7.2. Критические условия, необходимые для возникновения горения

К ним относятся концентрационные и тепловые условия. Существует область концентраций горючего в окислителе С_Г, когда смесь способна не только загораться от внешнего источника воспламенения, но и распространять пламя. Эта область ограничена соответствующими пределами— максимальной и минимальной концентрациями горючих газов и паров в воздухе, выше и ниже которых даже при наличии источника смесь не воспламеняется.

Нижний концентрационный предел распространения пламени НКП— это такая объемная или массовая концентрация горючего в смеси с окислителем, ниже которой смесь становится неспособной к распространению пламени.

Верхний концентрационный предел распространения пламени ВКП— это такая объемная или массовая концентрация горючего в смеси с окислителем, выше которой смесь становится неспособной к распространению пламени.

Область воспламенения меняется в зависимости от состава и давления горючей смеси, мощности или температуры источника воспламенения Т_И. При увеличении давления и (или) мощности источника область воспламенения расширяется.

Наличие окислителя и горючего даже в их оптимальном (стехиометрическом) соотношении может не иметь видимых признаков горения. В реакцию вступают только молекулы, обладающие взаимной энергией активации Е, достаточной для преодоления сил отталкивания. Также важным условием является наличие в смеси необходимой доли активных молекул, при которой происходит разогрев горючей смеси и ее сгорание. Скорость реакции W в этом случае описывается законом Аррениуса и имеет вид W=Ae^{- E/RT}

Энергия молекул и доля активных частиц возрастает при увеличении температуры смеси T. При вынужденном зажигании необходимые тепловые условия создаются в ограниченном объеме, прилегающем к поверхности источника, при самовоспламенении— во всем объеме смеси, т.к. тепло выделяется медленно и смесь нагревается практически равномерно. Тепловые условия выполняются при достижении критических температур, соответствующих характеру воспламенения.

Температура самовоспламенения t_C— это минимальная температура, при нагреве до которой в горючей смеси происходит самоускорение экзотермической реакции окисления, приводящее к возникновению пламенного горения.

Температура воспламенения t_В— это температура горючего, при которой оно выделяет горючие газы и пары с такой скоростью, что после их воспламенения от внешнего источника возникает устойчивое горение. Очевидно, что при этом скорость образования активных молекул соответствует скорости реакции W.

Для жидких горючих веществ температуре воспламенения предшествует температура вспышки t_ВСП. Это самая низкая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуется смесь, способная вспыхивать от источника, но скорость ее образования недостаточна для последующего горения.

По температуре вспышки классифицируются горючие жидкости. Установлены две категории:

• легковоспламеняющиеся жидкости ЛВЖ— жидкости с t_ВСП не выше 61С;

• горючие жидкости ГЖ— жидкости с t_ВСП61С.

7.3. Оценка пожарной опасности и огнестойкости

В соответствии с федеральным законом от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ в основу пожарно-технической классификации строительной продукции – зданий, конструкций и строительных материалов – положена их оценка:

• по пожарной опасности, т.е. свойствам, способствующим возникновению опасных факторов пожара и его развитию;

• по огнестойкости, т.е. свойствам сопротивляемости воздействию пожара и распространению его опасных факторов.

Анализ пожарной опасности состоит в определении количества и пожароопасных свойств веществ и материалов, условий их воспламенения, характеристик строительных конструкций, зданий и сооружений, возможности распространения пожара и оценке опасности для людей и т.д..

Строительные материалы характеризуются только пожарной опасностью. Она определяется следующими характеристиками: горючестью, воспламеняемостью, распространением пламени по поверхности, токсичностью, дымообразующей способностью.

Пожароопасные свойства в первую очередь связаны с горючестью веществ и материалов, т.е. с их способностью к горению, которая в свою очередь характеризуется поведением навески материала в пламени теплового источника и после его удаления. В соответствии с ГОСТ 30244-94 твердые материалы делятся на негорючие (НГ) и горючие (Г).

Негорючие вещества и материалы, не способны к самостоятельному горению в воздухе, а горючие— способны самовозгораться, возгораться от источника зажигания и поддерживать развитие горения.

Горючие материалы в зависимости от температуры дымовых газов, интенсивности горения и продолжительности самостоятельного горения подразделяются в свою очередь на четыре группы горючести:

• Г1 (слабогорючие);

• Г2 (умеренногорючие);

• Г3 (нормальногорючие);

• Г4 (сильногорючие).

Материалы группы Г1 неспособны самостоятельно гореть, они горят только в присутствии более горючих материалов таких как, например, материалы группы Г4, которые хорошо горят самостоятельно до полного выгорания. Группа Г4 включает материалы повышенной пожарной опасности – пенополиуретаны, пенополистиролы и подобные органические материалы с низкой плотностью, интенсивно развивающие горение и способные образовывать горящие расплавы.

Воспламеняемость строительных материалов определяется временем воспламенения при заданных величинах поверхностной плотности теплового потока. По воспламеняемости материалы подразделяются (ГОСТ 30402-96) на три группы:

• В1 (трудновоспламеняемые);

• В2 (умеренновоспламеняемые);

• В3 (легковоспламеняемые).

Распространение пламени оценивается по длине распространения пламени по поверхности и критической поверхностной плотности теплового потока, а также времени воспламенения образца. Горючие строительные материалы по распространению пламени по поверхности подразделяются (ГОСТ Р 51032-97) на четыре группы:

• РП1 (нераспространяющие);

• РП2 (слабораспространяющие);

• РП3 (умереннораспространяющие);

• РП4 (сильнораспространяющие).

Коэффициент дымообразования – показатель, характеризующий оптическую плотность дыма, образующегося при пламенном горении или термоокислительной деструкции (тлении) определенного количества твердого вещества (материала). Горючие строительные материалы по дымообразующей способности подразделяются (ГОСТ 12.1.044) на три группы:

• Д1 (с малой дымообразующей способностью);

• Д2 (с умеренной дымообразующей способностью);

• ДЗ (с высокой дымообразующей способностью).

Показатель токсичности продуктов горения – отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50% подопытных животных. Горючие строительные материалы по токсичности продуктов горения подразделяются по ГОСТ 12.1.044 на четыре группы:

• Т1 (малоопасные);

• Т2 (умеренноопасные);

• ТЗ (высокоопасные);

• Т4 (чрезвычайно опасные).

Все приведенные пожароопасные свойства влияют на комплексную оценку материала – класс его пожарной опасности

Свойства пожарной опасности строительных материалов	Класс пожарной опасности строительных материалов в зависимости от групп
	КМ0	КМ1	КМ2	КМ3	КМ4	КМ5
Горючесть	НГ	Г1	Г1	Г2	Г2	Г4
Воспламеняемость	—	В1	В1	В2	В2	В3
Дымообразующая способность	—	Д1	Д3+	Д3	Д3	Д3
Токсичность продуктов горения	—	Т1	Т2	Т2	Т3	Т4
Распространение пламени по поверхности для покрытия полов	—	РП1	РП1	РП1	РП2	РП4

Строительные конструкции характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью. Основной характеристикой строительной конструкции является способность сохранять несущие и/или ограждающие функции в условиях пожара, которая оценивается пределом огнестойкости.

Предел огнестойкости — это время, в течение которого строительная конструкция сопротивляется воздействию огня или высокой температуры пожара до возникновения одного или последовательно нескольких предельных состояний по огнестойкости с учетом функционального назначения конструкции. К основным предельным состояниям относятся:

• потеря несущей способности вследствие обрушения конструкции или возникновения предельных деформаций (R);

• потеря целостности в результате образования в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя (Е);

• потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных для данной конструкции значений (I);

Предел огнестойкости окон устанавливается только по времени наступления потери целостности (Е).

Обозначение предела огнестойкости состоит из буквы, обозначающей соответствующее предельное состояние (R, E, I) и цифры, соответствующей времени достижения одного из этих состояний (первого по времени) в минутах.

Например:

• R 120— предел огнестойкости 120 мин— по потере несущей способности;

• RE 60— предел огнестойкости 60 мин— по потере несущей способности и потере целостности, независимо от того, какое из двух предельных состояний наступит ранее;

• REI 30— предел огнестойкости 30 мин— по потере несущей способности, целостности и теплоизолирующей способности, независимо от того, какое из трех предельных состояний наступит ранее.

• Если же для конструкции нормируются различные пределы огнестойкости по различным признакам наступления предельного состояния, то обозначение может состоять из двух или более частей. Например, R 120/EI 60 или R 120/E90/I 60.

По пожарной опасности в соответствии с ГОСТ 30403 строительные конструкции подразделяются на четыре класса:

• К0 (непожароопасные);

• К1 (малопожароопасные);

• К2 (умереннопожароопасные);

• КЗ (пожароопасные).

Пожарная опасность конструкций устанавливается в зависимости от последствий воздействия пламени на конструкцию, в том числе таких как:

• наличия теплового эффекта от горения материалов конструкции;

• наличия пламенного горения газов, выделяющихся при термическом разложении материалов конструкции;

• размеров повреждения конструкции;

• пожарной опасности материалов, из которых выполнена конструкция.

Огнестойкость конструкций влияет на огнестойкость здания. Особое внимание уделяется несущим элементам здания, которые, обеспечивают общую устойчивость и геометрическую неизменяемость здания при пожаре. К ним относятся несущие стены, рамы, колонны, балки, ригели, фермы, перекрытия и др. К данным конструкциям предъявляются наиболее высокие требования по огнестойкости, но только в отношении потери ими несущей способности. По пределам огнестойкости строительных конструкций назначается степень огнестойкости зданий и сооружений. В соответствии со СНиП 21-01-97 установлены четыре степени. Для I характерно наличие основных строительных конструкций с высоким пределом огнестойкости (от R 120, REI 120 до RE 30). Наименее огнестойкая— IV степень— пределы огнестойкости для нее даже не устанавливаются (для IV они менее 15 мин).

Важным средством предотвращения пожаров и взрывов является пожарная профилактика, которая основана на оценке взрывопожарной и пожарной опасности производств. Такая оценка позволяет назначать мероприятия организационного и технического характера. В настоящее время по НТБ 105-95 производства категорируются в зависимости от того, в каких помещениях, зданиях и сооружениях они размещаются и от горючих свойств веществ и материалов, используемых в производстве. Взрывопожароопасные помещения выделяются в отдельные категории по избыточному давлению взрыва, т.к. этот параметр существенно влияет на развитие пожара в здании

Категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности

Категория помещения	Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении
А взрывопо-жароопасная	Горючие газы, ЛВЖ с температурой вспышки не более 28С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные парогазообразные смеси, при воспламенении которых в помещении развивается расчетное избыточное давление взрыва, превышающее 5 кПа. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом, в таком количестве, при котором расчетное избыточное давление взрыва, превышает 5 кПа
Б взрывопо-жароопасная	Горючие пыли или волокна, ЛВЖ с температурой вспышки более 28С в таком количестве, что при воспламенении которых в помещении развивается расчетное избыточное давление взрыва, превышающее 5 кПа
В1-В4 пожароопас-ные:	Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются не относятся к категории А или Б
Г	Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива
Д	Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии

Разделение помещений на категории В1-В4 осуществляется по максимальному значению временной пожарной нагрузки на любом участке рассматриваемого помещения.

Пожарная нагрузка — это интегральный параметр, под которым понимают количество теплоты, отнесенное к единице поверхности пола, которое может выделиться в помещении или здании при пожаре.

Общая пожарная нагрузка в помещении g состоит из постоянной и временной пожарных нагрузок. В постоянную нагрузку включаются способные гореть вещества и материалы, находящиеся в строительных конструкциях. Временную нагрузку составляют вещества и материалы, обращающиеся в производстве, в том числе технологическое и другое оборудование, материалы, находящиеся в расходных складах, мебель и т.п.

Временную и постоянную пожарную нагрузку определяют по формулам

МДж/м²,

где Мi— масса i-го вещества или материала, кг; Qi— количество теплоты, выделяемое одним килограммом i-го вещества или материала при сгорании МДж/кг; S— площадь размещения пожарной нагрузки, м² (но не менее 10 м²); j, k— число видов веществ и материалов, соответственно, временной и постоянной пожарной нагрузки.

Категории пожароопасных помещений и зданий

Категории	Удельная пожарная на­грузка на участке, МДж/м2	Способ размещения
В1	более 2200	не нормируется
В2	1401-2200	при Q0,64gH2 устанавливается кат. В1
В3	181-1400	при Q0,64gH2 устанавливается кат. В2
В4	1-180	на любом участке пола площадью 10 м2
Примечание:Н— минимальное расстояние от поверхности нагрузки до перекрытия, м

Указанные выше характеристики относятся непосредственно к материалам, конструкциям, зданиям, т.е. объектам производственной среды. Однако известно, что гибель людей происходит на ранних стадиях пожара и в основном от воздействия продуктов сгорания. Для оценки воздействия пожара на человека выделяются следующие опасные факторы пожара ОФП и соответствующие им критические значения:

• температура среды 70С;

• тепловое излучение 500 Втм²;

• содержание оксида углерода СО 0,1%(об);

• содержание диоксида углерода СО₂ 6%(об);

• содержание кислорода О₂ 17%(об);

• показатель ослабления света дымом 2,4