Защита деревянных элементов конструкции от возгорания
Большое нагревание древесины ведет к ее термическому разложению с выделением разных газов, содержащих углерод: угарного (СО), углекислого (СОг), метана (СН4), этилена (С2Н4), пропана (СзНв), и паров воды. Соединяясь с кислородом, выделяемые газы образуют пламя — основной показатель горения. Данный процесс сопровождается выделением тепла и световым излучением.
Воздушное пространство, в среде которого протекает горение, состоит приблизительно на 23% из кислорода; другое составляют инертные газы и азот, не принимающие участия в горении. Для полного сгорания 1 кг воздушно-сухой древесины требуется в среднем 5,9 кг (либо 4,6 м3) воздуха. В следствии сгорания остаются углекислота и очень незначительное (около 0,5% по массе) количество минеральных остатков (золы).
Древесина воспламеняется как от открытого огня (пламени либо искры), так и от нагретых предметов либо от тёплых газов. При увеличении температуры до 125°С из древесины скоро испаряется влага; после этого древесина начинает разлагаться с выделением лет чих веществ. Они воспламеняются при температуре 210°С от источи ника открытого огня; температура увеличивается и процесс перехо дит в экзотермическую стадию горения — с выделением тепла.
При температуре 260°С начинается долгое и стойкое горение лету, чих веществ и предстоящее увеличение 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 краткосрочном (в течение нескольких мин.) нагревании от замечательного источника древесина воспламеняется при температуре 300…330 °С. При долгом нагревании температура самовоспламенения существенно ниже, к примеру, 166 °С, действующая в течение 20 ч. Это свойство учитывается при размещении древесных конструкций вблизи нагреваемых предметов (отопительных устройств, труб, дымоходов и т. п.).
Устраивается изоляция от нагревания, дабы длительно действующая на конструкции температура не превышала 50 °С.
Начавшееся горение длится и начинается самостоятельно, в случае если количество тепла, отдаваемое горящей поверхностью в единицу времени в окружающее пространство, не превышает количества тепла, генерируемого данной поверхностью. Согласно 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 относительно мала.
Обоюдный обогрев рядом расположенных горящих поверхностей содействует продолжению горения кроме того при низком показателе активности, т. е. при малом количестве тепла, отдаваемого поверхностью. Это учитывается при конструировании панельных покрытий и стен, имеющих воздушные промежутки. Их нужно заполнять несгораемыми теплоизолирующими материалами.
Свойство материалов к горению и воспламенению оценивают горючестью, а поведение строительных конструкций при пожаре — огнестойкостью.
Огнестойкостью именуют свойство элементов конструкций сохранять в условиях пожара, т. е. при температуре 700.. .1000 °С, собственные основные функции: выдерживать расчетную нагрузку либо ограждать помещения. Пределом огнестойкости именуют период времени (ч, мин), за который конструкции способны выдерживать действия огня до разрушения либо до образования сквозных отверстий в ограждениях (перегородках и т. п.). Предел огнестойкости определяют опробованиями в особых печах, в которых обеспечивается следующий обычный 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, древесных балок сечением 17?17 см под расчетной нагрузкой 10 МПа — 40 мин, древесных стоек сечением 15X15 и высотой 3,5 м под нагрузкой 4,5 МПа — 35 мин, древесных колонн сечением 29?29 см под нагрузкой 6,6 МПа — 50 мин, тощато-фанерных перегородок — 30.. .60 мин. Огнестойкость металлических конструкций под нагрузкой существенно ниже, а железобетонах.—немного выше, но только при отсутствии предварительно напряженной арматуры.
Огнестойкость древесных конструкций зависит от отношения их поверхности к площади поперечного сечения. Чем больше это отношение, тем более возгораема конструкция и тем стремительнее распространяется пламя. Огнестойкость элементов из более плотной древесины выше.
Элементы, имеющие ровную строганую поверхность, воспламеняются медленнее.
Разрушение древесных элементов под действием огня наступает из-за уменьшения площади рабочего сечения в следствии обугливания и благодаря понижения их модуля и прочности упругости при нагревании. Скорость обугливания в среднем равна 0,8… ) мм/мин.
Защита древесных конструкций от огня, как и от гниения, проводится двумя способами: конструктивным и химическим. Конструктивные меры заключаются в выборе и рациональной планировке помещений оптимальных параметров сооружения. Конструктивными требованиями, к примеру, ограничиваются площадь зданий и число этажей из древесины. Воздушные промежутки в конструкциях стен и покрытий разделяют на отсеки диафрагмами из негорючих материалов.
В случаях печного отопления (к примеру, в сборных древесных строениях) нужно предусматривать промежутки между деревянными конструкциями и дымоходом, заполненные изолирующим негорючим материалом. К конструктивным мерам относится кроме этого прибивание узких страниц асбестоцемента, наклеивание на конструкции алюминиевой свето- и теплоотража-ющей фольги и негорючих полимерных пленок.
Химические средства защиты древесины от огня включают разные составы, растворимые водой, для глубокой и поверхностной пропитки, окрасочные составы, полимерные модификаторы. Для глубокой пропитки древесины рекомендуются составы, включающие (% по массе, не считая 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 числом °3 и 78,5% по массе.
Древесина, пропитанная этими составами при поглощении сухой соли чистого антипирена не меньше 50.. .66 кг/м3, относится к трудносгораемым материалам.
Составы МС 1 : 1 и МС 3 : 7, владея высоким огнезащитным эффектом, проявляют кроме этого свойства антисептиков. Эти и подоб-»ые им составы именуют огнебиозащитными. Пропитка составами МС 1 :1 и МС 3 : 7 не изменяет цвета древесины, но снижает ее прочность: при сжатии, скалывании на протяжении волокон, поперечном изгибе— на 10%, при ударном изгибе — на 40%. Контакт пропитанной древесины с металлом может позвать его коррозию.
Составы легко вымываются из древесины, исходя из этого 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. Используется для огнезащиты древесины при поглощении сухой соли не меньше 50 кг/м3. Прекрасно попадает в древесину, не изменяет ее цвета, не мешает окрашиванию и склеиванию. Повышает прочность на сжатие на протяжении волокон и поперечный изгиб, но снижает сопротивление ударному изгибу.
Владеет особенностями антисептика; надёжен для животных и людей; допускает контакт пропитанной древесины с металлом. Для предотвращения влияния конденсационной жидкости, древесину, пропитанную растворимыми составами, рекомендуется дополнительно окрашивать.
Создан огнебиозащитный препарат ХМХА, включающий компонент направленного действия: бихромат натрия, хлорид аммония и сульфат меди в соотношении от 1 : 1 : 2 до 1 : 1 : 12. Препарат высокоэффективен как антипирен и достаточно устойчив к вымыванию. Огнезащитным эффектом владеет препарат МБ-1, включающий (% по массе): бронзовый 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 владеют многие неорганические и органические соединения фосфора. Для пропитки древесины предлагается препарат ТХЭФ, складывающийся из трихлорэтилфосфата, растворенного в четыреххлористом углероде в соотношении 2 :3. При глубокой пропитке расход этого антипирена 60 кг/м3.
Цвет древесины не изменяется, прочность не понижается коррозии металлов не происходит.
Составы для глубокой пропитки мешают независимому горению древесины, уменьшают распространение огня от внешних источников, повышают предел огнестойкости конструкций, но одновременно с этим утяжеляют их, повышают гигроскопичность.
При подготовке растворов концентрация их контролируется ареометром и сравнивается по плотности с эталонными растворами (при 20°С). Распределение солей по количеству пропитываемых элементов контролируется по приращению массы и химическими индикаторами. Для аммонийных солей индикатором помогает 4%-ный раствор главного бензидина в 15%-й уксусной кислоте, вызывающий потемнение прекрасно пропитанных мест.
Для борных составов индикатором помогает раствор куркумина.
Количество вводимого раствора определяется контрольной пропиткой древесины по повышению массы элемента. В большинстве случаев масса заготовок возрастает на 50. ..70%, что соответствует поглощению сухих солей до 75 кг/м3. Пропитанные раствором подробности сушат при температуре, не превышающей 70°С (для предотвращения разложения солей). Наряду с этим заготовки располагают так, дабы они не соприкасались с железными частями сушильной камеры.
Сушка заканчивается при достижении влажности древесины 10…12%.
Древесина, антипирированная солями, во многих случаях пригодна для изготовления клееных изделий, но на прочность склеивания отрицательно воздействуют концентраты соли, содержащиеся на поверхности элементов. Для улучшения условий склеивания данный концентрат смывают горячей водой, после этого просушивают поверхность. Количество соли на поверхности кроме этого определяется способом смывания ее дистиллированной водой, нагретой до 70°С.
Оно не связано прямо с числом соли, содержащимся в количестве древесины.
Для клееных древесных конструкций чаще не редкость удачнее поверхностная пропитка антипиренами. Она затрудняет распространение пламени по поверхности, облегчает тушение огня, а во многих случаях исключает возможность его происхождения. Главными компонентами составов для поверхностной пропитки помогают диаммонийфосфат, сульфат аммония (состав МС) либо углекислый калий (состав ПП). Их содержание в водном растворе образовывает 25% по массе.
Для лучшего смачивания поверхности добавляется керосиновый контакт либо некаль — 3% по массе.
Состав МС легко вымывается из древесины, исходя из этого не рекомендуется для защиты конструкций, увлажняемых при эксплуатации либо находящихся в воздухе с относительной влажностью более 80%. Он не вызывает коррозии металлов, но ухудшает окрашивания и условия склеивания пропитанной древесины. Состав ПП, так же как и МС, легко вымывается, но не мешает окрашиванию древесины.
В отличие от состава МС не владеет биозащитными особенностями. Без дополнительной влагозащиты пропитанная составом ПП древесина может использоваться лишь в сухих помещениях.
Для древесных конструкций созданы разные огнезащитные краски — органосиликатные, перхлорвиниловые, фосфатные, кремнийорганические. Краски по эксплуатационным показателям разделяются на атмосферостойкие, допустимые к применению на открытом воздухе, и водостойкие, используемые для обработки Древесины в конструкциях закрытых помещений. При нанесении красок на конструкции влажность древесины должна быть не более 20%, а температура окружающей среды — не меньше 10°С.
Краски наносятся кистью либо краскопультом.
Органосиликатные краски ОС представляют собой суспензии активированных силикатных и оксидных компонентов в толуольных
растворах модифицированных полиорганосилоксанов. Поставля- * ются заводом-изготовителем в наборе с отвердителем — полибу- f тилтитанатом. Наносятся при обычных и пониженных температурах на сухую поверхность древесины. Образуют матовое укры- | вистое покрытие толщиной не меньше 250 мкм. Покрытие владеет 1 высокой водо-, термо-и морозоустойчивостью. Выдерживает резкие перепады температур — от —60 до + 600СС, но имеет низкую ме- 1 ханическую прочность и не сильный адгезию к древесине.
Владеет 1 водозащитным эффектом. Древесина, покрытая красками ОС, относится к категории трудновоспламеняемых материалов.
Перхлорвиниловая эмаль ХВ-5169 рекомендуется для огнезащиты древесных конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе. Эмаль поставляется в готовом виде, скоро сохнет, наносится на поверхность в пара приемов с неспециализированным расходом 0,6 кг/м2, 1 имеет прочное сцепление с древесиной, очень эластична и трещи- 1 ностойка, владеет хорошими влагозащитными особенностями. Переводит древесину в категорию трудновоспламеняемых материалов, j
Возможно комбинировать поверхностную пропитку с окрашиванием. В этом случае пропиточный состав ПП наносят кистью либо краскопультом 2 раза, после этого древесину подсушивают, покрывают перхлорвиниловым лаком, пластифицированным соволом. Лак является растворомперхлорвиниловой смолы в растворителе Р-4 (смесь бутилацетата, толуола и ацетона).
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. По окончании нанесения пропиточного и защитного составов древесина делается трудновоспламеняемой.
Используют кроме этого окрасочные составы на базе порошкообразных, растворяемых водой карбамидных смол либо на базе карбамида, соединяемого в составе краски с формалином для реакции смолообразования. Присутствие в этих составах моноаммонийфос-фата и дициандиамида, разлагающихся при большой температуре с выделением газов, дает возможность приобрести вспучивающиеся при пожаре краски, владеющие 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 сперва разбавляют водой, а после этого вливают при перемешивании в порошок. Краска предназначается для покрытия древесных конструкций, эксплуатируемых в отапливаемых помещениях. Наносят два слоя на очищенную поверхность с неспециализированным расходом 0,6 кг/м2 (второй слой — через 72 ч), при хорошей (не ниже 10°С) относительной влажности и температуре воздуха не более 90%.
Краска образует покрытие белого цвета.
Активной свойством к вспучиванию владеет краска, складывающаяся 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 изготовление смесь разводят водой до малярной консистенции. Состав наносят в два слоя с неспециализированным расходом 0,5 кг/м2.
Второе вспучивающееся покрытие ВПМ-2Д является смесьютермостойких 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 использование фосфатных огнезащитных покрытий. Это композиции, твердеющие в следствии реакций разных неорганических соединений с фосфорной кислотой либо ее производными. Вспучивающееся покрытие ОФП-9 содержит в собственном составе фосфатное связующее — гексаметафосфат натрия и наполнители.
Огнезащитное воздействие покрытия основано на термическом разложении гидроксида алюминия и смеси мочевины. 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.
Приобретает все большее распространение огнезащитная пропитка древесины полимерами (модифицирование). Используются феноль-ные, карбамидные, фурановые, кремнийорганические низковязкие олигомеры, владеющие комплексным защитным эффектом. К примеру, карбамидную смолу марки КФ-МТ разбавляют водой до 20…25%-ной концентрации и подогревают до 60…65°С при постоянном перемешивании.
Сухие подробности погружают в данный раствор на 3 …6 ч, после этого вынимают, держат для стока смолы 1 … 2 ч, по окончании чего погружают на 2…2,5 ч в 3…5%-ный раствор аммиака при температуре 40…45°С. Затем их высушивают при температуре 100±2°С в течение 2…6 ч. В один момент смола отверждается гек-саполиэтиленполиамином, образующимся при сотрудничестве выделяющегося формальдегида с аммиаком.
Для увеличения огнестойкости столярных изделий древесину пропитывают карбамидно-фурановой смолой К.Ф-90. Продукты ее отверждения владеют высоким сопротивлением возгоранию. Перед пропиткой смолу разбавляют водой до вязкости 14 … 16 с по вискозиметру ВЗ-4.
Таковой раствор достаточно глубоко и скоро попадает в древесину и отверждается при нагревании до 120“С в присутствии 0,5% хлористого аммония.
В качестве огнезащитных пропиток используют кроме этого феноло-спирты, фурфуроладетоновый мономер ФА, кремнийорганические жидкости, фосфорорганические мономеры. Высокими огнезащитными особенностями владеют составы на базе мономера ФА. На 1 м2 поверхности защищаемых конструкций расходуют не меньше 0,5 кг мономера.
Пропитка мономером ФА не мешает окрашиванию и склеиванию древесины.
