CC BY
49
ПОЖАРНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ (ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ) FIRE AND INDUSTRIAL SAFETY (TECHNICAL)
УДК 614.841.411
ЭФФЕ КТ ИВНОСТЬ ОГНЕЗАЩИТНЫХ СОСТАВОВ ПРИ НАНЕСЕНИИ ИХ НА РАЗЛИЧНЫЕ ПОРОДЫ ДРЕВЕСИНЫ
С. А. БОРОЗДИН, Г. А. ГИТЦОВИЧ, В. В. ВЕТРОВ, С. С. МОРОЗОВ
ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, Российская Федерация, Санкт-Петербург E-mail: [email protected]
Рассмотрены вопросы, касающиеся снижения пожарной опасности древесины, огнезащитной обработки и методов испытания. Приведены результаты экспериментальных исследований эффективности различных огнезащитных средств при нанесении их на различные породы древесины, которые достаточно широко применяются в строительстве. Эффективное применение огнезащитных средств позволяет снижать угрозу для жизни и здоровья людей, а также снижать угрозу возникновения пожара, минимизировать потери. До настоящего времени отсутствовали данные об испытаниях по определению потери массы различных пород древесин (кроме древесины сосны), обработанных огнезащитными средствами.
Отражены результаты сравнительного анализа огнезащитной эффективности существующих огнезащитных составов при нанесении их на различные породы древесины.
Содержатся сравнительные данные об огнезащитной эффективности различных огнезащитных составов и различных пород древесины относительно древесины сосны.
Предполагается, что при нанесении огнезащитных составов методом пропитки на различные породы древесины, близкие по значениям плотности к древесине сосны, используемой в качестве стандартной при оценке группы огнезащитной эффективности по ГОСТ Р 53292, будет обеспечиваться такая же огнезащитная эффективность, что и на древесине сосны.
В практическом плане представленные результаты имеют важное значение при разработке соответствующих рекомендаций по огнезащите различных пород древесины при обеспечении пожарной безопасности конкретных объектов строительства.
Ключевые слова: средство огнезащиты; огнезащитный состав; древесина; огнезащитная эффективность.
EFFICIENCY OF FIRE-PROTECTIVE COMPOSITIONS AT APPLICATION OF THEM TO VARIOUS BREEDS OF WOOD
S. A. BOROZDIN, G. A. GITTCOVICH, V. V. VETROV, S. S. MOROZOV
FSBEE HE «Saint-Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of Russia»,
Russian Federation, St. Petersburg E-mail: [email protected]
Issues related to reducing the fire hazard of wood, flame retardant treatment and test methods are considered. The results of experimental studies of the effectiveness of various fire retardants when applied to various wood species, which are widely used in construction, are presented. The effective use of flame retardants can reduce the threat to human life and health, as well as reduce the risk of fire, minimize losses. To date, there has been no data on tests to determine the mass loss of various wood species treated with flame retardants, except pine wood.
The results of a comparative analysis of the fire-retardant efficiency of existing flame retardants when applied to various wood species are reflected.
Comparative data on the flame retardant effectiveness of various flame retardant compositions and various wood species relative to pine wood are provided.
© Бороздин С. А., Гитцович Г. А., Ветров В. В., Морозов С. С., 2020
70
It is assumed that when applying flame retardants by impregnation on various wood species that are close in density to pine wood, which is used as standard in assessing the fire retardant efficiency group according to GOST R 53292, the compositions will provide the same fire retardant efficiency as on pine wood.
In practical terms, the results presented are important in developing appropriate recommendations for the fire protection of various types of wood while ensuring fire safety of specific construction sites.
Key words: fire retardant; flame retardant; wood; fire retardant efficiency.
Одним из факторов, сдерживающих широкое использование древесины в строительстве, в настоящее время остается ее высокая пожарная опасность. Поэтому работы, связанные с исследованием огнезащитной эффективности огнезащитных составов применительно к различным породам древесины, вопросы ее огнезащиты являются весьма актуальными. Снижение пожарной опасности древесного материала основано на исследовании и разработке средств, а также способов эффективной огнезащиты, что в отдельных случаях повышает огнестойкость деревянных сооружений и снижает угрозу для жизни и здоровья людей.
В настоящее время теоретические основы горения древесины и материалов на ее основе, изучение механизма ее термического разложения в присутствии различного рода замедлителей горения достаточно полно проработаны отечественными и зарубежными учеными и специалистами. Существует развитая отечественная нормативно-техническая1,2 и методологическая база [1-3], обеспечивающая пожаробезопасное применение строительных материалов, в том числе древесных, различного назначения и области применения.
Основным стандартным методом отечественной практики, устанавливающим общие требования к огнезащитным составам и веществам для древесины и материалов на ее основе, является национальный стандарт ГОСТ Р 53292-2009 «Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испыта-
- 3
ний» и межгосударственный стандарт
1 ГОСТ Р 53295-2009. Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности. М.: Стандартинформ, 2009. 14 с.
2 ГОСТ Р 53293-2009. Пожарная опасность веществ и материалов. Материалы, вещества и средства огнезащиты. Идентификация методами термического анализа. М.: Стандартинформ, 2019. 23 с.
3 ГОСТ Р 53292-2009. Огнезащитные составы
и вещества для древесины и материалов не ее основе. Общие требования. Методы испытаний. М.: ИД Юриспруденция, 2019. 19 с.
ГОСТ 16363-98 «Средства огнезащитные для древесины. Методы определения огнезащит-
4
ных свойств» .
Согласно требованиям указанных стандартов, образцы для испытаний изготавливают из прямослойной воздушно-сухой древесины сосны с влажностью 8-15% и плотностью от 400 до 550 г/м в виде прямоугольных брусков с поперечным сечением 30*60 мм и длиной вдоль волокон 150 мм. Кроме того, для испытания пропиточных и комбинированных составов (если одним из компонентов огнезащитного слоя является пропиточный состав) используются образцы, полученные из заболони.
Правомерным является вопрос, в какой степени результаты испытаний по оценке эффективности различного рода огнезащитных средств согласно указанным стандартам будут справедливы и для других пород древесины (например, лиственницы, ольхи, липы, и пр.), которые достаточно широко применяются в строительстве и также нуждаются в огнезащите.
Экспериментальные исследования по оценке механизма действия ряда известных огнезащитных пропиточных составов на различных породах древесины позволят получить сравнительные данные об огнезащитной эффективности относительно древесины сосны.
На основе проведения многочисленных теоретических и экспериментальных исследований в настоящее время имеется достаточно полное представление о закономерностях термоокислительного разложения целлюлозных материалов.
Научная деятельность отечественных и зарубежных ученых уже с начала XX века была направлена на решение проблемы огнезащиты древесных материалов, создание огнезащитных средств, разработку и совершенствование технологий огнезащитной обработки. В основном, современные методы получения огнезащищенных целлюлозных материалов предусматривают использование замед-
4 ГОСТ 16363-98. Средства огнезащитные для древесины. Методы определения огнезащитных свойств. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. 12 с.
лителей горения (ЗГ), обеспечивающих снижение горючести по следующим основным направлениям:
- химическое воздействие на процесс термодеструкции с целью усиления интенсивности реакции дегидратации, коксообразова-ния, ингибирования радикальных процессов при термолизе и горении - ингибирование газофазных реакций горения;
- физическое воздействие за счет создания физического барьера между поверхностью карбонизированного слоя полимера и окисляющей средой, замедление диффузии горючих продуктов пиролиза в зону горения.
При этом огнезащитные средства, применяемые для обработки древесины, должны обеспечивать не только определенный уровень огнезащиты, но и сохранять огнезащитные свойства для конкретных условий эксплуатации, гарантировать санитарно-гигиеническую безопасность, выполнять другие заданные свойства.
Технология применения огнезащитных составов может быть многообразна и включать в себя использование более сложных технологических процессов, таких как автоклавная пропитка древесины под давлением и вакуумом, пропитка по способу «прогрев - холодная ванна», сквозная огнезащита в поле центробежных сил, позволяющих ввести в древесину огнезащитные средства на глубину 10 - 20 мм.
Но чаще всего на практике используется поверхностная пропитка огнезащитными составами, в основном, включающими фосфор-азот содержащие антипирены. Наиболее применяемыми огнезащитными системами ЗГ являются водные растворы фосфорной кислоты и цианамида, ортофосфорной кислоты, мочевины, дициандиамида, триполифосфата натрия, биосредств, фосфорорганические соединения на основе эфиров фосфорной кислоты, амидофосфатов и др.
При поверхностной пропитке древесины применяются, как правило, три способа -погружение в пропиточный раствор, нанесение кистью и опрыскивание краскопультом. Все варианты просты и не требуют применения специального оборудования или оснастки.
Составы, предназначенные для огнезащиты древесины и материалов на ее основе, в соответствии с Российским законодательством подлежат обязательному подтверждению на соответствие требованиям пожарной безопасности. Порядок и схемы подтверждения продукции требованиям пожарной безопасности установлены Федеральным законом от 22 июля 2008 г. № 123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной без-
5
опасности» , а процедура испытаний заключается в определении огнезащитной эффективности средства согласно ГОСТ Р 53292-20096 и сопоставления полученного значения с нормативными величинами этого показателя. Согласно требованиям указанного стандарта огнезащитными являются составы, относящиеся к I или II группе огнезащитной эффективности.
Согласно п. 6.1.2 стандарта образцы для испытаний изготавливают из древесины сосны, на которые наносят огнезащитный состав в соответствии с требованиями технической документации.
Информация о группе огнезащитной эффективности средства указывается в сертификате соответствия и очевидным образом касается ее обеспечения только на древесине сосны. Информации об эффективности огнезащитного средства на других видах пород древесины в документации не приводится, хотя их обработка в реальных условиях строительства и эксплуатации объектов может производиться.
Для проведения исследований огнезащитных составов был выбран контрольный метод определения огнезащитной эффективности образцов древесины согласно ГОСТ Р 53292-2009 п. 6.27.
Выполняемая работа имеет существенное практическое значение для выявления особенностей огнезащиты других пород древесины.
Для проведения исследований по оценке огнезащитного действия на различных породах древесины были выбраны четыре водных огне-биозащитных состава и одно огнебиовлагозащитное средство, готовые к применению, обеспечивающие различные группы огнезащитной эффективности (I или II), предназначенные для эксплуатации в различных атмосферных условиях. Представительный выбор составов был осуществлен с точки зрения учета разницы химического состава и содержания компонентов. Составы включают в себя соли неорганических кислот, фунгициды, инсектициды, смачиватели и воду.
На производство и применение выбранных составов разработана техническая документация, составы выпускаются серийно, имеется подтверждение соответствия требо-
5 Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: Федер. закон от 22.07.2008 г. №123-Ф3; принят Гос. Думой 04.07.2008; одобр. Сов. Федерации 11.07.2008 // Собр. Законодательства РФ. 2008. № 30 (ч. I), ст. 3579.
6 ГОСТ Р 53292-2009. Указ. изд. С. 4.
7 Там же. С.7.
ваниям пожарной безопасности в виде обязательной сертификации.
Исходя из вышеприведенного анализа, можно сделать вывод, что пожарная опасность (огнезащитная эффективность) огнезащитных составов при нанесении их на различные породы древесин должна оцениваться при испытаниях по ГОСТ Р 53292-2009 п. 6.28. Причем, немаловажным фактором при подготовке образцов является соблюдение расхода огнезащитных средств и технологии нанесения согласно технической документации.
Таким образом, результатом исследований явился выбор дальнейшего направления проведения работ, заключающихся в проведении исследований различных пород древесин в комбинации с различными видами огнезащитных составов для оценки их огнезащитной эффективности.
По результатам изучения нормативных документов и действующих методов оценки пожарной опасности огнезащитных составов определено направление исследований, имеющее своей целью проведение сравнительно-
го анализа огнезащитной эффективности существующих огнезащитных составов при нанесении их на различные породы древесин.
В качестве объектов огнезащиты были выбраны образцы древесины сосны, ольхи, липы и лиственницы. Указанные виды древесины имеют различные теплофизические, механические и эксплуатационные свойства, основным из которых в аспекте проводимых исследований является плотность.
Все огнезащитные средства наносились на образцы древесины кистью, с соблюдением расхода и технологии согласно имеющейся технической документации.
Основные характеристики огнезащитных составов (согласно информации, приведенной в сертификате соответствия требованиям пожарной безопасности) представлены в табл. 1. Коммерческие названия составов и их производители в настоящей статье не приведены для исключения случаев обвинения в предвзятости полученных результатов, а также исключения рекламной информации о производителях.
Таблица 1. Перечень и характеристики огнезащитных средств, используемых для проведения экспериментальных исследований
Образцы пропиточных огнезащитных составов Расход, г/м2 Группа огнезащитной эффективности
Огнебиозащитный состав (№ 1) 300 I
Огнебиозащитное средство (№ 2) 300 I
Огнебиовлагозащитное средство (№ 3) 380 II
Огнебиозащитный состав (№ 4) 450 II
Огнебиозащитный состав (№ 5) 450 II
Для проведения исследований огнезащитных составов был выбран контрольный метод определения огнезащитной эффективности образцов древесины по ГОСТ Р 53292 п. 6.29.
Огнезащитная эффективность определялась по потере массы образца по формуле:
Pi =
100 (m ii m2i)
mu
где: P1 - потеря массы образца, %; m1i - масса образца до испытания, г; m2i - масса образца после испытания, г; I - номер образца.
Полученный результат вычисления округляют до десятых долей процента.
За результат испытания принимают среднее арифметическое значение потери массы трех образцов, округленное до целого
числа. В случае получения среднего арифметического значения трех определений для огнезащитного состава, относящегося к I группе огнезащитной эффективности, не более 9 %, а для огнезащитного состава, относящегося ко II группе огнезащитной эффективности, не более 25 %, испытанный состав считается соответствующим установленной для него группе огнезащитной эффективности. В ином случае проводятся повторные испытания по данному методу на десяти образцах. Если при повторных испытаниях получен неудовлетворительный результат, огнезащитный состав считается не соответствующим установленной группе огнезащитной эффективности.
Результаты оценки огнезащитной эффективности 5 составов на древесине сосны, ольхи, липы и лиственницы представлены в табл. 2.
8 ГОСТ Р 53292-2009. Указ. изд. С.7.
9 Там же. С.7.
Таблица 2. Средняя потеря массы образцов различных пород древесины (г/%) по результатам испытаний по оценке огнезащитной эффективности огнезащитных составов
Номера составов, группа огнезащитной эффективности согласно ТД Наименование древесины, плотность (кг/м3) - средняя потеря массы (г/%)
Липа Ольха Сосна Лиственница
Состав № 1 Расход 300 г/м2 (I группа огнезащитной эффективности) 402-455 7,7 г / 6,6 % 480-493 9,8 г / 7,1 % 430-436 8,5 г / 6,5 % 672-687 6,4 г / 3,4 %
Состав № 2 Расход 300 г/м2 (I группа огнезащитной эффективности) 400-410 5,6 г / 4,9 % 480-493 8,9 г / 7,1 % 430-436 9,3 г / 6,5 % 672-687 6,6 г / 3,4 %
Состав № 3 Расход 380 г/м2 (II группа огнезащитной эффективности) 385 -404 26,8 г / 23,8 % 470 - 485 31,9 г / 23,9 % 424 - 436 27,9 г / 23,1 % 663 - 682 12,1 г / 6,5 %
Состав № 4 Расход 450 г/м (II группа огнезащитной эффективности) 395 - 455 18,7 г / 15,9 % 456 - 487 13,6 г / 10,8 % 408 - 450 13,1 г / 10,9 % 643 - 675 8,8 г / 4,9 %
Состав № 5 Расход 450 г/м (II группа огнезащитной эффективности) 385 - 475 16,8 г / 13,7 % 495 - 504 14,6 г / 10,6 % 454 - 450 12,9 г / 10,4 % 668 - 685 10,4 г / 5,6 %
Как следует из полученных результатов экспериментальных исследований, все пропиточные составы, имеющие при определенном расходе I или II группу огнезащитной эффективности на древесине сосны, сохраняют при этом же расходе соответствующую огнезащитную эффективность на образцах древесины ольхи и липы. Причем существенных различий в результатах оценки средней потери массы огнезащищенными образцами указанных типов древесины не наблюдается. Так, например, огнебиозащитный состав № 1, обеспечивающий I группу огнезащитной эффективности на образцах древесины сосны при расходе огнезащитного средства 300 г/м2, при том же расходе обеспечивает ту же огнезащитную эффективность на образцах древесины липы и ольхи, средняя потеря массы которых, соответственно, составляет 6,6 % и 7,1 % (6,5 % -у сосны). Разница значений средней потери массы у образцов липы и ольхи, обработанными огнезащитными составами №№ 2 - 5, по сравнению с образцами древесины сосны, находятся в пределах 10 %.
Более существенные отличия в эффективности огнезащиты составов №№ 1-5 наблюдаются на образцах древесины лиственницы. Все без исключения составы при тех же расходах средства, что и на древесине сосны, обеспечили потерю массы образцов древесины лиственницы в пределах 3-6 % . Например, состав № 3 при расходе 380 г/м2
обеспечивает II группу огнезащитной эффективности на образцах древесины сосны при значении средней потери массы 23,1 %, в то время (при этом же расходе) на образцах древесины лиственницы значение средней потери массы составляет 3,5 %.
Указанное обстоятельство может быть связано с отличием значений плотности у образцов древесины лиственницы по сравнению с образцами древесины липы, ольхи и сосны.
Таким образом, по результатам проведенных сравнительных экспериментальных исследований выполнена работа, позволившая:
- установить различия в значениях средней потери массы образцами различных пород древесины (ольхи, липы, сосны, лиственницы), обработанных методом пропитки разными видами огнезащитных составов, при использовании для ее оценки контрольного метода по ГОСТ Р 53292 п. 6.210;
- показать, что значительных отличий в численных величинах средней потери массы огнезащищенных образцов древесины ольхи и липы не наблюдается. Сохраняется обеспечение той же огнезащитной эффективности составов, что и на стандартных образцах древесины сосны, что может объясняться близкими
10 ГОСТ Р 53292-2009. Указ. изд. С.7.
значениями плотности указанных пород древесины;
- выявить существенное снижение значений средней потери массы огнезащищенны-ми образцами древесины лиственницы по сравнению с огнезащищенными образцами древесины ольхи, липы и сосны, что объясняется более высокой плотностью древесины лиственницы;
- определить, что все исследованные огнезащитные составы обеспечивают потерю массы менее 9 % при нанесении их на образцы древесины лиственницы с расходами, при которых они обеспечивали вторую группу огнезащитной эффективности на стандартных образцах древесины сосны.
Можно также с высокой вероятностью предположить, что при нанесении огнезащитных средств методом пропитки на различные породы древесины, близкие по значениям плотности к древесине сосны, используемой в качестве стандартной при оценке группы огнезащитной эффективности по ГОСТ Р 5329211, будет обеспечиваться такая же огнезащитная эффективность, что и на древесине сосны.
В практическом плане представленные результаты имеют важное значение при разработке соответствующих рекомендаций по огнезащите различных пород древесины для обеспечения пожарной безопасности конкретных объектов строительства.
Список литературы
1. Порядок осуществления контроля за соблюдением нормативных требований к средствам огнезащиты и их применению: Методическое руководство. М.: ФГУ ВНИИПО, 2010. 30 с.
2. Способы и средства огнезащиты древесины: Руководство. М.: ВНИИПО, 2011. 78 с.
3. Определение теплоизолирующих свойств огнезащитных покрытий по металлу: Методика. М.: ВНИИПО, 1998. 19 с.
References
1. Poryadok osushchestvleniya kontrolya za soblyudeniem normativnyh trebovanij k sredstvam ognezashchity i ih primeneniyu: Metodicheskoe rukovodstvo [The procedure for monitoring compliance with regulatory requirements for fire protection and their use: Methodological Guide]. Moscow: FGU VNIIPO, 2010. 30 p.
2. Sposoby i sredstva ognezashchity drevesiny: rukovodstvo [Methods and means of wood fire protection: Guide]. Moscow: VNIIPO, 2011. 78 p.
3. Opredelenie teploizoliruyushchih svojstv ognezashchitnyh pokrytij po metallu: metodika [Determination of the heat-insulating properties of fire retardant coatings for metal: Methods]. Moscow: VNIIPO, 1998. 19 p.
Бороздин Сергей Анатольевич
ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России,
Российская Федерация, Санкт-Петербург
старший научный сотрудник
E-mail: [email protected]
Borozdin Sergej Anatol'evich
FSBEE HE «Saint-Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of Russia»,
Russian Federation, St. Petersburg
Senior Researcher
E-mail: [email protected]
Гитцович Галина Анатольевна
ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России,
Российская Федерация, Санкт-Петербург
научный сотрудник
E-mail: [email protected]
Gittcovich Galina Anatol'evna
FSBEE HE «Saint-Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of Russia», Russian Federation, St. Petersburg
11 ГОСТ Р 53292-2009. Указ. изд. С.7.
Researcher
E-mail: [email protected] Ветров Владимир Владимирович
ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России,
Российская Федерация, Санкт-Петербург
научный сотрудник
E-mail: [email protected]
Vetrov Vladimir Vladimirovich
FSBEE HE «Saint-Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of Russia»,
Russian Federation, St. Petersburg
Researcher
E-mail: [email protected] Морозов Сергей Семенович
ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России,
Российская Федерация, Санкт-Петербург
научный сотрудник
E-mail: [email protected]
Morozov Sergey Semenovich
FSBEE HE «Saint-Petersburg University of State Fire Service of EMERCOM of Russia»,
Russian Federation, St. Petersburg
Researcher
E-mail: [email protected]
