2. Концептуальные положения развития нормативно-технической базы и научно-исследовательских работ в области пожаробезопасности строительных материалов и эффективности средств огнезащиты

В настоящее время обеспечение пожарной безопасности зданий и сооружений имеет первостепенное значение. Особенно, это касается общественных и жилых зданий, что обусловлено совокупностью таких факторов, как массовое пребывание людей, уникальность и многофункциональность этих зданий, наличие разнообразной пожароопасной горючей нагрузки.

Опасность пожаров в общественных зданиях с массовым пребыванием людей характеризуется тем, что, как правило, обучающие действия по эвакуации с посетителями не представляются возможными, а люди, в большинстве своем, не знакомы с планировкой здания (расположением эвакуационных выходов). Этот набор отрицательных условий усугубляется значительными линейными размерами, сложностью внутренней планировки зданий, разнородностью целей посещения таких объектов. В этом случае для обеспечения защиты людей и имущества от воздействия опасных факторов пожара следует сосредоточить внимание на реализации таких пассивных способов противопожарной защиты, как объемно-планировочные решения, ограничивающие распространение пожара, устройство безопасных эвакуационных путей, системы оповещения и управления эвакуацией людей (СОУЭ), применение основных строительных конструкций с пределами огнестойкости и классами пожарной опасности, соответствующими требуемым, ограничение пожарной опасности поверхностных слоев (отделок, облицовок и средств огнезащиты) строительных конструкций на путях эвакуации, применение качественных и эффективных огнезащитных составов (ОЗС).

В последние годы широкое распространение получили методы математического моделирования, используемые для решения задач расчетов пожарного риска, необходимого времени эвакуации, проектирования объемно-планировочных решений.

При математическом моделировании процессов распространения пожара и эвакуации людей вклад строительных материалов и конструкций в образование ОФП традиционно не учитывается, что в отдельных случаях может привести к серьезным ошибкам в расчетах по распространению пожара по зданию с последующими негативными последствиями по гибели и травмированию людей.

При обеспечении пожарной безопасности общественных зданий важное значение имеет обоснованное и пожаробезопасное применение строительных материалов и конструкций, а также информация о пожароопасных характеристиках находящейся в здании (помещении) пожарной нагрузки.

К пожарной нагрузке, в первую очередь, следует отнести горючие вещества, материалы в различном агрегатном состоянии, продукцию различного назначения, строительные изделия, в том числе строительные материалы и конструкции.

Способность строительного материала к воспламенению может оцениваться по времени задержки воспламенения τ_вс, с, критической плотности теплового потока воспламенения q^в_кр, Вт/м², минимальному количеству тепла, необходимому для воспламенения единицы поверхности Q_в, Дж/м², температуре воспламенения Т_в,ºС [17].

При определении области применения строительных материалов наиболее жестким было бы противопожарное требование, обеспечивающее их невоспламеняемость при пожаре в условиях эксплуатации. Но в практическом плане эту задачу решить пока не представляется возможным. Поэтому, наиболее оптимальным является решение, обеспечивающее ограничение распространения пламени (огня) по поверхности, которое оценивается по линейной скорости распространения пламени V_л, м/с и критической плотности теплового потока прекращения распространения пламени q^рп_кр, Вт/м².

Традиционная практика противопожарного нормирования материалов в строительстве базируется на определении групп горючести, косвенным образом учитывающих тепловыделение, воспламенение, распространение пламени, скорость выгорания в соответствии со стандартными методиками испытаний, изложенными в ГОСТ 30244 «Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть».

За последние несколько десятилетий были испытаны на горючесть тысячи материалов различного функционального назначения. Многие из них широко применятся в общественных зданиях в качестве тепло- и гидроизоляции, декоративной отделки и облицовки стен, потолков, покрытий полов, мастик и др. Полимерные строительные материалы (ПСМ) без использования антипиренов в своем составе или дополнительной огнезащиты, как правило, относятся к сильногорючим материалам. С введением в нашей стране комплексного подхода к оценке пожароопасности и к определению области применения строительных материалов [18] наметилась тенденция к снижению их вклада в распространение пожара в общественных зданиях и в образование ОФП.

При обеспечении безопасности людей при пожаре весьма важное значение имеют тепловыделение, дымообразующая способность и токсичность продуктов горения строительных материалов.

Тепловыделение оценивается в нашей стране по удельной теплоте сгорания (низшей рабочей теплоте сгорания Q^н_р, Дж/кг), определяемой по методу ГОСТ Р 56025 «Материалы строительные. Метод определения теплоты сгорания».

Данный показатель наиболее часто используется при оценке пожарной опасности материалов фасадных систем (приложение А ГОСТ 31251 «Стены наружные с внешней стороны. Метод испытаний на пожарную опасность»), а также в качестве исходной характеристики пожарной нагрузки при математическом моделировании процесса развития пожара.

Дымообразующая способность оценивается с помощью коэффициента дымообразования (D_m, м²/кг) по методу ГОСТ 12.1.044 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения» (п. 4.18).

Коэффициент дымообразования определяется в режимах тления и пламенного горения, в результате чего устанавливаются максимальные его значения для дальнейшего использования, например, в противопожарном нормировании и классификации. Следует отметить, что подавляющее большинство полимерных материалов имеют высокую дымообразующую способность.

Как известно, наибольшее количество людей при пожарах погибает от воздействия токсичных продуктов горения. В этой связи, оценка токсичности продуктов горения строительных материалов имеет особое значение. В нашей стране стандартным методом (п. 4.20 ГОСТ 12.1.044) определяется показатель токсичности (H_{CL 50,} г/м³), при этом используется биологический принцип оценки с помощью контроля гибели белых мышей после 30-ти минутной экспозиции. Сравнительная оценка строительных материалов по токсичности продуктов горения может осуществляться инструментальными методами с применением непрерывного контроля выхода токсичных газов в заданных условиях эксперимента. Полная расшифровка выхода всех токсичных соединений является достаточно сложной и в практическом плане не всегда оправданной задачей, поэтому часто устанавливают в продуктах горения наличие и концентрации ведущих по вредному воздействию на человека компонентов. Для строительных материалов таковыми являются оксид и диоксид углерода СО и СО₂, цианистый водород HCN, хлористый водород HCl, окислы азота N_xO_y [19].

При оценке показателя токсичности продуктов горения по стандартному методу определенное влияние может оказать пониженные концентрации кислорода в камере сгорания и предкамере. П. 4.20.3.3 ГОСТ 12.1.044 регламентирует концентрацию кислорода в предкамере во время испытания (16% об.). Концентрация же кислорода в камере сгорания может изменяться до любого значения от 21 до 0%, что, в конечном итоге, может существенно повлиять на результат испытаний. Отсюда может быть сделан вывод о необходимости использования в дальнейшем еще одного режима испытаний в условиях установленной пониженной концентрации кислорода. Этот вывод не противоречит предположению о возможном снижении концентрации кислорода при реальных пожарах в помещениях до значений, близких к нулю.

Среди ПСМ можно выделить наиболее опасную с точки зрения дымообразующей способности и токсичности продуктов горения группу материалов: древесина и материалы на ее основе, декоративные бумажно-слоистые пластики (ДБСП), древесно-стружечные плиты (ДСП), древесно-волокнистые плиты (ДВП), композиции на основе полипропилена, полиэтилена, полистирола, полиуретана, фенолформальдегидные, полиизоциануратные утеплители, линолеумы ПВХ, синтетические ковровые покрытия, ламинаты и др.

Для сравнения в табл. 8 сведены известные экспериментальные данные [19-21] о составе и показателе токсичности продуктов горения некоторых из них.

Таблица 8. Экспериментальные данные о составе и токсичности продуктов горения строительных материалов

№ п/п	Наименование материала	Токсичные газы в продуктах горения,					Показатель токсичности, Hcl50, г/м3
		СО	СО2	HCN	NxOy	HCl
1	Пенопласт фенолформальдегидный ФРП	+	+	+	+	-	6,6
2	Пенопласт полиизоциануратный	+	+	+	+	+	11,0
3	Пластик для кресел полипропиленовый	+	+	-	+	-	22,0
4	Пенополиуретан ППУ-317	+	+	+	+	+	24,1
5	ДБСП «Манминит»	+	+	+	+	-	24,2
6	Картон	+	+	+	+	-	25,3
7	Полиэтилен	+	+	-	-	+	28,0
8	Фанера ФСФ	+	+	-	-	-	32,0
9	Капролан (полиамид)	+	+	-	-	+	32,0
10	Винилискожа-Т	+	+	+	+	-	30,4
11	Древесина сосны	+	+	-	-	-	31,6
12	ДСП	+	+	+	+	-	31,9
13	Стеклопластик «Синплакс»	+	+	-	-	-	38,7
14	Пенополистирол	+	+	-	+		40,7
15	Линолеум ПВХ безосновный	+	+	-	+	+	40,9
16	Бумага	+	+	-	+	-	43,7
17	Дорожка чистошерстяная	+	+	+	+	-	44,6
18	Мастика БПМ	+	+	+	+	-	60,9

Примечание: Знак "+" ("–")обозначает наличие (отсутствие) токсичных газов в продуктах горения материалов.

Как видно из таблицы, подавляющее большинство представленных наиболее распространенных в строительстве ПСМ относятся к высоко опасным материалам по токсичности продуктов горения. Кроме того, следует констатировать, что практически все они относятся к материалам с высокой дымообразующей способностью и имеют коэффициент дымообразования, близкий или превышающий 1000 м²/кг. Эти данные в совокупности с негативными показателями горючести, воспламеняемости тепловыделения свидетельствуют о высокой их потенциальной опасности для людей при пожаре. Отсюда вытекает и главная задача для разработчиков и производителей ПСМ: путем совершенствования технологий введения специальных добавок (в том числе антипиренов) добиваться снижения их пожарной опасности на стадии производства.

Другой важной задачей для специалистов, занимающихся производством и внедрением ПСМ, противопожарным нормированием и определением областей применения, является их пожаробезопасное применение с учетом условий эксплуатации и установленных стандартными методами показателей воспламеняемости, тепловыделения, горючести, распространения пламени по поверхности, дымообразующей способности и токсичности продуктов горения, при этом следует иметь в виду, что показатели пожарной опасности, полученные в различных условиях испытаний, могут варьироваться (изменяться) в широких пределах.

Весьма интересен опыт стран Евросоюза в области испытаний и классификации строительных материалов, где, в отличие от действующих в нашей стране требований пожарной безопасности, токсичность продуктов горения не учитывается ни при классификации, ни при определении области применения. Для строительных материалов европейской классификацией (как уже отмечалось в разделе 1) [6] предусмотрено 7 классов: А1, А2, В, С, D, E, F. Класс пожарной опасности (А1 – F) является комплексным показателем, который определяется по результатам испытаний по методам ISO 1716 [13], ISO 1182 [14], ISO 11925-2 [12], ISO9239-1 [15], EN 13823-1 [16]. Классификация в обработанном виде представлена в табл.9

Пожарная опасность строительной конструкции во многом зависит от пожароопасности строительных материалов, входящих в ее состав. Пределы огнестойкости конструкций (за исключением фасадных систем) определяются по результатам испытаний по ГОСТ 30247 [22], а класс пожарной опасности – по методике ГОСТ 30403 [23]. Пределы огнестойкости и классы пожарной опасности строительных конструкций, показатели пожарной опасности строительных материалов ежегодно публикуются в Технической информации в помощь инспектору Госпожнадзора [24].

Таблица 9. Классы пожарной опасности строительных материалов

Отделочные материалы				Напольные покрытия
Класс			Метод испытаний	Класс		Метод испытаний
A1			ISO 1182 и ISO 1716	A1FL		ISO 1182 и ISO 1716
A2 s1 d0 A2 s2 d0 A2 s3 d0	A2 s1 d1 A2 s2 d1 A2 s3 d1	A2 s1 d2 A2 s2 d2 A2 s3 d2	ISO 1182 или ISO 1716 и EN13823 (SBI)	A2FL s1	A2FL s2	ISO 1182 или ISO 1716 и ISO 9239-1
B s1 d0 B s2 d0 B s3 d0	B s1 d1 B s2 d1 B s3 d1	B s1 d2 B s2 d2 B s3 d2	EN 13823 (SBI) и ISO 11925-2	BFL s1	BFL s2	ISO 9239-1 и ISO 11925-2
C s1 d0 C s2 d0 C s3 d0	C s1 d1 C s2 d1 C s3 d1	C s1 d2 C s2 d2 C s3 d2	EN 13823 (SBI) и ISO 11925-2	CFL s1	CFL s2	ISO 9239-1 и ISO 11925-2
D s1 d0 D s2 d0 D s3 d0	D s1 d1 D s2 d1 D s3 d1	D s1 d2 D s2 d2 D s3 d2	EN 13823 (SBI) и ISO 11925-2	DFL s1	DFL s2	ISO 9239-1 и ISO 11925-2
E E d2	-	-	ISO 11925-2	EFL	-	ISO 11925-2
F	Нет требований			FFL	Нет требований

Примечание: A1, А2, В, С,D, Е, F– классы пожарной опасности строительных материалов; s1, s2, s3 – критерии дымообразующей способности; d0 – отсутствие горящих капель в течение 600 с; d1 – горящие капли в интервале от 10 с до 600 с; d2 – не относятся к d0 и d1.

В настоящее время завершается работа по пересмотру ГОСТ 12.1.044-89, новая редакция которого дополнена методами определения линейной скорости распространения пламени и удельной массовой скорости выгорания. Указанные показатели могут быть использованы не только для сравнительной оценки материалов, но и в качестве исходных данных для оценки динамики образования ОФП при пожаре методами математического моделирования.

Таким образом с учетом вышеизложенного, могут быть сформулированы концептуальные положения по развитию системы оценки пожарной опасности строительных, текстильных материалов, классификации, противопожарного нормирования их применения в строительстве и подтверждения соответствия требованиям пожарной безопасности:

совершенствование классификации строительных материалов и средств огнезащиты по пожарной опасности на основе передового современного международного опыта с разделением группы негорючих материалов на два класса (аналогично классам А1 и А2 Европейской классификации), с использованием показателей, определяемых по методам EN ISO 1716 «Калориметрическая бомба» (определение теплоты сгорания), EN ISO 11925 «Малая горелка» (определение группы сильногорючих материалов) EN ISO 13823 «Метод SBI» (определение показателей горючести, распространения пламени, дымообразующей способности и скорости тепловыделения);

оценка пожарной опасности (воспламеняемости, горючести, распространения пламени по поверхности, тепловыделения, дымообразующей способности и токсичности продуктов горения) различных строительным материалов и изделий ( в том числе огнезащитных материалов и покрытий) с учетом нового современного подхода и создание Федерального банка данных для задач определения области применения в зданиях (сооружениях) различного функционального назначения, подтверждения соответствия требованиям пожарной безопасности различного уровня (от Федеральных Законов до стандартов предприятий и технических условий на строительную продукцию);

разработка и внедрение методик экспериментального определения скорости распространения пламени, удельной массовой скорости выгорания, удельного выделения (потребления) токсичных газов (кислорода), коэффициента дымообразования и других исходных данных для задач математического моделирования динамики опасных факторов пожара, расчета пожарного риска и необходимого времени эвакуации людей, проектирования объемно-планировочных решений путей эвакуации и зальных помещений, обоснования их геометрических и технических характеристик;

создание современных автоматизированных комплексов, предназначенных для термоаналитических, спектроскопических и масс-спектрометрических исследований пожароопасных и физико-химических свойств твердых веществ и материалов ( в том числе, строительных и огнезащитных), включающих приборы термоанализа, ИК-Фурье спектроскопии, масс-спектрометрии, газовой хроматографии и позволяющих в автоматическом режиме в различных условиях испытаний определять энергетические, кинетически и идентификационные характеристики для решения задач контроля качества строительных, текстильных и огнезащитных материалов на производстве и объектах строительства, идентификации и выявления контрафактных изделий;

разработка расчетно-экспериментальных методов прогнозирования пожарной опасности строительных материалов и огнезащитных материалов, учитывающих условия их эксплуатации и возможные тепловые воздействия при пожаре;

на основе модернизированных классификаций и новейших методов исследований (испытаний) дальнейшее совершенствование требований пожарной безопасности к строительным и огнезащитным материалам, включающих элементы гибкого нормирования, обеспечивающих безопасность людей и нераспространение огня по зданию;

разработка нормативно-технической документации и создание экспериментальной базы для исследований теплоизолирующих и огнезащитных свойств различных огнезащитных материалов, учитывающих климатические условия и сроки эксплуатации на объектах, особенно, с массовым пребыванием людей и имеющих важное государственное значение.