они в ближайшее время будут вытеснены другими типами огнезащитных составов. Поэтому, при выборе объектов исследования огнезащитные обмазки не рассматривались.
Пропитка древесины огнезащитными составами один из самых распространенных способов огнезащиты. Обработку деревянных конструкций и изделий из древесины осуществляют методами поверхностной и глубокой пропитки.
При поверхностной пропитке огнезащитный состав наносится различными технологическими способами на защищаемые поверхности. Огнезащитная пропитка является самым простым методом огнезащитной обработки. Но при этом, многие пропиточные составы подвержены вымыванию и поэтому быстро теряют огнезащитные свойства. Большинство пропиточных составов неатмосферостойки, их рекомендуется применять в отапливаемых помещениях с относительной влажностью воздуха не более 70%.
Глубокая пропитка древесины более эффективна по сравнению с поверхностной, но при этом расход огнезащитных средств увеличивается. Это приводит к увеличению массы конструкций, повышению гигроскопичности, отражается на технико-экономических показателях огнезащиты [53] .
Анализ составов пропиток показал, что в нашей стране наиболее распространены солевые антипирены. Это объясняется возможностью многочисленных комбинаций их компонентов, относительно низкой стоимостью и простотой приготовления. Механизм действия таких антипиренов заключается в том, что проникая за счет капиллярных сил в поверхностный слой древесины (на глубину 2,0-2,5 мм) после испарения воды они минерализируются среди волокон клетчатки, благодаря чему проявляется эффект огнезащиты. В процессе эксплуатации конструкций влага и углекислота, содержащиеся в воздухе, разрушают минеральный слой в течение непродолжительного времени.
В качестве средств огнезащиты широко применяются композиции на основе фосфорных кислот и мочевины с различными модифицирующими добавками и синергистами [7,56,62]. Анализ результатов эффективности подобных средств огнезащиты показывает, что они капиллярной пропиткой способны обеспечить II группу огнезащитной эффективности. Неспособность антипиренов подобного типа при разложении образовывать на поверхности теплоизолирующий слой для повышения огнезащитной эффективности требует увеличения расхода огнезащитных средств с целью создания в поверхностных клеточных каналах древесины более высоких концентраций солей, что возможно лишь до определенных пределов.
Помимо солевых антипиренов широкое распространение получили антипирены — реагенты [54], преобразующие поверхностный слой древесины за счет модифицирования. Преимущество подобных составов перед солевыми антипиренами заключается в долговечности результатов огнезащитной обработки.
Средства огнезащиты, использованные в экспериментах
С учетом данных, приведенных в разделе 1.2, в качестве объектов исследования были выбраны следующие средства огнезащиты: пропитки, краски, лак, обмазка. Огнезащитные составы имели различный химический состав, разную огнезащитную эффективность (по НПБ 251-98), что позволило получить достаточно представительные данные по их влиянию на пожарно-технические характеристики. Наименования и основные свойства исследованных составов приведены в табл. 2.2. Образцы для исследования готовили в соответствии с требованиями методик, указанных в СНиП 21-01-97. Нанесение огнезащитных составов проводилось кистью на предварительно подготовленные образцы сосновой древесины влажностью 10% масс. Расход огнезащитных составов контролировался весовым методом. При необходимости нанесения нескольких слоев между обработками предусматривались периоды сушки, рекомендованные производителями средств огнезащиты. Во всех случаях соблюдалась технология нанесения средств огнезащиты, указанная в технической документации на эти средства. Определение группы огнезащитной эффективности пропиток, лаков, красок и обмазок для древесины и материалов на ее основе осуществлялась на установке, схема которой, показана на рис. 2.1 по методике, предусмотренной НПБ 251-98. Установка состоит из следующих элементов: - керамического короба с наружными размерами 120x120x300 мм и толщиной стенок (16±2) мм; - металлической подставки для крепления керамического короба, имеющей створки для регулирования подачи воздуха в зону горения; - газовой горелки, располагаемой внутри керамического короба по его центру с отклонением от центральной оси не более 2 мм; - ротаметра с пределами измерения расхода газа 20-100 л/час; - держателя образца, фиксирующего положение испытываемого образца в центре керамического короба на расстоянии (60±2) мм от верхнего среза газовой горелки; - зонда, расположенного в рабочем положении соосно коробу и на 40±2 мм выше него; - термопары с пределами измерения от 0 до 900 С. Рабочий спай термопары при проведении испытаний должен располагаться в центре верхнего патрубка зонда на его вертикальной оси; - автоматического потенциометра типа КСП (или любого другого с классом точности не ниже, чем у КСП. Образцы для испытаний изготавливались в виде прямоугольных брусков с поперечным сечением 30x60 мм и длиной 120 мм. Отклонение размеров подготовленных образцов от указанных не должно превышать 1 мм. Образцы изготавливали из прямослойной воздушно-сухой древесины сосны с влажностью не более 15 % и плотностью от 400 до 500 кг/м . Образцы были без видимых пороков; боковые поверхности были остроганы, торцы опилены и обработаны наждаком. Для каждого испытания готовили по десять образцов. Перед нанесением огнезащитных составов образцы древесины кондиционировали в эксикаторе над насыщенным раствором Zn(N03)2"6H20 при температуре 23±5 С. Кондиционирование образцов прекращали в момент, когда изменение их массы в течение 24 часов не превышало 0,2 г (при точности взвешивания 0,1 г). На кондиционированные образцы древесины со всех сторон равномерно наносили испытываемый состав и высушивали. Расход состава, условия его нанесения и высушивания соответствовали технической документации на состав. Расход огнезащитного состава, нанесенного на каждый образец, определяли весовым методом по разнице массы образца до и после однократного нанесения. Общий расход огнезащитного состава определяли суммированием расходов после каждой обработки и относили к площади поверхности. Перед испытанием обработанные и высушенные образцы древесины кондиционировали в условиях, указанных выше, взвешивали и результаты взвешивания округляли до 0,1 г. Перед испытанием внутренние стенки керамического короба выкладывали алюминиевой фольгой блестящей стороной внутрь. Фольгу меняли по мере прогорания, но не реже, чем после сжигания трех образцов. Керамический короб переводили в горизонтальное положение и зажигали газовую горелку, обеспечивая высоту пламени 15-25 см. Затем керамический короб устанавливали вертикально на подставку, переводили зонт в рабочее положение над коробом и регулировали расход газа так, чтобы температура, регистрируемая термопарой в течение пяти минут, находилась в пределах 200±5С. Зонт отводили от короба, испытываемый образец, закрепленный в держателе, опускали в керамический короб, одновременно включали секундомер и возвращали зонт в рабочее положение. Образец держали в пламени горелки в течение двух минут. В это время по показаниям ротаметра контролировали расход горючего газа, который не изменялся более чем на одно деление ротаметра в большую или меньшую сторону. Через две минуты подачу горючего газа в горелку прекращали и оставляли образец в установке для остывания до комнатной температуры. Остывший образец извлекали из керамического короба и взвешивали. Потерю массы образца Р в процессе испытаний вычисляли по формуле: где: Ш] - масса образца до испытания, г; т2 - масса образца после испытания, г. Результат испытания округляли до 0,1 %. По описанной методике проводили десять измерений, по результатам которым вычисляли Рср - среднеарифметическое значение потери массы испытанных образцов, %. Затем проверяли выполнение неравенств: Результаты испытаний, для которых не выполняются неравенства (2.2) и (2.3) исключали из рассмотрения. Вместо них проводили новые испытания до получения результатов, удовлетворяющих соотношениям (2.2) и (2.3). За окончательный результат испытания принимали среднеарифметическое значение потери массы образцов по итогам десяти испытаний. На основании окончательных результатов устанавливали группу огнезащитной эффективности средства огнезащиты: - при потере массы не более 9 % — I группу; - при потере массы более 9, но не выше 25 % — II группу.
Экспериментальные данные и их обсуждение
Для проведения испытаний были выбраны образцы сосны толщиной 15 мм, на которые наносились различные огнезащитные составы. Примененная в работе методика определения групп горючести огнезащищенной древесины объективно характеризует ее способность воспламеняться от достаточно мощного локального теплового источника зажигания и распространять горение по вертикально ориентированной поверхности под действием конвективного теплового потока, увеличивающегося с интенсификацией процесса горения. Принцип работы установки, характер воспламенения и горения, особенно возможность переоблучения горящих поверхностей, позволяют моделировать реальные условия развития пожара в начальной стадии. Определение воспламеняемости огнезащищенных древесных материалов проводили по методике ГОСТ 30402 - 96, идентичной международному стандарту ISO 5657. Методика заключается в определении параметров воспламеняемости при заданных уровнях воздействия на поверхность образца лучистого теплового потока и пламени от источника зажигания. Параметрами воспламеняемости являются: критическая поверхностная плотность теплового потока, при которой возникает инициированное источником зажигания, устойчивое пламенное горение, и время от начала эксперимента до момента воспламенения. Для классификации огнезащищенной древесины использовали значения критической поверхностной плотности теплового потока. Экспериментальная установка состоит из следующих основных частей (рис. 3.4 и 3.5): опорной станины; подвижной платформы; радиационной панели - источника лучистого теплового потока; системы зажигания. Установка оборудована защитным экраном и вытяжным зонтом (рис. 3.6). В вытяжном зонте установлен отражатель воздушного потока, обеспечивающий в зазорах скорость воздуха от 2 до 3 м/с при расходе воздуха от 0,25 до 0,35 м3/с. Радиационная панель в форме усеченного конуса обеспечивает уровни воздействия лучистого теплового потока на поверхность образца в интервале от 10 до 50 кВт/м . Равномерность распределения теплового потока по экспонируемой поверхности образца не превышала 5%. Расходы пропан-бутановой смеси и воздуха, формирующих факел пламени газовой горелки, лежали в пределах 19-20 см3/мин для горючего газа и 160-180 см /мин для воздуха. Для каждой величины плотности поверхностного теплового потока готовили три образца и за результат измерения принимали среднее арифметическое значение трех опытов. Перед проведением опытов образцы кондиционировали до достижения постоянной массы при температуре (23±2)С и относительной влажности воздуха (50±5)%. Постоянство массы считали достигнутым, когда при двух последовательных взвешиваниях с интервалом в 24 часа отличие в массе образца составляло не более 0,1% от его исходной массы. Перед проведением экспериментов кондиционированный образец материала оборачивали алюминиевой фольгой и вырезали в центре фольги отверстие диаметром 140мм. Центр отверстия в фольге совпадал с центром экспонируемой поверхности (рис.3.7). Далее образец помещали в держатель, устанавливали на подвижную платформу и производили регулировку противовеса. Затем устанавливали подвижную горелку в исходное положение, определяли необходимые расходы горючего газа и воздуха. После этого устанавливали необходимую величину поверхностной плотности теплового потока, помещали образец в зону действия теплового потока, включали механизм подвижной горелки и регистратор времени. По истечении 15 мин или при воспламенении образца эксперимент прекращали. Последующие опыты проводили, увеличивая или уменьшая величину теплового потока. Для каждого образца фиксировали время воспламенения, характер разрушения образца под воздействием теплового потока: растрескивание, набухание, усадку, вспучивание и др. Огнезащищенную древесину в зависимости от величины критической поверхностной плотности теплового потока — минимального значения поверхностной плотности теплового потока, при котором за время не более 15 мин возникает устойчивое пламенное горение, подразделяли на три группы воспламеняемости: Bl, В2 и ВЗ в соответствии с критериями, приведенными в ГОСТ 30402-96.
Методика проведения исследований
Условия распространения пламени по поверхности огнезащищенной древесины исследовали по методике, предусмотренной ГОСТ Р 51032-97 на установке РП, общий вид и схема которой представлены на рис.4.2 и 4.3. Сущность метода состоит в определении критической поверхностной плотности теплового потока, величину которой устанавливают по длине распространения пламени по образцу в результате воздействия теплового потока на его поверхность. Установка состоит из следующих основных частей: испытательной камеры с дымоходом и вытяжным зонтом; радиационной панели - источника лучистого теплового потока; источника зажигания - газовой горелки; держателя образца и устройства для введения держателя в испытательную камеру Установка оборудована приборами для регистрации и измерения температуры в испытательной камере и дымоходе, поверхностной плотности теплового потока, скорости потока воздуха в дымоходе. Радиационная панель — источник внешнего лучистого потока на поверхность образца — имеет следующие размеры: длина 450 мм, ширина 300 мм. Угол наклона радиационной панели к горизонтальной плоскости составляет 30 (рис. 4.4). Источником зажигания является газовая горелка с диаметром выходного отверстия 1,0 мм, обеспечивающая формирование факела пламени длиной от 40 до 50 мм. При экспериментах пламя газовой горелки касалось поверхности образцов в точке «0» (рис. 4.4). Для испытаний изготавливали образцы размерами 1100x250 мм. Перед испытаниями их кондиционировали при температуре (20±5)С и относительной влажности воздуха (65±5)% в течение 72 ч. Калибровку установки проводили в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51032-97 [26]. После проверки и калибровки установки проводили опыты по определению условий распространения пламени по поверхности огнезащи-щенной древесины. Для этого устанавливали образец в держатель и помещали внутрь экспериментальной установки, после выдержки в течение двух минут приводили пламя горелки в контакт с образцом в точке «0», расположенной по центральной оси образца. Оставляли факел пламени в этом положении на 10 минут. По истечении указанного времени горелку возвращали в исходное положение. При отсутствии воспламенения образца в течение 10 минут опыт прекращали. В случае воспламенения эксперимент заканчивали при прекращении пламенного горения или по истечении 30 минут от начала воздействия на образец газовой горелки путем принудительного гашения. В процессе выполнения опытов фиксировали время воспламенения и продолжительность пламенного горения. Обработку результатов опытов проводили по схеме, показанной на рис. 4.5. Величину критической поверхностной плотности теплового потока устанавливали на основании результатов измерения длины распространения пламени по графику распределения поверхностной плотности теплового потока по поверхности образца, полученному при калибровке установки (рис. 4.6). Огнезащищенную древесину в зависимости от величины критической поверхностной плотности теплового потока подразделяли на четыре группы распространения пламени в соответствии с рекомендациями ГОСТ Р 51032-97 (табл. 4.1). Результаты экспериментов представлены в табл. 4.2. Полученные данные свидетельствуют о существенном влиянии огнезащитной обработки поверхности на условия распространения пламени по древесине. Обработка такими составами, как Пирилакс, Огракс-ПД-1, СГК-1 и ОЗК-45Д позволяет получить строительные материалы группы РП-1, т.е. нераспространяющие пламя. Все остальные испытанные составы также снижают способность древесины к распространению пламени. Необходимо отметить отсутствие корреляции между группами огнезащитной эффективности, определяемыми по НПБ 251-98 и группами распространения пламени по ГОСТ Р 51032-97. Например, обработка древесины пропиткой Асфор (2-я группа огнезащитной эффективности) приводит к одинаковым результатам по условиям распространения пламени с такими составами, как Асфор-экстра, МПВО и Негорин, относящихся к первой группе огнезащитной эффективности. Табліща 4.2. Результаты экспериментального определения группы распространения пламени
