Под огнестойкостью деревянной конструкции понимается временной промежуток, по истечении которого в условиях распространения пожара она сохраняет свою целостность (несущую способность и конструктивную устойчивость).
Предел огнестойкости деревянных конструкций в среднем составляет от 30-ти до 45-ти минут, что несколько превышает те же показатели для металлических сооружений. Однако в сравнении с аналогичным параметром для железобетонных сооружений по своей защищённости они значительно уступают последним.
Основные этапы горения древесины
Горение материала древесины может быть представлено в виде двух последовательных стадий. На первом этапе происходит сгорание продуктов разложения в газообразной форме, которое сопровождается образованием яркого пламени.
Вторая стадия этого процесса представляет собой беспламенное догорание образовавшегося на начальном этапе угля.
Определяющее влияние на огнестойкость деревянной конструкции (частного дома, например) оказывает первая из этих стадий, в течение которой создаются оптимальные условия для поддержания распространения горения.
Несмотря на ограниченность по времени этот процесс сопровождается выделением значительного количества тепла.
Какое-то время оба этих процесса протекают практически одновременно, после чего выделение газов прекращается, а гореть продолжает один только уголь. При этом скорость, с которой выгорает основная масса древесного материала здания, определяется следующими факторами:
- объемный вес всей конструкции;
- влажность исходного строительного материала;
- температура окружающей среды;
- соотношение свободных пространств к объёмам, занимаемым древесиной.
Более плотный по своей структуре древесный материал (дуб, например) сгорает медленнее, чем та же осина, что объясняется различием в их теплопроводности.
При воспламенении древесины с повышенным показателем влажности определённое количество тепла расходуется на испарение влаги. В результате этого на разложение материала тратится меньше тепловой энергии. Естественно, что сухая древесина с учётом всего изложенного сгорает намного быстрее.
Температура горения и способствующие факторы
Температура, достигаемая на первой стадии самовозгорания, заметно превышает тот же показатель для беспламенного периода сгорания продуктов разложения. На начальной стадии тонкий слой угля образуется лишь на поверхности древесины, и он сначала не горит, несмотря на то, что находится в раскалённом состоянии.
Дело в том, что на этом этапе практически весь кислород расходуется на поддержание пламени и имеет ограниченный доступ к другим продуктам сгорания. Уголь начинает разлагаться только с того момента, когда полностью завершается этап пламенного горения.
Температура возгорания древесного материала, обеспечивающая поддержание устойчивого горения, для большинства сортов составляет 250-300 градусов.
Эффективному развитию горения в деревянных конструкциях способствует близкое расположение отдельных элементов, как правило, монтируемых параллельно и с небольшим зазором.
Наглядным примером такого расположения являются стропила и обрешётка кровель. Вследствие этого неизбежен их взаимный разогрев с одновременным усилением воздушной тяги в продольных направлениях.
Всё перечисленное заставляет строителей предпринимать специальные меры защиты древесных сооружений от воздействия открытых очагов огня.
Поведение конструкций во время пожара
Особенность разрушения деревянных конструкций состоит в том, что при непосредственном контакте с открытым огнём, они разрушаются (обугливаются) со средней скоростью один миллиметр в минуту.
Пожарная опасность древесины определяется закономерностями ее термического разложения под действием внешних тепловых потоков, которое начинается при температуре 110˚С. Дальнейший нагрев сопровождается удалением из древесины свободной и связанной влаги. Этот процесс завершается при температуре 180˚С, после чего начинается разложение наименее термостойких компонентов с выделением СО2 и Н2О. При температуре
250˚С происходит пиролиз древесины с выделением газообразных продуктов: СО, СН2, Н2, СО2, Н2О. Выделяющаяся газовая смесь является горючей и способна воспламеняться от источника зажигания. При более высоких температурах процесс термического разложения древесины ускоряется. Основная масса горючих газов, содержащая до 25% водорода и до 40% горючих углеводородов, выделяется в температурном интервале от 350 до 450˚С.
Одним из важных факторов, определяющих пожарную опасность древесины, является ее способность к воспламенению и распространению горения при нагревании на воздухе.
Горения древесина происходит в виде пламенного горения и тления. В условиях пожара основное количество тепла выделяется в период пламенного горения (до 60%) и
40% — в период тления.
Показатели пожарной опасности некоторых видов древесины приведены в таблице 4.
Таблица 4 — Показатели пожарной опасности различных видов древесины
Температурные показатели пожарной опасности древесины – температуры воспламенения и самовоспламенения – определяются закономерностями ее термического разложения. Значения этих показателей для разных пород древесины, как видно из таблицы 2, находятся в достаточно узком температурном интервале.
Сухая древесина всех пород является легковоспламеняемым (В3) сильногорючим (Г4) материалом с высокой дымообразующей способностью (Д3). По токсичности продуктов горения древесина относятся к группе высокоопасных материалов (Т3). Линейная скорость распространения пламени по поверхности составляет 1-10 мм/с. Эта скорость существенно зависит от ряда факторов: породы древесины, ее влажности, величины падающего теплового потока, ориентации горящей поверхности. Скорость тления также не является постоянной величиной – для различных пород древесины она колеблется в пределах 0,6 – 1,0 мм/мин.
В строительстве широко используется отделочные материалы на основе древесины: древесно-стружечные плиты, древесно-волокнистые плиты, деревянные панели, рейки, фанера. Все эти материалы являются горючими. Модифицированные панели, рейки, фанера. Все эти материалы являются горючими. Модификация древесины полимерами, как правило, повышает ее пожарную опасность.
В таблице 5 приведены характеристики горючести некоторых строительных материалов на основе древесины.
Таблица 5 — Горючесть древесных материалов
Распространения пламени по поверхности древесины
Экспериментальные исследования распространения пламени по поверхности древесных материалов с применением разных методов испытания показали, что не только условия внешнего теплового воздействия, но и разновидность древесины сказывается на характеристиках распространения пламени.
Влияние разновидности древесины в некоторой степени прослеживается при рассмотрении значений так называемого индекса распространения пламени (ИРП).
ИРП согласно ГОСТ 12.1.044-89 является комплексным показателем, поскольку при его расчете, помимо скорости распространения пламени на отдельных участках поверхности образца и предельного расстояния распространения, использует также данные о максимальной температуре отходящих дымовых газов и времени ее достижения. Материалы с ИРП≤20 относят к медленно распространяющим пламя, с ИРП˃20 – к быстро распространяющим пламя. Все разновидности древесины относятся к последней группе материалов. Их индекс превышает 55.
В таблице 4 представлены значения ИРП необработанных образцов древесины толщиной 19-25 мм.
Хотя большинство видов древесины относится к 3, наиболее опасному, классу по способности распространять пламя по поверхности потолочных конструкций при пожаре, некоторые образцы хвойных пород, как следует из таблицы 6, имеют более низкие значения ИРП и относятся ко 2 классу.
Таблица 6 — Значение ИРП и класс по способности распространять пламя
В данной статье поговорим о пожарной опасности древесины, огнезащите деревянных конструкций, как проводится обработка огнезащитным составом и как осуществляется проверка огнезащитной обработки деревянных конструкций.
Древесина как строительный материал обладает рядом преимуществ: относительная прочность, стойкость к воздействию агрессивных сред, небольшая плотность и низкая теплопроводность, простота в механической обработке. Вместе с этим, древесина обладает одним существенным недостатком — пожарной опасностью.
Пожарная опасность древесины
Пожарная опасность древесины связана с ее легкой воспламеняемостью и повышенной горючестью. Поэтому огнезащита деревянных конструкций применяется как раз с целью снижения пожарной опасности конструкций из древесины.
Температура воспламенения древесины (сосна) составляет около 250°С, самовоспламенения – около 350°С. Древесина горит в двух режимах: в пламенном и в режиме тления, т.е. в режиме гомогенного и гетерогенного горения.
Критическая плотность падающих лучистых потоков зависит от того, в каком направлении облучается древесина и от длительности воздействия. При одном и том же времени теплового воздействия критическая плотность теплового потока меньше при поперечном относительно волокон древесины направлении, поскольку теплопроводность древесины вдоль волокон в несколько раз больше, чем поперек волокон. Следует помнить, что в практике мы имеем дело в основном с поперечным тепловым воздействием на деревянные конструкции.
Группа распространения пламени древесины определяется тепловым потоком, при котором еще возможно распространение пламени, это значение составляет около 5 кВт/м2.
Наибольшую дымообразующую способность и токсичность продуктов горения древесина имеет при ее горении в режиме тления.
Древесина и строительные конструкции на ее основе, без огнезащиты имеют следующие показатели пожарной опасности:
— группа горючести Г4, сильногорючие;
— группа воспламеняемости В3, легковоспламеняемые;
— группа распространения пламени РП3 и РП4, умереннораспространяющие и сильнораспространяющие;
— группа дымообразующей способности Д2 (пламенное горение) и Д3 (тление), с умеренной и высокой дымообразующей способностью;
— группа токсичности Т3, высокоопасные.
Таким образом, древесина без огнезащитной обработки обладает практически наиболее опасными параметрами по всем показателям пожарной опасности.
Применение различных приемов огнезащиты позволяют снизить или вовсе исключить тепловое воздействие в течение определенного времени, либо снизить выделение продуктов пиролиза, тем самым уменьшая ее воспламеняемость, дымообразующую способность и токсичность.
Огнезащита деревянных конструкций
Огнезащита деревянных конструкций осуществляется конструктивными методами, поверхностной обработкой и при помощи глубокой пропитки.
Конструктивная огнезащита конструкций из древесины осуществляется при помощи:
— покрытие огнезащитными элементами, в том числе негорючей облицовкой;
— увеличение сечения деревянных конструкций.
Оштукатуривание древесины осуществляется на заранее подготовленную деревянную поверхность, которую делают шероховатой или покрывают дранкой, для лучшего закрепления штукатурки.
В качестве конструктивных покрытий для деревянных конструкций могут быть использованы асбестоцементные листы, гипсокартон или другие негорючие материалы и трудногорючие материалы.
Чем толще конструкция, тем труднее ее прогреть на требуемую глубину для возникновения устойчивого горения и распространения пламени. Поэтому увеличение сечений деревянных конструкций может быть одним из вариантов огнезащиты и повышения пределов огнестойкости.
Конструктивная огнезащита в виде оштукатуривания деревянных конструкций чаще всего используется в малоэтажной жилой застройке, для домов, построенных из деревянного бруса или бревен. Более распространенным способом конструктивной огнезащиты древесины является обшивка стен и потолка одним или несколькими слоями гипсокартона. Это могут быть и пустотные конструкции с негорючим заполнением (минераловатные плиты, например). Вместе с тем, обшивка деревянных стен гипсокартоном в ряде случаев носит всего лишь декоративный характер.
В настоящее время наибольшее распространение среди средств огнезащиты древесины получили различные огнезащитные составы, которые можно условно разделить на три типа:
— огнезащитные лаки, образующие прозрачную пленку на поверхности древесины;
— огнезащитные краски, образующие непрозрачный слой;
— огнезащитные составы, которые наносятся на поверхность древесины или вводятся в древесину методом глубокой пропитки.
Огнезащитная обработка деревянных конструкций
Огнезащитная обработка деревянных конструкций с помощью составов осуществляется следующим образом. Вначале концентрат смешивают с водой в требуемых пропорциях в соответствии с инструкцией по применению. Затем полученный раствор наносится на деревянные конструкции с помощью кисти или распылением. При распылении перерасход, вызванный потерями огнезащитного состава, больше, чем при покраске кистью.
Огнезащитная обработка деревянных конструкций с помощью лаков и красок осуществляется с помощью кистей. При этом поверхность деревянных конструкций предварительно очищают от грязи, пыли и других материалов, очищают их с помощью различных растворителей.
Глубокая пропитка древесина производится в автоклаве раствором антипиренов. Затем в автоклаве создают вакуум и подают в него пропиточный состав. Вместе с деревянными конструкциями, механическая обработка которых уже после обработки не допустима, в автоклав загружаются образцы, для последующего определения группы огнезащитной эффективности по ГОСТ Р 53292-2009.
Конструктивную огнезащиту следует проводить по проекту с учетом имеющихся технических условий на соответствующие конструкции. Следует помнить, что металлический крепеж и узлы соединения деревянных конструкций должны иметь предел огнестойкости не ниже деревянной конструкции.
Огнезащитная обработка является лицензируемым видом деятельности.
Проверка огнезащитной обработки деревянных конструкций
В соответствии с последней редакцией Правил противопожарного режима в РФ проверка состояния огнезащитной обработки (пропитки) при отсутствии в инструкции сроков периодичности проводится не реже 1 раза в год (см. Постановление Правительства РФ от 17 февраля 2014 года №113).
По старым требованиям проверка качества огнезащитной обработки должна была проводиться минимум 2 раза в год, теперь 1 раз в год.
Следует обратить внимание еще на один немаловажный момент в пункте 21 ППР РФ, а именно:
— руководитель организации осуществляет проверку состояния огнезащитной обработки (пропитки) в соответствии с инструкцией завода-изготовителя с составлением протокола проверки состояния огнезащитной обработки (пропитки).
Другими словами, если в паспорте на огнезащитный состав имеется инструкция о том, как следует проводить огнезащитную обработку деревянных конструкций, то следует проверять по инструкции. Протокол (акт) проверки качества огнезащитной обработки выполняется в таком случае в произвольной форме, поскольку не требуется применение инструментальных средств.
Вот один из примеров записи в паспорте на огнезащитный состав:
— в процессе эксплуатации обработанных биопиреном конструкций должен производиться контроль качества огнезащитной обработки;
— контроль качества огнезащитной обработки осуществляется 1 раз в 3 года в течение срока службы биопирена;
— в ходе контроля качества огнезащитной обработки визуально оценивается внешний вид и условия эксплуатации;
— при обнаружении отклонений по внешнему виду и условиям эксплуатации от требований технической документации следует оценить качество огнезащитной обработки конструкций с помощью прибора ПМП-1 по методике ГОСТ Р 53292-2009;
— результаты контроля качества следует фиксировать в акте проверки качества огнезащитной обработки.
Как показывает практика, в ряде случаев собственники (руководители) организаций упускают этот момент из виду и осуществляют проверку качества огнезащитной обработки ежегодно. Дело в том, что очень важен контроль за соблюдением условий обработки огнезащитными составами, лаками и красками на этапе выполнения работ, чтобы огнезащитная обработка была выполнена качественно.
Если в технической документации на огнезащитный состав периодичность проверки не указана и нет методики проверки, то в соответствии с пунктом 21 ППР следует проверять минимум 1 раз в год по ГОСТ Р 53292-2009.
Суть проверки качества огнезащитной обработки, проведенной с применением огнезащитных составов, заключается в отборе образцов с деревянных конструкций. Образцы для испытаний отбираются определенных размеров, либо доводятся до них в лабораторных условиях. Затем образцы высушиваются и подвергаются воздействию открытым огнем на приборе малогабаритном переносном ПМП-1. По результатам испытаний делается вывод о качестве огнезащитной обработки.
Огнезащитная обработка может быть проверена в рамках мероприятий по надзору (контролю), если акты проверки огнезащиты отсутствуют или их достоверность вызывает сомнения. При этом для проверки могут привлекаться независимые учреждения, имеющие соответствующую аккредитацию.
Качество огнезащитной обработки с помощью лаков и красок осуществляется визуально. Поэтому руководителям организаций (заказчикам) следует быть внимательными при производстве работ исполнителями по огнезащитной обработке деревянных конструкций при помощи лаков и красок. Дело в том, что внешне огнезащитные лаки и краски могут не отличаться от обычных лакокрасочных материалов, но отличие по цене может быть существенным. Выводы напрашиваются сами собой, к сожалению, прецеденты имеются.
Советую также к прочтению руководство ВНИИПО «Способы и средства огнезащиты древесины», в нем многие моменты разъяснены.
Теперь что касается оценки качества конструктивной огнезащиты деревянных конструкций.
Следует отметить, что в настоящее время какие-либо методики по оценке конструктивной огнезащиты деревянных конструкций отсутствуют. Поскольку конструктивная огнезащита в основном используется для повышения пределов огнестойкости деревянных строительных конструкций, то на практике пределы огнестойкости могут быть определены по справочным данным из различных пособий. Одним из них является «Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов (к СНиП II-2-80)».
Однако, при использовании данного пособия следует помнить, что пределы огнестойкости в зависимости от толщины конструктивной огнезащиты указаны без связи с нагрузкой на деревянные конструкции, что существенно снижает область применения данного справочного источника.
К тому же, нет утвержденных технических условий и методов, по которым осуществляется конструктивная огнезащита деревянных конструкций, целиком состоящих из древесины. Для конструкций, каркас которых выполнен из древесины, с негорючим заполнением, подобные решения в ограниченном количестве имеются.
Другими словами, не существует пока практического способа, каким образом выполнять конструктивную огнезащиту деревянных конструкций, чтобы обеспечить тот или иной предел огнестойкости. Ведь помимо огнезащитного покрытия на предел огнестойкости влияют и узлы крепления конструктивной огнезащиты.
Проверка качества огнезащитной обработки является не лицензируемым видом деятельности, но вместе с этим учреждения могут получить на этот вид деятельности аккредитацию в добровольном порядке.
