Глава i. защита деревянных конструкции от возгорания

§ 1.1. Горючесть древесины

Горение представляет собой реакцию соединения го­рючих компонентов древесины с кислородом воздуха, со­провождающуюся выделением тепла или дыма, появле­нием пламени и тления. Возгорание древесины может возникнуть в результате кратковременного нагрева ее до температуры 250 °С или длительного воздействия бо­лее низких температур. При горении происходит хими­ческая деструкция (пиролиз) древесины. Вначале в результате повышения температуры из древесины испа­ряется влага и пока влага не испарится, температура древесины остается 100 °С. С повышением температуры до 150—210 °С древесина высыхает, изменяет цвет (жел­теет), появляются первые признаки химической деструк­ции — обугливание ее. Термическое разложение отдель­ных компонентов древесины происходит при различной температуре: гемицеллюлозы 160—170, целлюлозы 280— 380, лигнина 200—500 °С. Пиролиз древесины сопровож­дается выделением летучих веществ, содержащих угле­род: СО₂, СО, С₂Н₄, С₃Н₈, СН₄ и др.

Таким образом, при нагревании древесины до темпе­ратуры пожаров (800—900 °С) происходит ее термичес­кое разложение с образованием смеси газообразных продуктов и твердого остатка в виде угля.

Различают две фазы горения древесины. Первая фа­за пламенная — сгорание газообразных продуктов в воздухе, вторая — тление угля, который при темпера­туре 200 °С не обладает свойством летучести и спосо­бен окисляться только в результате притока к нему кис­лорода воздуха. Тление прекращается, если на поверх­ности угля образуется тончайшая пленка золы. При температуре 1100—1200°С уголь приобретает свойство летучести и способен гореть пламенем, повышая при этом теплотворную способность древесины.

Интенсивность горения зависит от подачи и количе­ства кислорода воздуха, от поверхностной активности и взаимного обогрева горящих поверхностей древесины. Для полного сгорания 1 м³ древесины необходимо около 3000 м³ воздуха. Чем больше омываемая воздухом по­верхность F_гор данного объема древесины и чем интен­сивнее движение воздуха (тяга), тем больше скорость горения. Большое значение при этом имеет взаимный обогрев горящих поверхностей. Деревянные элементы, состоящие из отдельных досок с зазорами между ними, быстрее нагреваются до температуры возгорания, чем монолитные, в результате взаимного обогрева. На рис. II.1 показана огнестойкость различных деревянных эле­ментов. Наиболее огнестойкими являются клееные (а) или массивные элементы из цельной древесины (б). В бревне, распиленном на доски (в), образуются очаги горения из-за взаимного обогрева и сохранения теплоты между горящими поверхностями досок. Еще значитель­нее происходит обогрев при горении пучка лучин или стружек (г). Воздушная взвесь древесной пыли (д) яв­ляется взрывоопасной.

§ 1.2. Огнестойкость деревянных конструкций

В пожарном отношении деревянные строительные конструкции часто неправомерно рассматриваются бо­лее опасными, чем металлические или железобетонные. Во время пожара незащищенные металлические или железобетонные конструкции быстро теряют прочность и внезапно ломаются, в то время как деревянные массив­ные конструкции очень медленно теряют свою несущую способность. На рис. II.2 показаны температурная кри­вая (1) и изменение прочности деревянного (2) и стального (3) элементов одинаковой несущей способности в условиях пожара.

Под действием температуры деревян­ный элемент (кривая 1) главным образом благодаря своей низкой теплопроводности значительно медленнее теряет прочность, чем металлический элемент (кривая 2). В течении 20 мин, когда температура пожара достиг­нет 800 °С, деревянный элемент размером 50х 0 мм сохраняет 40 % своей начальной прочности, в то время как металлический элемент всего лишь 10 %. Чем боль­ше размеры деревянного элемента, тем выше его огне­стойкость.

Таким образом, следует выделять различные степени огнестойкости зданий и сооружений, которые определя­ются пределами огнестойкости основных строительных конструкций и пределами распространения огня по этим конструкциям.

Огнестойкостью называется способность строитель­ных элементов и конструкций сохранять несущую спо­собность, а также сопротивляться образованию сквозных отверстий, прогреву до критических температур и рас­пространению огня. Предел огнестойкости определяется временем (в часах или минутах) от начала огневого стандартного испытания образцов до возникновения одного из предельных состояний элементов и конструкций. Предельное состояние конструкций характеризует­ся несущей способностью, теплоизолирующей способно­стью (по повышению температуры на необогреваемой поверхности) и плотностью.

Установленные в результате огневых испытаний в специальных лабораторных печах с соблюдением стан­дартного нарастания температуры пределы огнестойко­сти деревянных конструкций приведены в табл. II.1 для зданий II степени огнестойкости.

При огневых испытаниях температурное воздействие характеризуется зависимостью

Т-Т₀ = 345log₁₀ (8t+1), °С,

где t - время от начала испытания, мин; Т - температура в печи за время t; Т₀ - температура до теплового воздействия

Таблица II.1. пределы огнестойкости деревянных конструкций

Основные деревянные конструкции	Предел огнестойкости , ч
Плиты, настилы, прогоны Балки, фермы, рамы, арки Колонны Наружные стены из навесных панелей	0,5 0,75 0,5

Согласно СТ СЭВ 1000—78 предел огнестойкости де­ревянных конструкций прямоугольного сечения можно определить расчетом по прочности и устойчивости. Уста­новлено, что в условиях пожара древесина сгорает с по­стоянной скоростью, которая зависит от размеров и фор­мы сечения и колеблется в пределах 0,7—1,8 мм/мин. Обуглившийся наружный слой, имея очень низкий коэф­фициент теплопроводности (в 4 раза меньше, чем у дре­весины), препятствует проникновению тепла и кислорода в зону горения и тем самым защищает центральную часть элемента от возгорания. Толщину слоя, который может сгореть за определенное время, рассчитывают по формуле

Z=υ₀ τ_{n ,}

где υ₀-скорость обугливания, мм/мин; τ_n- время огневого воздействия, мин;

τ_n=П_р- τ₀;

П_р – предел огнестойкости конструкции; τ₀ – время возгорания (для незащищенной древесины равно 3 мин.)

Расчет по прочности и устойчивости положения дере­вянных конструкций при заданной огнестойкости произ­водится на действие нормативных нагрузок с учетом сечения, которое осталось после поверхностного сгора­ния. При этом к расчетным характеристикам древесины вводятся понижающие коэффициенты, которые зависят от вида напряженного состояния.

Строительные материалы по возгораемости подраз­деляются на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Группы возгораемости материалов устанав­ливают при стандартных испытаниях. Сущность таких испытаний состоит в определении признаков возгораемо­сти образцов материала диаметром 45 мм, высотой 50мм, объемом 80 см³ при действии температуры 800— 850 °С в течение 20 мин.

За предел распространения огня принимается раз­мер поврежденной зоны образца в плоскости конструкции от границы зоны нагрева перпендикулярно к ней до наиболее удаленной точки повреждения (обугливание или выгорание) для вертикальных конструкций — вверх, для горизонтальных — в каждую сторону. По этим испы­таниям незащищенная древесина относится к группе сгораемых материалов, поэтому необходимо применять меры защиты древесины, переводящие ее в группу трудносгораемых материалов, а также соблюдать конструк­ционные мероприятия, повышающие предел огнестойко­сти деревянных конструкций.

§ 1.3. Конструкционные и химические меры защиты деревянных конструкций от пожарной опасности

При использовании деревянных конструкций следует соблюдать мероприятия по их защите от возгорания. С этой целью не рекомендуется применять конструкции из неклееной древесины в условиях длительного нагрева, если температура окружающего воздуха превышает 50 °С и для конструкций из клееной древесины 35 °С.

Деревянные конструкции должны быть разделены на части противопожарными преградами из несгораемых материалов. В поперечном направлении здания противо­пожарные диафрагмы устанавливают вдоль несущих конструкций с шагом не более 6 м. Вентилируемые ограждающие конструкции покрытий также должны расчленяться диафрагмами из несгораемых материалов на отсеки. Деревянные конструкции не должны иметь сообщающихся полостей с тягой воздуха, по которым может распространяться пламя, недоступное для туше­ния.

В противопожарном отношении предпочтительнее де­ревянные конструкции массивного прямоугольного сече­ния с закруглениями, имеющие большие пределы огне­стойкости, чем дощатые или клеефанерные. Опасны в пожарном отношении металлические на­кладки, болты и другие детали соединительных и опор­ных узлов деревянных элементов, так как они, являясь проводниками тепла, снижают предел огнестойкости де­ревянных конструкций, поэтому металлические узлы и соединения необходимо тщательно защищать огнезащит­ными покрытиями.

К химическим мерам защиты деревянных конструк­ций от возгорания относится применение пропитки огне защитными составами или нанесение огнезащитных красок. Защитные средства, предохраняющие древесину от возгорания, называются антипиренами. Огнезащит­ные средства представляют собой вещества, способные при нагревании разлагаться с выделением большого ко­личества негорючих газов, либо увеличиваясь в объеме, создавать защитный слой, препятствующий возгоранию древесины и распространению по ней огня. Как прави­ло, огнезащитные составы включают в себя смесь не­скольких веществ и наносятся в виде водных растворов. Способы нанесения антипиренов приведены в разд. X, гл. 5.

К противопожарной защите древесины химическими средствами следует относиться дифференцированно, все зависит от условий эксплуатации конструкции, огнестой­кости зданий и сооружений, размеров деревянных эле­ментов и степени защищенности (глубины пропитки). Для клееных конструкций рекомендуется применять вспучивающиеся составы и антипирены, наносимые на поверхность конструкций, для конструкций из цельной древесины можно использовать пропиточные составы, а для защиты деревянных элементов каркаса ограждающих конструкций требуется глубокая пропитка антипиренами под давлением.

Таблица II.2. Защитные средства, предохраняющие древесину от возгорания

Наименование	Нормативный документ	Состав	Содержа-ние по массе, %	Примечания
Огнезащитные покрытия
Фосфатное огнезащитное покрытие ОФП-9	ГОСТ 23790-79	Полиметафосфат натрия Гидроокись алюминия Каолин или глина Зола уноса ТЭС Железный сурик или окись цинка Мочевина или тиомочевина Растворитель- вода		Расход 0,5-0,7 кг/м2 Цвет- серый; На прочность древесины не влияет; Не вызывает коррозии металлов
Вспучивающее покрытие ВПД	ГОСТ 25130-82	Меламиномочевиноформальдегидная смола ММФ-50 5%-ный водный раствор натриевой соли карбоксил-целлюлозы Мелем Дициандиамид Амос марки А Растворитель- вода	31,9     15,9   18,4 6,3 27,5	Расход 0,7 кг/м2 Цвет- серый или белый
Пропиточные составы
МС 1:1	Инструкция ВСН 74-79	Диаммоний фосфат Сульфат аммония Фтористый натрий Растворитель- вода	7,5 7,5	Расход 66 кг/м3 Цвет древесины не меняет; снижает прочность древесины при сжатии вдоль волокон и при изгибе на10%; Вызывает слабую коррозию металлов
ББ-11	ГОСТ 23787.6-79	Бура техническая Кислота борная Растворитель- вода		Расход 50 кг/м3 Не окрашивает древесину; Не вызывает коррозии металлов
МБ-1	ТУ-66 Латвийской ССР	Купорос медный Бура техническая Аммоний углекислый Кислота борная Растворитель- вода	2,7 3,6 5,3 3,4	Расход 60 кг/м3 Окрашивает древесину в светло-зеленый цвет
ТХЭФ	----	Трихлорэтилфосфат ТУ 6-05-1611-78 Четыреххлористый углерод ГОСТ 4.75		Расход 60 кг/м3 Цвет древесины не меняет; Не снижает прочность древесины; Не вызывает коррозии металлов

Указанные в табл. II.2 антипирены ОФП-9, ВПД, МС 1:1, ТХЭФ повышают предел огнестойкости конструк­ций сечением менее 120X120 мм на 5 мин и уменьшают пределы распространения огня по деревянным конст­рукциям (по вертикали менее 40 см, по горизонтали ме­нее 25 см) и переводят древесину в группу трудносгора­емых материалов.