книги из ГПНТБ / Хрулев, В. М. Огнестойкость конструкций из дерева и пластмасс

безопасности. В то же время сведения об огнестойко­ сти клееных деревянных конструкций недостаточны для широкого проектирования, хотя пожарные испы­ тания довольно убедительно говорят о надежности таких конструкций. Ошибочное мнение об огнестойко­ сти деревянных конструкций обусловлено традицион­ ным представлением о горючести древесины. Но при оценке огнестойкости клееных конструкций это пред­ ставление не совсем верно, так как массивность по­ перечного сечения клееного пайета, возможность антипирирования древесины, а также замедление горе­ ния древесины при обугливании внешнего слоя позво­ ляют считать конструктивные деревянные элементы более огнестойкими, чем, например, стальные. А в оп­ ределенных случаях эксплуатация деревянных конст­ рукций в отношении пожарной безопасности может быть сравнима с железобетонными конструкциями, что подтверждают огневые испытания.

Древесина может быть достаточно безопасным с пожарной точки зрения материаломпри квалифици­ рованной огнезащите элементов; с другой стороны,, огнестойкость деревянных конструкций можно пред­ сказать, учитывая скорость сгорания (обугливания) древесины. Горение древесины в несущих конструк­ циях при пожаре обеспечивает достаточно продолжи­ тельный период для ведения спасательных работ.

Анализируя случаи пожара в зданиях из деревян­ ных конструкций, можно видеть, что причиной рас­ пространения огня часто служит не сама древесина как строительный материал, а внутреннее оборудова­ ние помещений, а также мебель, одежда, книги и т. п.

По техническим нормам в некоторых странах ог­ нестойкость защищенных деревянных элементов при­ равнивают к железобетонным, причем при подсчете теплотворной способности горящего материала мас­ сивная древесина конструкций как топливо в баланс не включается.

Известно, что для деревянных ограждений преде­ лом огнестойкости является перегрев противополож­ ной источнику огня стороны или образование сквоз­ ных отверстий. Благодаря малой теплопроводности древесина обладает повышенной огнестойкостью и по этой характеристике. Интересные результаты' получе­

40

всего лишь до 37,78°С. После испытаний короб со­ хранился, а фактическая глубина обугливания соста­ вила в среднем 1,25 см.

Огнестойкость деревянных элементов зависит в основном от трех факторов — нагрузки, скорости сго­ рания древесины, прочностных и деформативных ха­ рактеристик древесины при интенсивном огневом воз­ действии.

Влияние нагрузки на предел огнестойкости конст­ рукций проявляется следующим образом. В случае возгорания элемента малонагруженного покрытия предел огнестойкости возрастает по сравнению с та­ кой же конструкцией, но при установленном оборудо­ вании или скоплении людей. Предел огнестойкости конструкции, спроектированной с учетом ветровых нагрузок (крутые крыши, своды, панели стенового ог­ раждения и т. д.), в безветренную погоду (при недо­ груженное™ конструкций) оказывается больше, хотя на первый взгляд это противоречит элементарным представлениям о горении. Таким образом, фактичес­ кое напряженйе деревянного - элемента при пожаре может определять его огнестойкость.

Скорость сгорания древесины нормальной влаж­ ности составляет 0,6—0,8 мм/мин. Эта характеристи­ ка влияет на предел огнестойкости деревянного эле­ мента по несущей способности (прочности и устойчи­ вости). Поскольку размеры сечения меняются, это приводит к повышенной деформативности элемента. Кроме того, возможно прогорание тонкостенных эле­ ментов (фанерных, из древесностружечных плит) с образованием сквозных отверстий, что также квали­ фицируется как достижение предела огнестойкости. Скорость сгорания древесных материалов обусловли­ вается степенью огнезащитной обработки, влаж­ ностью материала, плотностью . породы древеси­ ны, направлением волокон,, температурой и влажно­ стью воздуха, наличием снежного покрова, конструк­ тивным оформлением элемента и проч.

4!-

Прочностные и деформативные характеристики древесины при пожаре зависят от ее состояния, т. е. от влажности, плотности, температуры воздуха и т. и. Изменение прочностных характеристик можно опре­ делить испытанием образцов, нагруженных норматив­ ной нагрузкой при стандартном температурном ре­ жиме огневого воздействия. При разрушении образца определяют фактическую площадь поперечного сече­ ния и по общеизвестным формулам рассчитывают на­ пряжения.

Модуль упругости при огневом воздействии можно определить, нагревая образец до определенной тем­ пературы, а затем, нагружая в нагретом состоянии, испытывать его по обычной методике.

Огнестойкость сооружения из древесины может зависеть от отдельных, иногда незначительных по размерам конструктивных элементов. Например, сго­ рание вертикальных связей клееных деревянных рам может повлечь обрушение всего здания,- хотя основ­ ные конструкции (рамы) будут вполне огнестойки.

О достаточной огнестойкости клееных конструк­ ций свидетельствуют испытания клееных балок про­ летом 4,5 м и сечением 8X20, 12X30, 8X40, 12X40, 16X40 см,'изготовленных из воздушносухих сосновых и пихтовых досок толщиной 2 см. Балки были скле­ ены резорциновым и карбамидным клеями холодно­

В огневой камере балки выдерживали по 30 и 60 ми­ нут, затем после 1—2 часов охлаждения на воздухе испытывали на изгиб. До и после огневых испытаний измеряли сечение и сравнивали прогибы контрольных

ле очистки от угля обнаружены признаки расслоения в балках, склеенных карбамидными клеями. Глубина расслоения достигала 4—10 мм.

Как показали измерения, через 30 минут огневых испытаний температура выше 100°С наблюдалась на глубине 4 см от поверхности, а уже на глубине 5 см температура равнялась 50°С. Столь малая просреда-

42

Рис. 6. Зависимость размеров сечения клее­ ных балок, позволяю­ щая конструировать ог­ нестойкие конструкции:

А —■зона сечений огнестойких балок; Б — зона сечений огнеопасных балок

.медленно поперек волокон. После 30-минутных огне­

■способности. Испытания также показали, что с повы­ шением концентрации карбамидных клеев огнестой­ кость клеевых соединений повышается.

Известны результаты огневых испытаний клееной балки сечением 23x70 см. После одного часа испыта­ ний при температуре до 650°С горевшая балка сохра­ нила 75% площади поперечного сечения. Сначала балка обугливалась со скоростью 3,8 см/ч, затем пос­ ле образования защитного слоя угля скорость обугли­ вания понизилась.

Экспериментально установлена зависимость меж­ ду высотой и шириной поперечного сечения балки, позволяющая конструировать достаточно огнестойкие деревянные конструкции (рис. 6). В каркасном зда­ нии из клееных полурам после пожара более массив­ ные элементы каркаса сохранили часть несущёй спо­ собности, в то время как элементы покрытия полно: стью обуглились. Антипирирование позволяет значи­ тельно снизить скорость обугливания поверхности и температуру горения древесины. Испытания показа­ ли, что при горении необработанной древесины, тем-

43

I

Рис. 7. Схема испытания клеефанерной балки на огнестойкость: 1— нагрузка (кирпичи),;-' 2 — модель балки; 3 —’опорные устройства; 4 — ванна с горючей смесью

пература за 2—5 минуты поднимается до 475°С, а антипирированная древесина в аналогичных условиях нагревается за 15 минут до 275°С. Повышенная огнестойкость антипирированной древесины проде­ монстрирована на следующем опыте. Изготовили два короба из необработанной и антипирированной дре­ весины. В каждый короб налили зажигательную смесь с бензином и подожгли, установив предвари­ тельно пирометры. Возрастание температуры при ог­ невом воздействии показано в табл. 5.

Короб из необработанной древесины полностью сгорел за 15 минут. Антипирированная древесина обуглилась на глубину 3,15 мм, но горения не под­ держивала во время всего испытания. Разница темпе-

Т а б л и ц а 5

Рост температуры при огневом испытании деревянных Коробов

44

ратур при испытании коробов показывает, что антипирированная древесина не поддерживает горения, и не способствует развитию пожара.

Эффективность огнезащиты зависит от метода антипирирования, что подтверждено следующими испы­ таниями. Изготовили короба из необработанной на­ туральной древесины, а также древесины, покрытой с' поверхности силикатом натрия, и древесины, пропи­ танной под давлением. В короба поместили зажига­ тельную смесь из 3,78 л нефти и 0,3 л бензина. Через 2,5 минуты после поджигания, загорелся короб, изго­ товленный из натуральной древесины, через 4,5 мину­ ты воспламенился короб, покрытый силикатом нат­ рия. Через 19,5 минуты эти короба сгорели дотла. Короба из древесины, обработанной под давлением, сохраняли свою форму в течение 30,5 минуты.

У древесины, антипирированной методом глубокой пропитки, способность к распространению пламени значительно ограничивается. За 1,5 минуты горения пламя распространяется на 19 см, а на необработан­ ной древесине на 30 см.

ПОВЕДЕНИЕ ЛЕГКИХ ФАНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИИ ПРИ ПОЖАРЕ

Предел огнестойкости фанерных конструкций (ба­ лок, панелей,перегородок) наступает при прогорании стенок, обшивок и появлении сквозных отверстий. Со­ гласно строительным нормам дальнейшая эксплуата­ ция таких конструкций недопустима. Однако при по­ явлении сквозных отверстий . несущая способность фа­ нерных конструкций не исчерпывается. Подтвержде­ нием этому служат примеры применения в загранич­ ной практике фанерных балок с прерывистой стенкой. Основную несущую функцию в фанерных панелях выполняет обычно каркас, изготовляемый из брусков. Как правило, бруски антипирируют или подвергают антисептической обработке в растворах, содержащих добавки антипиренов. Для снижения скорости прого­ рания стенок или обшивок фанеру также необходимо пропитывать в огнезащитных растворах' или модифи­ цировать огнестойкими полимерами.

Известны способы повышения огнестойкости фа-

45

иеры путем склеивания шпона, обработанного в ра­ створах антипирена. В некоторых случаях огнеза­ щитную роль может выполнять химическое вещество,

ции клееных конструкций в складах калийных удоб­

применяя для запрессовки гвоздевой прижим. Одно­ временно были изготовлены контрольные модели ба­ лок из непропитанной древесины и фанеры. В каче­ стве источника огня использовали смесь из 60% со­ лярового масла и 40% бензина. Вначале испытыва­ ли контрольные (неантипирированные) балки. Горе­ ние их началось с фанерной стенкд непосредствен­ но после поджигания смеси. После образования сквозных отверстий в стенке пламя быстро распро­ странялось по всей внутренней полости балок.

Через 1 минуту 10 секунд после поджигания сме­ си контрольные балки разрушились. Разрушение всегда начиналось с фанерной стенки, причем балка опрокидывалась и полностью сгорала даже будучи удаленной из зоны действия горячей смеси. Горение пропитанных балок существенно отличалось от конт­ рольных. Воспламенялись они медленно и разруша­ лись в среднем через 3 минуты также вследствие по­ тери устойчивости из-за прогорания фанерной стен­ ки. При удалении источника огня горение сразу пре­ кращалось.

46

После эксперимента клеевые швы сохраняли удо­ влетворительную прочность, разрушение происходи­ ло в основном по древесине и по шпону. Результаты огневых испытаний показали, что фанерные конст­ рукции, имеющие, как правило, тонкостенное попе­ речное сечение, отличаются пониженной огнестойко­ стью. Распространению огня способствует и полое сечение фанерных конструкций.

В практике строительства массивные клееные де­ ревянные конструкции часто, совмещаются с тонко­ стенными фанерными ограждениями (панелями). В этом случае необходимо учитывать различный пре­ дел огнестойкости и степень возгораемости конструк­ ций. При указанном сочетании необходимо в первую очередь повышать огнестойкость ограждения, так как огнестойкость всего здания будет зависеть от ог­ раждения.

Склеивать антипирированйые древесину и фанеру при изготовлении фанерных конструкций можно по режимам, рекомендованным для антипирированной древесины. Как и в случае склеивания древесины, на' прочность склейки огнезащищенной фанеры вли­ яет присутствие солей на поверхности пропитанных заготовок (54 г/м2) [23].

По сравнению с'фанерой, обработанной солевыми антипиренами, лучше склеивается фанера, антипирированная полимерами. При изготовлении фанерных панелей рекомендуется отдельные элементы (каркас, обшивку) обрабатывать такими полимерами, как мо­ дифицированные феноло-формальдегидные и карба­ мидные.

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ КЛЕЕНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Обработка готовых клееных элементов

Вследствие органической природы древесины ее трудно превратить в негорючий и невоспламеняющийся материал. Метод пропитки под давлением, счита­ ющийся лучшим способом антипирирования, позво­ ляет получить только трудносгораемые конструкции. Однако антипирирование значительно снижает вос­ пламеняемость, скорость сгорания и распростране­ ния пламени.

47

В то же время изгототовление конструкций путем склеивания антипирированной древесины не всегда возможно [24]. Проведенные нами исследования по­ казали, что без специального подбора совместимых между собой клеев и антипиренов и без изменений в технологии склеивания получить прочные клеевые со­ единения антипирированной древесины затруднитель­ но. Поэтому, кроме антипирирования древесины, ча­ сто осуществляют защиту конструкций с поверхно­ сти — обмазками и покрытиями.

К покрытиям относится оштукатуривание, обмаз­ ка пастами, окрашивание, наклейка фольги или при­ бивание тонких листов асбестоцемента. Оштукатури­ вание поверхности и облицовка древесины асбесто­ цементными листами являются одним из надежных способов получения трудносгораемых конструкций. В частности, покрытие ■листами •. по огнезащитному эффекту не уступает цементной штукатурке. Обмаз­ ки в основном предназначаются для деревянных, кон­ струкций, защищенных от непосредственного атмо­ сферного воздействия. Обмазки можно приготовлять на рабочем месте. Наносят обмазки кистью в два приема с интервалом 1.2 часов. На 1 м2 обрабатыва­

не. предназначенные под окраску: стропила, обрешет­ ку и т. п.

Недефицитной и экономичной является обмазка ИГС на основе известково-глиняного теста, поварен­ ной соли и воды. Поваренная соль добавляется для улучшения адгезии к древесине. Следует, однако, учи­ тывать, что обмазка может корродировать металл. Суперфосфатная обмазка состоит из суперфосфата—

лесохимических производств. Его измельчают и раст­

48

воряют в воде, подогревают до 70°С. Далее в раст­ вор вводят фтористый натрий, а затем тщательно смешивают раствор с глиной. -Обработанная такой обмазкой поверхность имеет светло-коричневый цвет.

Для деревянных конструкций разработаны раз­ личные составы огнезащитных красок. По своей основе-связующему огнезащитные краски могут быть силикатными, хлоридными, фосфатными, кремнийорганическими. Краски по эксплуатационным приз­ накам разделяются на атмосферостойкие, допусти­ мые к применению на открытом воздухе, и неводо­ стойкие, применяемые для обработки конструкции, находящихся в закрытых помещениях. При покры­ тии конструкций антипиренными красками влаж­ ность древесины должна быть не более 20%, а тем­ пература воздуха не менее 10°С. Краски наносятся кистью, или краскопультом.

Основой силикатных защитных красок служит жидкое стекло. Применяют следующие марки сили­ катных красок: СК-Г, СК-ХЭМ, СК-Л. Силикатные краски приготовляют за несколько часов до начала работ. Древесину окрашивают за два приема с суш­ кой предыдущего слоя 12 часов. Расход красок на 1 м2 поверхности составляет 500—600 г. Для краски СК>ХЭМ сначала приготовляют хлорпарафиновую эмульсию и затем добавляют в нее последовательно остальные компонентны (табл. 6).