Вогнестійкість конструкцій з дерева та полімерів

является основным критерием при оценке огнестойкости и зависит от времени горения τ, температуры окружающей среды Т, влажности W ₀ , вида древесины k и других параметров. Швидкість горіння в глиб деревини v є основним критерієм при оцінці вогнестійкості і залежить від часу горіння τ, температури навколишнього середовища Т, вологості W _0, виду деревини k та інших параметрів. ₀ , k = const , то скорость горения зависит от времени. Якщо Т, W _0, k = const, то швидкість горіння залежить від часу. Тому ми довільно задаємося невеликими інтервалами часу і ведемо розрахунок за циклами, що відповідає певним відрізкам часу. Зазвичай інтервал часу береться не більше 5 хв. , на которую древесина сгорела по сечению конструкции, зависит от времени и скорости горения. Величина Δ d, на яку деревина згоріла по перетину конструкції, залежить від часу і швидкості горіння.

имеют форму круга диаметром d , квадрата со стороной b или прямоугольника со стороной b и высотой h . Більшість дерев'яних балок довжиною l мають форму кола діаметром d, квадрата зі стороною b або прямокутника зі стороною b і висотою h.

и b уменьшаются на величину ∆ d и приобретают новые размеры – h ₁ и b ₁ . У результаті двох-, трьох-і чотиристороннього впливу вогню деревина згоряє по перерізу, її параметри h і b зменшуються на величину Δ d і набувають нові розміри - h ₁ і b _1.

З урахуванням форми перетину конструкції, умов обпирання, схеми розміщення розподіленої або зосередженої навантаження вибираються формули для оцінки напруги δ _τ1. У формули рис. 3.4. ₁ , b ₁ , которые приняла конструкция после работы в условиях пожара за время г ₁ . підставляються нові параметри перетину h _1, b _1, які прийняла конструкція після роботи в умовах пожежі за час г _1. Отримане напруга порівнюється з нормативним δ _н. На цьому і закінчується перший цикл обчислення.

Якщо δ _τ1 <δ _н, то проводиться другий цикл обчислень для часу τ, яке приймається рівним τ = τ ₁ + τ _2. = δ _н . Надалі розрахунок ведеться за циклами до тих пір, поки не буде виконана умова δ _{τ n} = δ _н. Одержаний час δ _н роботи балки в умовах пожежі і буде межею вогнестійкості дайной конструкції.

Для оцінки вогнестійкості, як на стадії проектування, так і в експлуатації необхідно для кожної конструкції знати її нормативне напругу. с учетом нагрузки Р, схемы размещения нагрузки, формы сечения конструкции. Величина δ _н може бути отримана розрахунковим шляхом як відношення згинального моменту М до моменту, опору W з урахуванням навантаження Р, схеми розміщення навантаження, форми перерізу конструкції.

Величину δ _н можна отримати також експериментально. Для цього зразки конструкцій треба відчувати під нормативним навантаженням за умов, відповідних прийнятим у проекті. При цьому випробування з визначення межі міцності необхідно проводити згідно з ГОСТ 16483.10-73.

Запропонована схема розрахунку дає спрощене уявлення про оцінку межі вогнестійкості. Наприклад, щоб визначити вогнестійкість, необхідно знати швидкість горіння, яка залежить від температури навколишнього середовища. Для випробування вогнестійкості є метод, встановлений стандартом СЕВ 1000-78, де підйом температури відбувається за суворо заданим режимом (див. пункт 3.1.).

У нормативних документах пропонується методика випробування будівельних конструкцій на поширення вогню, де рекомендується проводити досліди з режиму, встановленому стандартом СЕВ 1000-78. Але поки немає методу, рекомендованого стандартами для оцінки горіння дерев'яної конструкції за її перерізу в зоні вогню.

Як показали дослідження, при введенні в зону вогню дерев'яної конструкції (зразка) температурний режим порушується і зазвичай температура в зоні горіння більше, ніж рекомендує даний стандарт. Температурне поле навколо зразка залежить від розмірів зразків, відстані від зразків до огороджувальних поверхонь або стінок камери, від вологості зразка. Всі ці параметри впливають і на швидкість горіння.

Згідно з дослідженнями ВНДІПО процес обвуглювання протікає в такий спосіб. На першому етапі прогріваються поверхневі шари без горіння та обвуглювання з випарюванням вологи в навколишнє середовище і в глиб деревини. Тривалість першого етапу - до 8 хв, для кутів конструкцій прямокутного перерізу - 3 хв при вологості деревини не більше 30%.

У другому етапі, крім явищ, характерних для першого етапу, при горінні утворюється зона обвуглювання з неоднорідною пористою структурою і тріщинами. ₆ является постоянной (0,7 мм • мин ^-1 ), а для образцов древесины сплошного сечения определяется по формуле: На підставі цієї моделі вважається, що швидкість обвуглювання z _{o 6} є постійною (0,7 мм • хв ^-1), а для зразків деревини суцільного перерізу визначається за формулою:

, (4.3.21.)

де τ - час від початку пожежі, ч.

Крім того, у практиці прийнято вважати, що для перерізів конструкцій 120x120 і менш швидкість обвуглювання 1 мм ∙ хв ^-1, для перерізів більш 120x120 мм - 0,7 мм • хв ^-1.

Однак дослідження показали, що перший етап горіння значно менше (для зразків з вологістю до 15% в середньому становить 1-1,5 хв), швидкість горіння - величина не постійна і коливається від 0,5 до 1 мм на хв. Для кутів прямокутного перерізу в конструкції слід враховувати сумарний ефект тепло - і масопереносу на сполучених бічних стінках. Тому швидкість обвуглювання у цих місцях буде більше і перетин конструкції при горінні через деякий період часу стає еліпсообразним.

Для оцінки вогнестійкості розраховане напруга δ _{τ н} порівнюється з нормативним δ _н. Але до теперішнього часу ще не відомо, як змінюється опір деревини після впливу вогню.

Як показали дослідження, опір деревини залежить від напрямку рослинних волокон. Якщо опір деревини вздовж волокон прийняти за одиницю, то при розташуванні волокон деревини під кутом до осьового тиску опір складе 0,25, а при розташуванні волокон перпендикулярно до осьового тиску - тільки 0,1 від опору деревини вздовж волокон.

У будівництві використовуються конструкції, де напрямок волокон змінюється до осьового тиску. І це явище також необхідно враховувати при оцінці межі вогнестійкості дерев'яних конструкцій.

Перераховані вище та інші недосліджені аспекти, що впливають на оцінку вогнестійкості, ускладнюють впровадження розрахункових методів, меж вогнестійкості дерев'яних конструкцій.

Рис. 4.3.4. Схема розрахунку вогнестійкості дерев'яних конструкцій

Останнім часом все більш широко застосовуються будівельні конструкції з полімерів. До основного недоліку конструкцій, виготовлених з цих матеріалів, можна віднести горючість, виділення шкідливих речовин при горінні і здатність до розм'якшення в зоні підвищених температур. До теперішнього часу в практиці будівництва відсутні розрахункові методи межі вогнестійкості конструкцій з полімерів.

Теорія і практика показують, що будівельні конструкції, обладнання та матеріали, навіть якщо останні не горять, вимагають захисту від вогню. Якщо межа вогнестійкості будівельних конструкцій малий, то відбувається їх обвалення, що сприяє проникненню вогню в інші приміщення, ускладнює або робить неможливим евакуацію людей та матеріальних цінностей і ускладнює гасіння пожеж. Таким чином, основним завданням з точки зору пожежної захисту є підвищення
межі вогнестійкості будівельних конструкцій. В якості критерію оцінки підвищення вогнестійкості конструкцій може служити час розвитку пожежі

, (4.3.22.)

де τ _п - межа вогнестійкості будівельної конструкції, год;

τ - тривалість пожежі (25,2 ... 25,6), ч.

Проте насправді співвідношення (4.3.22.) Не витримується. Практика дозволяє виділити наступні шляхи підвищення вогнестійкості будівельних конструкцій.

1. Підвищення вогнестійкості шляхом застосування різного роду обмазок штукатурки. Цей спосіб підвищення вогнестійкості можна рекомендувати для будівельних конструкцій з різних матеріалів (дерево, метал, залізобетон, пластмаси). 25 мм. Товщина шару в будь-якому випадку повинна бути не менше 20 - 25 мм. Добре зарекомендували себе для обмазок такі матеріали, як вермикуліт, асбестовермікуліт, перліт, вапняно-цементна штукатурка.

2.Повишеніе вогнестійкості за рахунок облицювання конструкцій плитами і цеглою. При облицюванні колон гіпсовими плитами товщиною 60-80 мм межа вогнестійкості досягає 3,3 - 4,8 год, а при застосуванні звичайної глиняної цегли товщиною 60 мм - 2 год.

3.Повишеніе вогнестійкості в результаті застосування різних екранів. Наприклад, підвісні стелі з негорючих або важкогорючих матеріалів є гарним екраном для несучих металевих конструкцій. Екрани можуть бути пересувні і стаціонарні, а за конструктивним рішенням - тепловідвідні і поглинаючі променисту енергію. Водяні екрани (прозорі, напівпрозорі і практично непрозорі) застосовуються досить часто у вигляді водяних завіс, створюваних спринклерними та дренчерними голівками.

Зі зростанням температури джерела максимум енергії випромінювання переміщується у бік більш коротких хвиль і підкоряється закону Вина:

, (4.3.23.)

ах — длина волны, мм; Т — температура источника излучения, К. де λ _{m ах} - довжина хвилі, мм; Т - температура джерела випромінювання, К.

Звідси чим вище температура, тим менше довжина хвилі. 1473К, λ _{m ах} < 3 мкм. При Т = 1473К, λ _{m ах} <3 мкм. ах > 3 мкм. Шар води завтовшки 1 мм поглинає частину спектру з λ _{m ах>} 3 мкм. Це вказує на малу ефективність водяних екранів.

4. Підвищення вогнестійкості охолодженням конструкцій водою. Металеві конструкції охолоджуються водою за допомогою спрацьовування дренчерних або спринклерних систем. При швидкому розвитку пожежі на великих площах цей метод неефективний. В даний час запропоновано більш оригінальний метод, при якому колони охолоджуються за рахунок циркуляції води усередині них.

5. химическими веществами, придающими древесине свойство невозгораемости. Підвищення вогнестійкості обробкою конструкцій антипіренами - хімічними речовинами, що додають деревині властивість незаймистість. Оброблені зразки випробовуються на вогнезахисні властивості методом керамічної труби. Проте цей спосіб обробки дуже трудомісткий і дорогий, якість обробки залежить від виду дерева і його будови. Крім того, придбані вогнезахисні властивості не дуже надійні.

6. Підвищення вогнестійкості нанесенням покриттів на поверхню конструкцій. Останнім часом для захисту конструкцій від вогню застосовуються різні вогнезахисні покриття. Принцип їх дії полягає в тому, що при дії полум'я покриття спучуються, створюючи тим самим додатковий ізоляційний шар. Невелика вартість більшості покриттів, простота приготування і нанесення, можливість обробки будь-яких умов, високі вогнезахисні властивості сприяють широкому їх застосуванню. Розроблено покриття на основі рідкого скла і азбесту, яке складається з 10 частин (по масі) рідкого скла і 1-4 частин порошку мелковолокністого азбесту. Просте механічне перемішування протягом 10 хв забезпечує готовність покриття. Наноситься покриття будь-яким розпилювачем. Витрата на 1 м поверхні - від 0,5 до 1 кг при не надто велику вартість. Вогнезахисні властивості його дуже високі. Експерименти показали, що при дії на оброблену деревину протягом 50 хв теплового імпульсу порядку 23012 МДж теплову напругу становило понад 418,41 МДж / хв, а температура на ділянці 10-12 м досягала 920 ° С. Після випробування деревина збереглася - покриття обереже її від згоряння.

В останні роки в ряді країн розроблені й успішно застосовуються вогнезахисні спучуються покриття, які дозволяють підвищити вогнестійкість металу і перевести деревину в групу важкогорючих матеріалів: "Піроморс", "ПіроСейф", "Унітерм" (Німеччина), "Вінтер" (Фінляндія); " Фламс САФЕ "(Угорщина);" Файрекс "(НПА" Крілак ", Росія);" ОВК - 2 "," Ендотерм - ХТ - 150 "(Україна).

Проте слід врахувати, що всі наведені вогнезахисні покриття багатокомпонентних і містять органічні компоненти, що не дозволяє їх відносити до негорючих покриттям, а тим більш безпечним (при температурах вище 300 ° С зазнають деструкцію і розкладання з виділенням небезпечних речовин).

З огляду на дану обставину, все більше застосування в Україні знаходять вітчизняні не горючі на мінеральній основі ефективні спучуються покриття на основі рідкого скла (ВЗП-1 ВЗП-12).

7.Повишеніе вогнестійкості пресуванням деревини після введення хімічних речовин. Це новий спосіб надання деревині вогнезахисних властивостей. Сутність його полягає в тому, що в деревину вводяться речовини, які розм'якшують целюлозу і клітковину, після чого деревина пресується. Спресована деревина має велику щільність, тоне у воді, має міцність сталі, дуже важко загоряється від вогню і відноситься до категорії важкоспалимих матеріалів.