Лекция №16 возгораемость строительных материалов и огнестойкость строительных конструкций

Возгораемость (горючесть) строительных материалов — их свойство, определяющее способность к горению. При этом по возгораемости материалы подразделяют на три группы: несгораемые (негорючие), трудносгораемые (трудногорючие) и сгораемые (горючие).

Возгораемость строительных материалов оценивают экспериментально с помощью огневых установок, выполненных в виде печей специальных конструкций. В основу определения группы возгораемости положено выявление показателей возгораемости при локальном воздействии теплового источника: потеря массы, самостоятельное горение в течение определенного времени, измерение температуры в огневой установке и в опытном образце,

повреждение поверхности образца огнем.

Огнестойкость строительных конструкций — их свойство сохранять несущую и ограждающую способность в условиях пожара.

Критерием огнестойкости строительных конструкций является предел их огнестойкости, под которым понимают время в часах и минутах от начала огневого испытания конструкции до возникновения одного из трех предельных состояний по огнестойкости:

по плотности — до образования в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через которые проникают продукты горения и пламя;

по теплоизолирующей способности — до повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 160°С или в любой точке этой поверхности более чем на 190°С в сравнении с температурой конструкции до испытания, или более 220°С независимо от температуры конструкции до испытания;

по потере несущей способности — до обрушения или прогиб в зависимости от типа конструкции.

Огнестойкость конструкций экспериментально определяют следующим образом: строительную конструкцию подвергают в специальной печи воздействию факторов, сопутствующих пожару, фиксируя при этом время до наступления одного из названных выше признаков.

Важной характеристикой является предел распространения огня по строительным конструкциям. Метод заключается в определении размера повреждения конструкции в сантиметрах вследствие ее горения при испытании в специальной печи в течение 15 мин. Предел распространения огня принимают равным нулю без испытаний для конструкций полностью выполненных из несгораемых материалов.

Степень воздействия высоких температур на строительные конструкции и материалы неоднозначна и зависит от ряда факторов:

· вида материала,

· технологии изготовления конструкций,

· условий их работы.

Поведение бетонов при пожаре зависит прежде всего от свойств вяжущего и заполнителя. Образующиеся при твердении бетона гидросиликаты и другие составляющие цементного камня под действием высоких температур дегидратируются, теряют свои свойства и разрушаются.

Кварц, представляющий собой основной минерал мелкого и крупного заполнителя бетона, при температуре около 573°С претерпевает модификационное превращение, сопровождающееся увеличением объема и, как следствие, появлением трещин в бетоне.

Бетон при пожаре разрушается также и из-за неравнозначности термического расширения цементного камня и заполнителя, что вначале приводит к образованию микротрещин в области контакта заполнителя с цементным камнем, а затем к разрыву последнего на отдельные части.

Суммирование перечисленных факторов приводит к тому, что уже при температуре около 600°С бетон теряет до 40% своей первоначальной прочности, а температура 650—750°С является для него критической.

Стальная арматура железобетонных конструкций начинает снижать свою прочность уже при температуре около 100°С, а при 400—550°С теряет ее наполовину.

Однако вследствие невысокой теплопроводности бетона, конструкции выполненные из него могут определенное время успешно противостоять действию температур, развиваемых при пожаре, в силу чего бетонные и железобетонные конструкции широко применяются в зданиях и сооружениях с пожароопасными производствами.

Стальные конструкции характеризуются высокой несущей способностью, индустриальностью, однако, из-за высокой теплопроводности стали быстро прогреваются при пожаре до критических температур (около 600°С) и разрушаются.

Алюминиевые конструкции обладают рядом достоинств: высокой удельной прочностью, стойкостью против коррозии, высокой технологичностью при обработке, отсутствием искрообразования при ударах и т. д. Однако алюминиевые конструкции значительно уступают стальным в части сохранения прочности при пожаре, их критическая температура находится в пределах 250°С.

Глиняный кирпич получают из легкоплавких глин обжигом сырца при температуре около 900°С. Именно в результате этого он обладает хорошей огнестойкостью и, вследствие невысокой теплопроводности, при пожаре разогревается медленно. Разрушение кирпича происходит в основном только по поверхности вплоть до наступления критической температуры 900—1000 °С.

Поведение силикатного кирпича при пожаре также обусловлено в основном технологией его изготовления. Исходными компонентами при его производстве служат песок и известь. Их смешивают в требуемой пропорции, формуют и пропаривают в автоклаве, после чего выдерживают на воздухе. В результате термовлажностной обработки в кирпиче образуются низкоосновные гидроксиликаты кальция, а при вылеживании на воздухе под воздействием атмосферного диоксида углерода — углекислый кальций. Названные соединения разлагаются в основном при температуре выше 550°С, поэтому критическая температура для силикатного кирпича лежит в интервале 700—900 °С.

Конструкции и изделия из пластмасс находят все более широкое применение в строительстве. Исходными компонентами пластмасс являются искусственные и природные смолы, наполнители и пластификаторы. С точки зрения теплостойкости различают смолы термореактивные и термопластические. Максимальная температура деструкции термореактивной смолы 300°С, а термопластические смолы размягчаются при температуре ниже 100°С. Несмотря на разнообразие пластмасс, они имеют невысокую теплоустойчивость (до 300°С); сгораемы, продукты разложения и горения полимеров обладают токсическими свойствами.

Процесс разложения древесины при нагревании обычно начинается со 130°С и сопровождается выделением тепла, поэтому при определенных условиях процесс самонагревания может закончиться самовоспламенением. Температура самовоспламенения древесины обычно лежит в пределах 330—350°С.

Огнестойкость строительных конструкций можно повысить. У железобетонных конструкций это достигается увеличением их сечения, толщины защитного слоя и применением облицовок снизким коэффициентом теплопроводности.

Огнезащиту металлических конструкций выполняют обетонированием, оштукатуриванием и облицовкой с использованием бетона, цементно-известковой и теплоизоляционной штукатурки с заполнителем из перлитового песка, вермикулита и гранулированной ваты; керамических камней и кирпичей. Интерес представляют вспучивающиеся покрытия, содержащие термически устойчивые заполнители и газообразующие вещества в смеси с вяжущим в виде водного раствора. При нагревании покрытие выделяет газ, который вспучивает всю композицию, образуя пористый защитный слой толщиной до 50 мм при его начальной толщине 3—5 мм. Слой существенно задерживает прогрев металлоконструкций до критических температур.

Пластмассовые конструкции защищают обшивкой асбестоцементными, алюминиевыми и стальными листами, сухой штукатуркой и гипсоволокнистыми плитами.

Деревянные конструкции защищают от возгорания пропиткой антипиренами, применением огнезащитных покрытий, облицовкой и оштукатуриванием. Огнезащитный эффект антипиренов является следствием их химического взаимодействия с целлюлозой, в результате которого резко снижается количество теплоты, выделяемой в основной пламенной фазе горения. Для пропитки применяют дву- или однозамещенный фосфорнокислый аммоний, сернокислый аммоний, буру. Для придания антисептических свойств в огнезащитные растворы добавляют фтористый натрий.