5.2.4 Деревянные конструкции

Процесс разрушения древесины при нарастании высокой температуры происходит следующим образом. Так как древесина – плохой проводник тепла, то при повышении температуры в первую очередь нагреваются наружные слои. До температуры 100 С свойства древесины подвергаются лишь незначительному изменению. По данным Гольдеса, в этой области температур прочность древесины не снижается. Наоборот, она даже немного возрастает, так как при нагреве испаряется влага, т. е. сначала древесина претерпевает усадку, хотя расширение при повышении температуры оказывает противоположное действие. Эта особенность является важнейшим фактором для борьбы с пожаром.

По литературным данным, древесина начинает разрушаться при температуре 150 С (другие авторы считают 180 С пределом начала превращения лигнина с термическим разложением на составные части). При этом образуются горючие газы, которые создают давление наружу, смешиваются с воздухом и сгорают в пламени. При сгорании древесных газов выделяется достаточно тепла, чтобы обеспечить разложение более глубоких слоев древесины. Они тоже выделяют газы, которые, вырываясь наружу под давлением, сгорают.

При длительном воздействии высокой температуры и незначительной возможности теплоотвода температура загорания может быть значительно ниже. В Килтской лаборатории противопожарной техники были поставлены опыты по определению загорания деревянных обшивок при температуре 90 С (например, пожар в бане-сауне). Древесина при длительном нагреве при 90 С подвергалась экзотермическому процессу разложения, т. е. процесс шел с выделением тепла. Разрыв стенок волокон приводил древесину в периферическое состояние. «Этот процесс разложения зависит от температуры и ускоряется ею во всевозрастающих размерах. Если возможности отвода освобождающегося тепла препятствует хорошая теплоизоляция, как это чаще всего бывает в случае с сауной, то в материале возникает аккумуляция тепла, следствием которой является медленный разогрев вплоть до самовозгорания древесины». После 208 рабочих часов с 8-часовым ежедневным нагревом при температуре помещения 90 С было установлено внезапное повышение температуры до 290 С в течение 30 мин. В результате чего древесина загорелась. Те составные элементы древесины, которые не переходят в газообразное состояние, образуют слой древесного угля над еще не охваченными огнем, совершенно не поврежденными глубоко лежащими слоями древесины. Пористый древесный уголь очень плохо проводит тепло (его теплопроводность составляет 15–20 % теплопроводности нормальной древесины). Процесс сгорания замедляется. Последней фазой процесса является сгорание древесного угля с образованием жара. При этом глубоколежащие слои древесины снова нагреваются, разлагаются, выделяют газы, образуют древесный уголь, который сгорает при очень высокой температуре. Процесс повторяется до тех пор, пока древесина не сгорит по всему сечению.

Кордина опубликовал данные опытов, поставленных в Институте строительного материаловедения Технического университета в Брауншвейге, согласно которым скорость обгорания древесины составляет от 0,04 до 0,08 см/мин, или соответственно от 2,4 до 4,8 см/ч и зависит от местных условий (размеры сечения, качество древесины, содержание влаги, циркуляция воздуха и т. д.).

Деревянные перекрытия старой конструкции, состоящие из строганных досок, балок, накатного черного пола, глинистой или песчаной засыпки, а также нижней обшивки и штукатурки, теряют несущую способность при пожарной нагрузке из-за прогорания после предварительного обрушения наката черного пола в течение 13–40 мин. Деревянные перекрытия с подвесным потолком из штукатурки на горючем основании обладают общей продолжительностью огнестойкости 45–55 мин, причем сам подвесной потолок прогорает за 30–35 мин.

Деревянные стойки теряют свою несущую способность примерно после 33 мин независимо от сечения. Случайные усадочные трещины снижают продолжительность огнестойкости. Эксперимент и опыт показывают, что поведение деревянных конструкций при пожаре мало чем отличается от поведения конструкций из других строительных материалов. Поэтому Муллинс делает вывод: высокие изоляционные свойства древесины обеспечивают ей известную сопротивляемость воздействию пожара. Она горит медленно, обугливаясь на поверхности. Несгоревшая древесина сохраняет свою форму и прочность. Обрушение происходит постепенно лишь при значительном уменьшении площади поперечного сечения. При быстро потушенном пожаре обугленная лишь на поверхности древесина может быть допущена к эксплуатации, если это не портит внешний вид сооружения.

Оценка состояния деревянных конструкций в зависимости от темпе-ратуры нагрева приведена в таблице 5.8.

Таблица 5.8 – Характер повреждения деревянных конструкций при огневом

воздействии

Характер повреждения конструкции	Режим температурного воздействия, °С	Степень повреждения
Высыхание с выделением летучих веществ	110	–
Пожелтение	110–150	–
Образование коричневой окраски	150–250	–
Возникновение следов воспламенения древесины	250–300	Слабая
Обугливание древесины на глубину до 10 мм	450–570	Слабая
Образование крупнопористого древесного угля на глубину 0–20 мм	600–800	Средняя
Глубина обугливания древесины более 30 мм	820–1000	Сильная
Обрушение конструкции	1300 и более	Аварийная