Огнезащита строительных конструкций
Огнезащита предназначена для повышения фактического предела огнестойкости конструкций до требуемых значений и для ограничения предела распространения огня по ним, при этом обращается внимание на снижение так называемых побочных эффектов (дымообразования, выделения газообразных токсичных веществ). Эту задачу выполняют путем использования теплозащитных и теплопоглощающих «экранов», специальных конструктивных решений, технологических приемов и операций, а также применением составов пониженной горючести, которые носят общее название — огнезащитные материалы.
Огнезащитное действие экранов основывается либо на их высокой сопротивляемости тепловым воздействиям при пожаре, сохранении в течение заданного времени теплофизических характеристик при высоких температурах, либо на их способности претерпевать структурные изменения при тепловых воздействиях с образованием коксоподобных пористых структур, для которых характерна высокая изолирующая способность.
Расположение огнезащитных экранов может осуществляться либо непосредственно на поверхности защищаемых конструктивных элементов, либо на откосе с помощью специальных мембран-коробов, каркасов, закладных деталей.
Огнезащита предусматривает применение конструктивных методов, использование теплозащитных экранов из облегченных составов, наносимых на поверхность конструкций высокопроизводительными индустриальными методами, разработку материалов, обладающих свойствами пониженной пожарной опасности (трудновозгораемостью).
Конструктивные методы огнезащиты включают обетонирование, обкладку кирпичом, оштукатуривание поверхности элементов конструкций, использование крупноразмерных листовых и плитных огнезащитных облицовок, применение огнезащитных конструктивных элементов (например, огнезащитных подвесных потолков), заполнение внутренних полостей конструкций, подбор необходимых сечений элементов, обеспечивающих требуемые значения пределов огнестойкости конструкций, разработку конструктивных решений узлов примыканий, сопряжении и соединений конструкций и др. При увеличении сечений элементов используют те же марки бетона, кирпича и других материалов, что и при изготовлении защищаемой конструкции. Между помещениями, а также при входе и выходе из зданий необходимо устанавливать противопожарные двери, иначе комплекс огнезащитных мер можно будет считать не полным.
Огнезащитные краски, лаки, эмали задерживают воспламенение материалов, уменьшают распространение пламени по поверхности материалов. Они выполняют следующие функции: являются защитным слоем на поверхности материалов, поглощают тепло в результате разложения, выделяют ингибиторные газы, высвобождают воду, ускоряют образование коксового слоя на поверхности материала.
Огнезащитные краски подразделяются на две группы — невспучивающиеся и вспучивающиеся:
-
Невспучивающиеся краски при нагревании не увеличивают толщину своего слоя.
-
Вспучивающиеся краски при нагревании увеличивают толщину слоя в 10-40 раз.
Как правило, вспучивающиеся краски более эффективны, так как при тепловых воздействиях происходит образование вспененного слоя, представляющего собой закоксовавшийся расплав негорючих веществ (минеральный остаток). Образование этого слоя происходит за счет выделяющихся при нагревании газо- и парообразных веществ. Коксовый слой обладает высокими теплоизоляционными качествами.
Создание материалов пониженной горючести достигается путем поверхностной и глубокой пропитки материалов специальными составами, введения антипиренов в состав исходных композиций, использования различных минеральных наполнителей, а также путем использования разнообразных технологических приемов.
Применительно к конструктивным элементам из фанеры и древесных пластиков могут использоваться следующие методы огнезащиты: пропитка листов шпона перед склеиванием; пропитка готовых клееных изделий антипиренами различными способами; пропитка листов шпона феноло-, креозолоформальдегидными способами (бакелизированная фанера); окраска фанеры специальными огнезащитными красками; облицовка фанеры материалами на основе асбеста, металла и др.; создание покрытий на основе термореактивных смол с использованием различных огнезащитных наполнителей в процессе горячего прессования при производстве фанеры.
В последнее десятилетие достигнут существенный прогресс в разработке составов для конструкций, которые позволяют повышать до требуемых значений огнестойкость металлических конструкций, ограничить распространение огня по несущим деревянным конструкциям, а также решать различные вопросы пожарной безопасности легких панелей с эффективными утеплителями.
При разработке огнезащиты металлических конструкций наметилась тенденция к использованию облегченных материалов и легких заполнителей, вспученного перлита и вермикулита, минерального волокна. Высокоэффективны вспучивающиеся краски. При нагревании до 170 °С краска вспучивается и образует на поверхности металла термоизолирующий пористый слой.
Среди огнезащитных материалов для металла и бетона распространение получили также штучные теплоизоляционные плиты. При применении огнезащитных пропиточных составов, антипиренов, вспучивающихся красок, лаков и эмалей может ставиться задача некоторого снижения распространения пламени по поверхности деревянных конструкций, либо перевода древесины в группу трудносгораемых материалов, что дает возможность резко ограничить распространение огня по ним до нормируемых пределов.
Огнезащита стальных конструкций
Металлы обладают высокой чувствительностью к высоким температурам и к действию огня. Они быстро нагреваются и снижают прочностные свойства.
Фактический предел огнестойкости стальных конструкций в зависимости от толщины элементов сечения и действующих напряжений составляет от 0,1 до 0,4 ч, в то время как минимальные значения требуемых пределов огнестойкости основных строительных конструкций, в том числе металлических, составляют от 0,25 и до 2,5 ч в зависимости от степени огнестойкости зданий и типа конструкций.
Задача огнезащиты стальных конструкций заключается в создании на поверхности элементов конструкций теплоизолирующих заслонов, выдерживающих высокие температуры и непосредственное действие огня. Наличие таких заслонов позволяет замедлить прогревание металла и сохранять конструкции свои функции при пожаре в течение заданного периода времени.
В настоящее время самое широкое применение находят современные материалы для огнезащиты металла.
Огнезащита металлических конструкций осуществляется как традиционными методами (обетонирования, оштукатуривания цементно-песчанными растворами, использования кирпичной кладки), так и новыми современными методами. Инновационные методы основанны на механизированном нанесении облегченных материалов и легких заполнителей — асбеста, вспученного перлита и вермикулита, минерального волокна, обладающих высокими теплоизоляционными свойствами или основанных на использовании плитных и листовых теплоизоляционных материалов (гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, асбестоцементных и перлитофосфогелевых плит и др.).
Современные методы огнезащиты стальных конструкций включают использование: теплоизоляционных штукатурок, состоящих из цемента или гипса, перлитового песка или вермикулита, жидкого стекла; огнезащитных покрытий из асбеста или гранулированного минерального волокна, жидкого стекла, цемента и др.; вспучивающихся красок, представляющих сложные системы органических и неорганических компонентов. Огнезащитное действие этих красок основано на вспучивании нанесенного состава при температурах 170-200 оС и образовании пористого теплоизолирующего слоя, толщина которого составляет несколько сантиметров.
В зависимости от толщины слоя штукатурного состава, облегченного покрытия, конструктивных огнезащитных листов и плит обеспечивается предел огнестойкости стальных конструкций от 0,75 до 2,5 ч. Для примера: вспучивающаяся краска «Пирекс-Металл» используется для огнезащиты стальных конструкций в течение 0,75-1 ч. в зависимости от расхода краски. Обеспечение предела огнестойкости стальных конструкций 0,5 ч достигается путем увеличения их массивности за счет развития размера сечений.
Обеспечение огнезащитных свойств
Строительные конструкции зданий и сооружений в обычных условиях эксплуатации могут сохранять необходимые рабочие качества в течение десятков лет. В условиях пожара эти же конструкции достаточно быстро утрачивают свои эксплуатационные свойства, теряют несущую, теплоизолирующую способность и целостность. Воздействие высоких температур во время пожара и прилагаемые на конструкции нагрузки интенсивно развивают температурные деформации и деформации ползучести, что приводит к их быстрому обрушению. Так, к примеру, предел огнестойкости незащищенных несущих металлических конструкций, как правило, не превышает, в среднем, 10–15 минут независимо от толщины конструкции.
Деревянные строительные конструкции при пожаре уменьшаются в своем сечении в результате обугливания, происходит резкая потеря предела прочности, что, в свою очередь, приводит к их обрушению. Конструкции из железобетона являются самыми прочными и долговечными и, несмотря на это, их поведение при пожаре неоднозначно. Предел огнестойкости железобетонных конструкций зависит от многих факторов: режима пожара, типа используемого бетона, заполнителя и арматуры, толщины защитного слоя бетона, влажности бетона, нагруженности.
В условиях развившихся пожаров температура в зоне горения, как правило, превышает 1000 °С. В этих условиях элементы несущих конструкций испытывают значительные термические напряжения, а локальная температура элементов конструкций может превысить критический предел огнестойкости и привести к их разрушению. Необходимость проведения работ по огнезащите строительных конструкций и материалов от опасных факторов пожара очевидна и является требованием строительных норм и правил.
Огнезащита применяется тогда, когда достижение требуемых пределов огнестойкости строительных конструкций либо показателей пожарной опасности строительных материалов технически невозможно либо экономически не выгодно. В настоящее время существуют различные материалы (краски, лаки, штукатурки, маты из негорючих материалов) и способы для огнезащиты строительных конструкций и материалов.
В соответствии с требованиями документа «Пожарная безопасность зданий и сооружений» различные металлические и деревянные строительные конструкции, в т. ч. несущие элементы зданий, междуэтажные перекрытия, должны иметь предел огнестойкости, соответствующий их назначению.
Большинство современных видов огнезащиты сегодня — это:
- простота и технологичность нанесения;
- ремонтопригодность покрытия;
- длительность эксплуатации;
- относительно невысокая стоимость;
- высокая эффективность в работе.
Комплекс мер по повышению огнестойкости строительных конструкций определяется проектом, создаваемым отдельно для каждого сооружения, с учетом его особенностей, назначения и характеристик.