Защита деревянных элементов конструкции от возгорания

Категория:
Производство конструкций из дерева


Защита деревянных элементов конструкции от возгорания

Значительное нагревание древесины приводит к ее термическому разложению с выделением различных газов, содержащих углерод: угарного (СО), углекислого (СОг), метана (СН4), этилена (С2Н4), пропана (СзНв), а также паров воды. Соединяясь с кислородом, выделяемые газы образуют пламя — главный признак горения. Этот процесс сопровождается выделением тепла и световым излучением.

Воздух, в среде которого протекает горение, состоит примерно на 23% из кислорода; остальное составляют азот и инертные газы, не принимающие участия в горении. Для полного сгорания 1 кг воздушно-сухой древесины требуется в среднем 5,9 кг (или 4,6 м3) воздуха. В результате сгорания остаются углекислота и весьма незначительное (около 0,5% по массе) количество минеральных остатков (золы).

Древесина воспламеняется как от открытого огня (пламени или искры), так и от нагретых предметов или от горячих газов. При повышении температуры до 125°С из древесины быстро испаряется влага; затем древесина начинает разлагаться с выделением лет чих веществ. Они воспламеняются при температуре 210°С от источи ника открытого огня; температура повышается и процесс перехо дит в экзотермическую стадию горения — с выделением тепла. При температуре 260°С начинается длительное и стойкое горение лету, чих веществ и дальнейшее повышение температуры. При температуре 450 °С и выше пламенное горение древесины переходит в беспламенное горение угля, еще больше повышающее температуру (на пожарах — до 900 °С).

Температура воспламенения древесины зависит от длительности действия источника тепла. При кратковременном (в течение нескольких минут) нагревании от мощного источника древесина воспламеняется при температуре 300…330 °С. При длительном нагревании температура самовоспламенения значительно ниже, например, 166 °С, действующая в течение 20 ч. Это свойство учитывается при размещении деревянных конструкций вблизи нагреваемых предметов (отопительных приборов, труб, дымоходов и т. п.). Устраивается изоляция от нагревания, чтобы длительно действующая на конструкции температура не превышала 50 °С.

Начавшееся горение продолжается и развивается самостоятельно, если количество тепла, отдаваемое горящей поверхностью в единицу времени в окружающее пространство, не превышает количества тепла, генерируемого этой поверхностью. По расчетам 1 м2 горящей древесины способен выделить тепла 260.. .320 МДж/ч. Для бензина соответствующий показатель достигает 8700 МДж/ч, т. е. активность горения древесины сравнительно невелика.

Взаимный обогрев рядом расположенных горящих поверхностей способствует продолжению горения даже при низком показателе активности, т. е. при малом количестве тепла, отдаваемого поверхностью. Это учитывается при конструировании панельных покрытий и стен, имеющих воздушные промежутки. Их необходимо заполнять несгораемыми теплоизолирующими материалами. Способность материалов к воспламенению и горению оценивают горючестью, а поведение строительных конструкций при пожаре — огнестойкостью.

Огнестойкостью называют способность элементов конструкций сохранять в условиях пожара, т. е. при температуре 700.. .1000 °С, свои главнейшие функции: выдерживать расчетную нагрузку или ограждать помещения. Пределом огнестойкости называют период времени (ч, мин), в течение которого конструкции способны выдерживать действия огня до разрушения или до образования сквозных отверстий в ограждениях (перегородках и т. п.). Предел огнестойкости определяют испытаниями в специальных печах, в которых обеспечивается следующий стандартный режим возрастания температуры: через 10 мин — 700 °С, через 30 мин —800 °С, через 1 ч — 900 °С, через 2 ч — 1000 °С.

Предел огнестойкости дверных полотен щитовой конструкций с реечным заполнителем 40.. .60 мин, наружных дубовых дверей толщиной 50 мм — 2,5 ч, деревянных балок сечением 17×17 см под расчетной нагрузкой 10 МПа — 40 мин, деревянных стоек сечением 15X15 и высотой 3,5 м под нагрузкой 4,5 МПа — 35 мин, деревянных колонн сечением 29×29 см под нагрузкой 6,6 МПа — 50 мин, тощато-фанерных перегородок — 30.. .60 мин. Огнестойкость стальных конструкций под нагрузкой значительно ниже, а железобетонах.—несколько выше, но лишь при отсутствии предварительно напряженной арматуры.

Огнестойкость деревянных конструкций зависит от отношения их поверхности к площади поперечного сечения. Чем больше это отношение, тем более возгораема конструкция и тем быстрее распространяется пламя. Огнестойкость элементов из более плотной древесины выше. Элементы, имеющие гладкую строганую поверхность, воспламеняются медленнее.

Разрушение деревянных элементов под действием огня наступает из-за уменьшения площади рабочего сечения в результате обугливания и вследствие снижения их прочности и модуля упругости при нагревании. Скорость обугливания в среднем равна 0,8… ) мм/мин.

Защита деревянных конструкций от огня, как и от гниения, проводится двумя методами: конструктивным и химическим. Конструктивные меры заключаются в рациональной планировке помещений и выборе оптимальных параметров сооружения. Конструктивными требованиями, например, ограничиваются число этажей и площадь зданий из древесины. Воздушные промежутки в конструкциях стен и покрытий разделяют на отсеки диафрагмами из негорючих материалов. В случаях печного отопления (например, в сборных деревянных зданиях) необходимо предусматривать промежутки между дымоходом и деревянными конструкциями, заполненные изолирующим негорючим материалом. К конструктивным мерам относится также прибивание тонких листов асбестоцемента, наклеивание на конструкции алюминиевой свето- и теплоотража-ющей фольги и негорючих полимерных пленок.

Химические средства защиты древесины от огня включают различные составы, растворимые водой, для глубокой и поверхностной пропитки, окрасочные составы, полимерные модификаторы. Для глубокой пропитки древесины рекомендуются составы, включающие (% по массе, кроме воды): диаммонийфосфат — 7,5, сульфат аммония —7,5, фтористый натрий —2 (состав МС 1:1); Диаммонийфосфат — 6, сульфат аммония 14, фтористый натрий — 1.5 (состав МС 3:7). Вода для растворения берется в количестве °3 и 78,5% по массе. Древесина, пропитанная этими составами при поглощении сухой соли чистого антипирена не менее 50.. .66 кг/м3, относится к трудносгораемым материалам.

Составы МС 1 : 1 и МС 3 : 7, обладая высоким огнезащитным эффектом, проявляют также свойства антисептиков. Эти и подоб-»ые им составы называют огнебиозащитными. Пропитка составами МС 1 :1 и МС 3 : 7 не изменяет цвета древесины, но снижает ее прочность: при сжатии, скалывании вдоль волокон, поперечном изгибе— на 10%, при ударном изгибе — на 40%. Контакт пропитанной древесины с металлом может вызвать его коррозию. Составы легко вымываются из древесины, поэтому рекомендуются для защиты конструкций, эксплуатируемых в среде с относительной влажностью воздуха не более 80%, а также в условиях, исключающих контакт древесины с водой.

Еще один препарат для глубокой пропитки ББ-1 : 1 содержит (% по массе): буру техническую— 10, борную кислоту— 10, воду — 80. Применяется для огнезащиты древесины при поглощении сухой соли не менее 50 кг/м3. Хорошо проникает в древесину, не изменяет ее цвета, не препятствует склеиванию и окрашиванию. Повышает прочность на сжатие вдоль волокон и поперечный изгиб, но снижает сопротивление ударному изгибу. Обладает свойствами антисептика; безопасен для людей и животных; допускает контакт пропитанной древесины с металлом. Для предотвращения влияния конденсационной влаги, древесину, пропитанную водорастворимыми составами, рекомендуется дополнительно окрашивать.

Разработан огнебиозащитный препарат ХМХА, включающий компонент направленного действия: бихромат натрия, сульфат меди и хлорид аммония в соотношении от 1 : 1 : 2 до 1 : 1 : 12. Препарат высокоэффективен как антипирен и достаточно устойчив к вымыванию. Огнезащитным эффектом обладает препарат МБ-1, включающий (% по массе): медный купорос — 2,7, буру —3,6, углекислый аммоний — 5,3, борную кислоту—3,4, воду—85. Его расход при пропитке— 60 кг/м3 сухих веществ, окрашивает древесину в светло-зеленый цвет. Древесина, пропитанная такими составами, относится к группе трудносгораемых материалов.

Огнезащитным эффектом обладают многие неорганические и органические соединения фосфора. Для пропитки древесины предлагается препарат ТХЭФ, состоящий из трихлорэтилфосфата, растворенного в четыреххлористом углероде в соотношении 2 :3. При глубокой пропитке расход этого антипирена 60 кг/м3. Цвет древесины не меняется, прочность не снижается коррозии металлов не происходит.

Составы для глубокой пропитки препятствуют самостоятельному горению древесины, уменьшают распространение огня от внешних источников, повышают предел огнестойкости конструкций, но в то же время утяжеляют их, повышают гигроскопичность.

При подготовке растворов концентрация их контролируется ареометром и сравнивается по плотности с эталонными растворами (при 20°С). Распределение солей по объему пропитываемых элементов контролируется по приращению массы и химическими индикаторами. Для аммонийных солей индикатором служит 4%-ный раствор основного бензидина в 15%-й уксусной кислоте, вызывающий потемнение хорошо пропитанных мест. Для борных составов индикатором служит раствор куркумина.

Количество вводимого раствора определяется контрольной пропиткой древесины по увеличению массы элемента. Обычно масса заготовок увеличивается на 50. ..70%, что соответствует поглощению сухих солей до 75 кг/м3. Пропитанные раствором детали сушат при температуре, не превышающей 70°С (для предотвращения разложения солей). При этом заготовки располагают так, чтобы они не соприкасались с металлическими частями сушильной камеры. Сушка заканчивается при достижении влажности древесины 10…12%.

Древесина, антипирированная солями, во многих случаях пригодна для изготовления клееных изделий, однако на прочность склеивания отрицательно влияют концентраты соли, содержащиеся на поверхности элементов. Для улучшения условий склеивания этот концентрат смывают теплой водой, затем просушивают поверхность. Количество соли на поверхности также определяется методом смывания ее дистиллированной водой, нагретой до 70°С. Оно не связано прямо с количеством соли, содержащимся в объеме древесины.

Для клееных деревянных конструкций чаще бывает выгоднее поверхностная пропитка антипиренами. Она затрудняет распространение пламени по поверхности, облегчает тушение пожара, а в ряде случаев исключает возможность его возникновения. Основными компонентами составов для поверхностной пропитки служат диаммонийфосфат, сульфат аммония (состав МС) или углекислый калий (состав ПП). Их содержание в водном растворе составляет 25% по массе. Для лучшего смачивания поверхности добавляется керосиновый контакт или некаль — 3% по массе.

Состав МС легко вымывается из древесины, поэтому не рекомендуется для защиты конструкций, увлажняемых при эксплуатации или находящихся в воздухе с относительной влажностью более 80%. Он не вызывает коррозии металлов, но ухудшает условия склеивания и окрашивания пропитанной древесины. Состав ПП, так же как и МС, легко вымывается, но не препятствует окрашиванию древесины. В отличие от состава МС не обладает биозащитными свойствами. Без дополнительной влагозащиты пропитанная составом ПП древесина может применяться только в сухих помещениях.

Для деревянных конструкций разработаны различные огнезащитные краски — органосиликатные, перхлорвиниловые, фосфатные, кремнийорганические. Краски по эксплуатационным признакам разделяются на атмосферостойкие, допустимые к применению на открытом воздухе, и водостойкие, применяемые для обработки Древесины в конструкциях закрытых помещений. При нанесении красок на конструкции влажность древесины должна быть не более 20%, а температура воздуха — не менее 10°С. Краски наносятся кистью или краскопультом.

Органосиликатные краски ОС представляют собой суспензии активированных силикатных и оксидных компонентов в толуольных

растворах модифицированных полиорганосилоксанов. Поставля- * ются заводом-изготовителем в комплекте с отвердителем — полибу- f тилтитанатом. Наносятся при нормальных и пониженных температурах на сухую поверхность древесины. Образуют матовое укры- | вистое покрытие толщиной не менее 250 мкм. Покрытие обладает 1 высокой водо-, термо-и морозостойкостью. Выдерживает резкие перепады температур — от —60 до + 600СС, но имеет невысокую ме- 1 ханическую прочность и слабую адгезию к древесине. Обладает 1 водозащитным эффектом. Древесина, покрытая красками ОС, относится к категории трудновоспламеняемых материалов.

Перхлорвиниловая эмаль ХВ-5169 рекомендуется для огнезащиты деревянных конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе. Эмаль поставляется в готовом виде, быстро сохнет, наносится на поверхность в несколько приемов с общим расходом 0,6 кг/м2, 1 имеет прочное сцепление с древесиной, весьма эластична и трещи- 1 ностойка, обладает хорошими влагозащитными свойствами. Переводит древесину в категорию трудновоспламеняемых материалов, j

Можно комбинировать поверхностную пропитку с окрашиванием. В этом случае пропиточный состав ПП наносят кистью или краскопультом 2 раза, затем древесину подсушивают, покрывают перхлорвиниловым лаком, пластифицированным соволом. Лак представляет собой раствор перхлорвиниловой смолы в растворителе Р-4 (смесь бутилацетата, ацетона и толуола). Его наносят несколькими слоями с перерывом в 3 ч. Сочетание поверхностной пропитки с полимерным покрытием стабилизирует защитный эф | фект пропиточного состава и сохраняет декоративные качества древесины. После нанесения пропиточного и защитного составов древесина становится трудновоспламеняемой.

Применяют также окрасочные составы на основе порошкообразных, растворяемых водой карбамидных смол или на основе карбамида, соединяемого в составе краски с формалином для реакции смолообразования. Присутствие в этих составах моноаммонийфос-фата и дициандиамида, разлагающихся при высокой температуре с выделением газов, позволяет получить вспучивающиеся при пожаре краски, обладающие высоким огнезащитным эффектом. Краску МФК приготовляют смешиванием двух частей — жидкой и сухой в воде. Жидкая часть включает формалин, нейтрализованный 10%-ным едким натром до рН-7, и растворенные в нем мочевину ‘ и дициандиамид. В сухую часть входит моноаммоний фосфат с добавками. Соотношение сухой, жидкой части и воды 5:2: 1,6. Жидкую часть сначала разбавляют водой, а затем вливают при перемешивании в порошок. Краска предназначается для покрытия деревянных конструкций, эксплуатируемых в отапливаемых помещениях. Наносят два слоя на очищенную поверхность с общим расходом 0,6 кг/м2 (второй слой — через 72 ч), при положительной (не ниже 10°С) температуре и относительной влажности воздуха не более 90%. Краска образует покрытие белого цвета.

Активной способностью к вспучиванию обладает краска, состоящая из разбавляемой водой порошкообразной смеси, включающей (% по массе): карбамидную смолу — 50,5; моноаммонийфосфат — 15,0; дициандиамид—15,0; аминокапроновую кислоту (наполнитель)— 7,5; некаль (смачиватель) — 2. Для приготовления смесь разводят водой до малярной консистенции. Состав наносят в два слоя с общим расходом 0,5 кг/м2.

Другое вспучивающееся покрытие ВПМ-2Д представляет собой смесь термостойких и газообразующих наполнителей в водном растворе полимерных связующих. При нанесении на поверхность конструкции с расходом 0,7 кг/м2 покрытие переводит древесину в группу трудногорючих материалов. Рекомендуется к применению в закрытых помещениях при относительной влажности воздуха не более 80% и температуре не выше 50°С.

Перспективно применение фосфатных огнезащитных покрытий. Это композиции, твердеющие в результате реакций различных неорганических соединений с фосфорной кислотой или ее производными. Вспучивающееся покрытие ОФП-9 содержит в своем составе фосфатное связующее — гексаметафосфат натрия и наполнители. Огнезащитное действие покрытия основано на термическом разложении смеси мочевины и гидроксида алюминия. Выделяющиеся при нагревании газообразные вещества вспучивают размягченную керамическую пленку покрытия, создавая теплоизолирующий экран. Состав наносят на сухую древесину с расходом 0,4 кг/м2 сухой массы; твердеет он в течение 3 ..6 ч, образуемое покрытие невлагостойко. Обработанная фосфатами древесина относится к категории трудносгораемых материалов.

Получает все большее распространение огнезащитная пропитка древесины полимерами (модифицирование). Применяются феноль-ные, карбамидные, фурановые, кремнийорганические низковязкие олигомеры, обладающие комплексным защитным эффектом. Например, карбамидную смолу марки КФ-МТ разбавляют водой до 20…25%-ной концентрации и подогревают до 60…65°С при постоянном перемешивании. Сухие детали погружают в этот раствор на 3 …6 ч, затем вынимают, держат для стока смолы 1 … 2 ч, после чего погружают на 2…2,5 ч в 3…5%-ный раствор аммиака при температуре 40…45°С. После этого их высушивают при температуре 100±2°С в течение 2…6 ч. Одновременно смола отверждается гек-саполиэтиленполиамином, образующимся при взаимодействии выделяющегося формальдегида с аммиаком.

Для повышения огнестойкости столярных изделий древесину пропитывают карбамидно-фурановой смолой К.Ф-90. Продукты ее отверждения обладают высоким сопротивлением возгоранию. Перед пропиткой смолу разбавляют водой до вязкости 14 … 16 с по вискозиметру ВЗ-4. Такой раствор достаточно глубоко и быстро проникает в древесину и отверждается при нагревании до 120“С в присутствии 0,5% хлористого аммония.

В качестве огнезащитных пропиток применяют также феноло-спирты, фурфуроладетоновый мономер ФА, кремнийорганические жидкости, фосфорорганические мономеры. Высокими огнезащитными свойствами обладают составы на основе мономера ФА. На 1 м2 поверхности защищаемых конструкций расходуют не менее 0,5 кг мономера. Пропитка мономером ФА не препятствует склеиванию и окрашиванию древесины.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум