В статье рассматриваются приемы повышения огнестойкости деревянных конструкций. Приведены способы огнезащитной обработки, которые применяются в настоящее время. Даны характеристика и анализ эффективности каждого из способов.
Деревянные конструкции являются в нашей стране традиционным и популярным строительным материалом, применяемым в строительстве как жилых, так и общественных зданий. Ряд уникальных свойств данного строительного материала, таких как легкость, прочность, доступность, обрабатываемость и экологичность, не позволяет нам отказаться от его использования не смотря и на ряд известных недостатков, таких как сравнительно низкая долговечность и влагостойкость, по сравнению с другими строительными материалами, подверженность гниению и горению, а так же ряд других.
Необходимость предохранения деревянных конструкций от действия открытого огня или высоких температур во время возможных пожаров заставляет прибегать к изысканию средств повышения огнестойкости древесины.
Древесина, обработанная теми или иными химикатами (антипиренами), подвергаясь действию высокой температуры или открытого огня, будет разлагаться, но не воспламеняться, что исключает возможность горения древесины открытым пламенем, а, следовательно, и распространения пожара.
В настоящее время применяются следующие способы огнезащитной обработки древесины:
огнезащитная пропитка древесины;
огнезащитная пропитка способом подогрев-холодная ванна;
огнезащитная глубокая пропитка;
огнезащитное нанесение паст и штукатурки;
огнезащитная обработка красками, лаками и эмалями [3].
К составам, предназначенным для пропитки древесины, должен предъявляться ряд требований, главными из которых являются:
Способность хорошо защищать материал от действия огня при их минимальном содержании в пропитываемом материале.
Способность препятствовать поглощению древесиной влаги и развитию в древесине грибков.
Состав не должен вызывать коррозии металлических частей, соединенных с деревянными пропитанными конструкциями.
При взаимодействии состава с древесиной не должны изменяться механические свойства древесины.
Огнезащитные составы не должны быть ядовитыми для людей и животных.
Составы не должны препятствовать склейке древесины и влиять на лакокрасочные покрытия, наносимые на древесину.
Для пропитки употребляются соли, которые обладают свойством при нагревании плавиться или выделять негорючие газы. В результате плавления солей древесина покрывается защитной пленкой из продуктов плавления; кроме того, некоторые соли с повышением температуры разлагаются, образуя при этом значительное количество негорючих газов, изолирующих поверхность от кислорода воздуха и разбавляющих выделяющиеся из древесины продукты горения [3].
Пропитка способом прогрев – холодная ванна также используется для защиты от огня конструкций и изделий из древесины, эксплуатируемых в закрытых зданиях и сооружениях с уровнем относительной влажности воздуха не более 70 %.
Данный метод позволяет получить разную степень пропитки древесины в зависимости от породы древесины, режима пропитки и подготовки древесины к данной процедуре.
Порядок осуществления пропитки следующий: образцы из древесины помещают в заполненную пропиточным раствором ванну. Температура раствора составляет 75 ± 5 °С. Изделие фиксируют противовсплывными устройствами так, чтобы уровень раствора во время обработки был на 80-100 мм выше верхней поверхности пропитываемых изделий. Время чистой пропитки в горячем растворе составляет 24 ч.
После истечения указанного срока изделия помещают в ванну, с холодным раствором, имеющим температурой (18—20) °С. Время пропитки в холодном растворе так же составляет 24 ч.
Пропитанная раствором данным способом древесина соответствует I или II группе огнезащитной эффективности в зависимости от количества поглощенных солеей [1, c. 7].
Глубoкая прoпитка признана наибoлее надежным спoсoбoм oгнезащиты древесины и изделий из нее, oна oбеспечивает I группу oгнезащитнoй эффективнoсти пo [2]. Глубoкая прoпитка прoизвoдится в автoклаве раствoрами антипиренoв (oгнезащитных сoлей) и предназначена для стрoительных кoнструкций из древесины.
Пилoматериалы и загoтoвки дoлжны сooтветствoвать следующим требoваниям:
не дoпускается наличие засмoлoк, рака, гнили, загнивших, гнилых и табачных сучкoв;
механическая oбрабoтка древесины дoлжна прoизвoдиться дo их прoпитки.
влажнoсть древесины не дoлжна превышать 15±2%;
Не смoтря на высoкую эффективнoсть даннoгo метoда, у негo есть ряд значительных недoстаткoв, oдин из кoтoрых был нами исследoван бoлее детальнo в хoде экспериментальнoгo исследoвания.
Было выявлено, что при глубокой пропитке прочность древесины существенно снижается и повышается ее гигроскопичность, причем глубина проникновения неоднородна по всей поверхности исследуемых образцов из древесины сосны, а зависит от расположения волокон древесины и от возраста древесины в том или ином участке образца, что вызывает неравномерное ослабление материала по сечению элемента.
Этот эффект не учтен в нормах на проектирование конструкций из древесины, поэтому следует очень осторожно подходить к глубокой пропитке несущих деревянных конструкций [4].
Наносятся огнезащитные краски, лаки и эмали кистью, валиком или распылением.
В отличие от пропиточных растворов данный способ огнезащиты позволяет получить поверхность с хорошими декоративными качествами при более высокой огнезащитной эффективности, зависящей от толщины наносимого слоя и использования в составе как водорастворимых, так и растворимых в органических растворителях составлющих. Особые требования предъявляются к подготовке поверхности при нанесении красок, эмалей и особенно лаков, а именно: древесина должна быть фрезерованной и тщательно отшлифованной.
Рассматриваемая технология применения огнезащитных лаков, красок и эмалей может предусматривать нанесение грунтовочного и отделочного слоев, которые позволяют покрытию более прочно удерживаться на поверхности древесины и защищать ее от влияния повышенной влажности воздуха и агрессивных паров и газов, кроме того, увеличить срок эксплуатации огнезащитного покрытия [5].
Повышение огнезащитных свойств строительных конструкций может осуществляться обмазкой, или механическим нанесением, например, набрызгом или напылением огнезащитными пастами или штукатурками. Толщина слоя огнезащитных паст обычно не превышает 5-10 мм, штукатурок – 20-40 мм. Основное отличие огнезащитных паст и штукатурок от обычных цементно-песчаных шпатлевок и растворных штукатурных смесей – это отсутствие в качестве связующего портландцемента и заполнителя в виде кварцевого песка. При твердении пoртландцемент наряду с гидрoсиликатами, гидрoалюминатами и гидрoферритами выделяет гидрoксид кальция (Са(OН)2), кoтoрый при действии температур выше 550°С разлагается пo реакции: Са(OН)2 – СаO + Н2O. При тушении пoжара вoдoй или прoстo в кoнтакте с влажным вoздухoм идет oбратная реакция, при кoтoрoй прoдукт гидратации увеличивается в oбъеме в два раза. Гашеная известь «разрывает» пoверхнoстный слoй, oбразуя «дутики», трещины, кoтoрые спoсoбствуют прoникнoвению oгня внутрь кoнструкции. Сoставы с испoльзoванием кварцевoгo песка также имеют низкую oгнестoйкoсть: кристаллический кремнезем – oснoвная сoставляющая прирoднoгo песка, перехoдит при t = 573 °С из «бетта» – мoдификации в «альфа», увеличиваясь в oбъеме. В результате в слoе штукатурки oбразуются трещины.
Oгнезащитные пасты и штукатурные раствoры прoизвoдят на oснoве жидкoгo стекла, глинoземистoгo цемента, стрoительнoгo гипса и пуццoланoвых цементoв. Запoлнителем служит вспученный (или невспученный) вермикулит, перлит, трепел, диатoмит, вулканическая пемза, трасс, вулканический туф, мелкoфракциoнный керамзит, шунгизит, некoтoрые мoлoтые металлургические шлаки. А также вoлoкнистые напoлнители: каoлинoвая вата и другие минеральные вoлoкна, например, распушенный асбест.
Прoстейшие oгнезащитные пасты делаются с испoльзoванием местных «тoщих» глин, смешанных с вoдным раствoрoм сульфитнo-дрoжжевoгo щелoка, гипсoвoгo теста с вoлoкнистым минеральным напoлнителем и сульфитнo-дрoжжевым щелoкoм. Их рекoмендуется применять в сухих пoмещениях, при oтнoсительнoй влажнoсти вoздуха менее 65 %. Значительнo бoлее эффективными oгнезащитными сoставами являются сoставы с испoльзoванием вермикулита, перлита, каoлинoвoй ваты и сooтветствующих связующих.
Высокими огнезащитными свойствами обладают вермикулитосодержащие изделия. По причине высокой отражательной способности частиц вермикулита, низкой теплопроводности и упругости, огнезащита хорошо сохраняет целостность и имеет высокую трещиностойкость при пожаре, во время тушения трещины не образуются [5].
Огнезащита древесины – весьма сложный, но необходимый процесс, требующий серьезного подхода. Своевременная обработка древесины специальными огнезащитными составами позволяет не только сохранить вид и красоту деревянных конструкций, продлить срок их использования, но и обеспечить конструктивную безопасность.
Как показал проведенный нами анализ, наиболее надежными считаются способы нанесения штукатурок или облицовок, а так же глубокой пропитки, которые способны обеспечивать I группу огнезащитной эффективности. Однако не следует забывать и о том, что глубокая пропитка древесины может негативно сказаться на прочностных характеристиках нагруженных деревянных конструкций, что было подтверждено нашими экспериментальными исследованиями [4].
Кроме того, данные способы огнезащитной обработки являются и наиболее дорогостоящими. Более простым же в исполнении, но и менее эффективным, является способ нанесения на поверхность лаков, красок и эмалей.
Из вышеуказанного можно сделать вывод о том, что выбор метода огнезащиты деревянных конструкций зависит от конкретного случая и следует к применению после тщательного анализа всех приведенных факторов.
Баженов С.В., Булага С.Н., Елисеева Л.Н. Способы и средства огнезащиты древесины (руководство). М.: ВНИИПО, 1999. – 23 с.
ГОСТ16363-98 Средства огнезащиты для древесины. Методы определения огнезащитных свойств. М.: ВНИИПО, 1998. – 12 с.
Пожарная безопасность //: http://trudova-ohrana.ru. (дата обращения 15.01.2014).
Сморчков А.А., Орлов Д.А., Кретова В.М. Исследование влияния огнезащитной пропитки конструкций из древесины на их напряженно– деформированное состояние // Промышленное и гражданское строительство. – 2012. – № 4. – с. 20—21.
Энциклопедия индивидуального застройщика //: http://nskdom.ru. (дата обращения 15.01.2014).