CC BY
16
УДК 614.841 Проф. Е.М. Гулида, д-р техн. наук;
доц. В.Б. Лож, канд. техн. наук; курсант Н.Л. Шерстинюк;
курсант Ю. С. Дмитрук - Львiвський ДУ БЖД
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ОЦ1НКА ВОГНЕЗАХИСНОГО ЕФЕКТУ
ВЕРМИКУЛ1ТО-СИЛ1КАТНИХ ПЛИТ ДЛЯ БУДШЕЛЬНИХ НЕСНИХ МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦ1Й
Запропоновано використання вермикулто-силшатних плит для шдвищення вог-незахисту металевих конструкцiй. На осж^ проведеного експерименту виявлено яюс-ну оцiнку вогнезахисного ефекту вермикул^о-силшатних плит за рахунок хiмiчно-зв'язано! води у вермикулiтi. Проаналiзовано позитивш та негативнi сторони вогнезахисного ефекту паропов^яно! сумiшi внаслiдок впливу стандартного температурного режиму пожежi. Створенно передумови для подальшого дослiдження впливу температурного режиму пожежi на масотеплообмш пароповiтряних сумiшей вермикулгго-силь катно! плити з використанням числового моделювання фiзичних процесiв.
Ключовi слова: вермикулто-силжатш плити, пасивне вогнезахисне покриття, вог-незахисний ефект, хiмiчно-зв'язана вода, будiвельнi неснi металевi конструкций
Постановка проблеми. Стрiмкий розвиток будiвництва на територц Украши стимулював розроблення рiзноманiтних проектних рiшень та конструк-тивних схем будiвель та споруд, здатних задовольняти необхiднi проектно-тех-нiчнi потреби. Одшею iз таких прiоритетних потреб у сучасному будiвництвi е забезпечення будiвельних конструкцiй необхiдною межею вогнестшкосп, вiд яко1 залежить ступiнь вогнестшкосп будiвлi [1].
До найпоширенiших матерiалiв, що використовуються в будiвництвi, на-лежить метал. Висока мiцнiсть, стшккть до механiчних навантажень, техноло-пчнкть, а також простота пiд час реконструкцш та будiвництва зумовило масо-ве використання металевих конструкцiй у поеднанш iз бетоном, цеглою та ш-шими конструкцiйними будшельними матерiалами. Проте металевi конструкцií, як будь-як iншi, мають сво1 недолiки. Метал характеризуеться високою теплоп-ровiднiстю. Це призводить до того, що в умовах пожежi метал швидко прогрь ваеться до температури, що перевищуе 400-500 0С, а внаслiдок навантаження у металевих конструкцiях розвиваються температурш деформацií [2, 8]. Межа вогнестшкосп незахищених металевих конструкцiй становить Ш 10-15. Трива-лiсть вшьного розвитку пожежi в середньому становить 25-30 хв. Тому виникае необхiднiсть створення нових видiв конструкцшно-оздоблювальних вироб1в з метою шдвищення межi 1х вогнестшкост!
Аналiз останнiх досягнень i публжацш. З метою шдвищення вогнес-тшкосп металевих конструкцiй застосовують вогнезахиснi екрани. Основною функщональною вимогою до захисного екрану е здатнiсть витримувати висок температури та iзолювати поверхню матерiалу вiд прямо!' дií факторiв пожеж^ для забезпечення конструкцл необхвдно!' межi вогнестiйкостi. До найефективш-ших способiв пiдвищення вогнестiйкостi металевих конструкцiй належать вог-незахиснi покриття та облицювання, якi подiляють на реактивнi та пасивш [3]. На теперiшнiй час спостертаеться розширення ринку вогнезахисних покритпв, натомiсть перед проектними органiзацiями постае вибiр оптимального вогнезахисного покриття.
Одним Í3 метод1в вогнезахисту металоконструкцiй е вогнезахист конструкцiй жорсткими екранами [4]: вогнестшкими листами, плитами, панелями тощо, що надае, окрш вогнезахисту, ще й декоративнi властивостi. Питания вогнестшкосп та вогнезахисту буд1вельних конструкцш упродовж останнього десятилiття дослiджували Б.Г. Демчина, М.М. Гивлюд, А.В. Довбиш, СВ. Но-вак, А.1. Яковлев, В.М. Ройтман, С.Я. Вовк, ВВ. Артеменко та ш. Запропонова-ш вогнезахиснi покриття збiльшують межу вогнестшкосп металевих конструк-цiй за певно!' товщини нанесення до RI 30-45, але в умовах виникнення пожеж цього недостатньо [16].
На тепертшй час як буд1вельт огороджувальнi конструкцл використо-вують конструкцiйнi матерiали з металевого каркасу i внутрiшнiм теплоiзоля-иiйним шаром, виготовленого з тнопластав i волокнистих та азбестовмiсних ма-терiалiв з межею вогнестiйкостi до REI 45 [9]. Поверхню негорючого теплоiзо-ляиiйного шару декорують фанерою, пластиком або фарбою, що е самi по со6Д легкозаймистими. Вироби на основi азбесту i неоргашчних в'яжучих, що харак-теризуються достатньо високою мДдшстю, мають обмежене використання з причини 1хньо1 високо! густини i певною мiрою канцерогенносп. Остантм часом за кордоном розроблено i впроваджено у виробництво еколопчно чистi конструк-иiйнi тепло- i вогнезахисш неорганiчнi матерiали на основi спучених мiнералiв, а саме перлиу i вермикулiту, в яких армуючим компонентом використовують волокнистi неорганiчнi матерiали з межею вогнестiйкостi до RI 60 [9].
Для потреб буд1вництва широко пропонують матерiали на основi спучених мiнералiв та силшатних в'яжучих. Особливий iнтерес мае можливкть використання вогнезахисних вермикулио-силжатних плит (далi - ВСП). Основним компонентом ВСП е спучений вермикулт Вермикулiт мае високi тепло-i зву-коiзоляиiйнi властивостi, не токсичний, не схильний до гниття i перешкоджае поширенню ивш. Унiкальнi його техтчш характеристики - це температурос-пйккть, вогнестiйкiсть, хiмiчна iнертнiсть. Вермикулiт е еколопчно чистим i бюстшким продуктом. За шдвищено! температури, що виникае шд час пожеж, не видшяе нiяких газ1в, що е важливою перевагою, порiвияно з iншими вщоми-ми матерiалами неорганiчного походження.
Обпалеш маси вермикулiту характеризуються пiдвищеною вогнестшкк-тю, високою звукопоглинальною здатнiстю, низькою теплопровiднiстю, верми-кулiт не шддаеться вивiтрюванню, не конденсуе вологу, характеризуеться ма-лим коефiиiентом температурного розширення. На вiдмiну вiд iнших видiв теп-лоiзоляиiйних матерiалiв (перлiту, керамзиту), вермикули володiе пружною де-формащею, а також наявною хiмiчно-зв'язною водою. Межа вогнестшкосп вер-микулiту, залежно вiд приведено!' товщини, становить у межах REI 180-240 [12]. Таким чином, дослвдження вогнестшкосп будiвельних огороджувальних конструкиiй вермикулiто-силiкатними плитами е актуальним завданням. Прове-дення дослiджень, якД пов'язанi з розробленням нових огороджувальних буда-вельних конструкиiй iз шдвищеною межею вогнестiйкостi, мае велике практич-не значення.
Мета роботи. Визначення межi вогнестшкосп ВСП на пiдставi резуль-тапв експериментальних дослiджень для будавельних несних металевих кон-струкиiй.
Методика проведення дослщжень. Зпдно з [5, 10, 12] випробування полягае у HarpiBi за стандартним температурним режимом дослщних фрагмен-пв, до настання нормованих станiв для вiдповiдноí констpукцií з вогнестшкос-тi. Для проведення випробування виготовлено два фрагменти дослщного зразка конструкцп. Зразок, який необхiдно захистити - листова сталь Ст-5 товщиною 4 мм, як вогнезахисний шар використано ВСП товщиною 20 мм загальними pозмipами конструкцп 220x 160x24 мм (рис. 1).
Рис. 1. Загальм розмiри до^дного зразка та схемарозташування термопар:
а) габаритш розмiри; б) розрiз: 1 - вермикулто-силЫатна плита; 2 - листова сталь Ст-5; Тп - термопара в печ1, 1 - на обггргвальнгй поверхш, 2 - мгж шарами конструкцп, 3 - на необ1гр1вальнш поверхнг
Перед проведенням випробування фрагменти кондищонуються у термо-шаф^ яка вентилюеться за температури 60±5 °С протягом 24 год. Вогневе випробування фрагмента проведено в електропечi СНОЛ-1,6.2,0.0,8/9-М1 УХЛ4,2 [6]. Для фксування температури тд час експериментальних дослщжень пщб-рано комплект ТХА довжиною 1-1,5 м з iзоляцiею iз керамiчного намиста. Термопари в печi та термопари у дослщному зразку тд'еднали до регулятора-вимь рювача РТ 0102-8-К [7], яю було пiдключено до персонального комп'ютера.
Експериментальнi дослщження. Випробування фрагментiв № 1, 2 вог-незахищеного металу ВСП проводили протягом 205 хв. Результати показниюв термопар представлено на рис. 2.
Рис. 2. Змта температури по товщит фрагмента № 1 вогнезахищено'1 металево'1 пластини ВСП: Tst - стандартна температурна крива, Тп — температура в neni; Т1,2,3 - показники термопар
Проведення вогневого випробування фрагмента № 1 показало, що втрата вогнестiйкостi за ознакою теплоiзоляцiйноí здатностi була на 180 хв, зовшшня необiгрiвальна поверхня металево'1 пластини прогршася до температури 470 °C, тобто температура досягну критичного значення. Проведення вогневого випробування фрагмента № 2 показало, що втрата вогнестшкоси за ознакою тепло-iзоляцiйноí здатностi була на 185 хв, зовшшня необiгрiвальна поверхня металево'1 пластини прогршася до температури 473 °C, тобто температура на зовшш-нiй перевищила критичну температуру. Шд час проведення випробувань було максимальне вiдхилення вiд стандартного температурного режиму пожежi до 2,5 %, що е допустимо.
1з змши температурно'' криво'' показникiв термопари Т2, очевидними е два згини на графшу, якi свiдчать про наявшсть хiмiчно-зв,язноí води в ВСП. Перший згин - характеризуеться малим про^ванням для ВСП, що тривае приблизно 10-13 хв, за рахунок приховано'' теплоти пароутворення. Наступний згин св^ить про припинення випаровування хiмiчно-зв,язноí води, тобто за-кiнчення вогнезахисного ефекту, тсля закiнчення його темп на^вання збшь-шуеться (рис. 3).
О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Час, ХВ
Рис. 3. Вогнезахисний ефект хiмiчно-зв'язноiводи ВСП тд час вогневого випробування
У зв'язку iз впливом температури тд час вогневого випробування на розглянуту конструкцш, збшьшуеться температура вогнезахисного шару ВСП, що прилягае до отвору теплофiзичноí печ1 У момент досягнення у шарах ВСП температури 95-1000С розпочинаеться процес переходу хiмiчно-зв,язноí води у пару. Внаслшок цього у конструкцп виникае зона випаровування води, на яку затрачаеться велика кшьюсть теплово'1 енергií, таким чином збшьшуеться час захисно'1 дií для металево'1 конструкцií. Пiд час випаровування збшьшуеться тиск паропов^яного середовища у структурi ВСП, створюеться процес масо-теплообмшу пари у бiк нагрiвання, але бiльшiсть пари перемiщуеться у проти-лежну необiгрiвальну сторону. Зона випаровування змщуеться в глибину ВСП. А оскшьки металева пластина перешкоджае випаровуванню iз необiгрiвального боку, то пара змушена рухатися по капiлярах проти теплового потоку, спричи-
няючи при цьому додатковий ефект гальмування передачi тепла захищено' ме-талево' конструкцií.
Виходячи iз наведеного вище можна сформулювати такi висновки:
1. Проведене випробування пiдтверджуe ефективнiсть використання ВСП як вогнезахисного шару для шдвищення вогнестiйкостi металевих конструкцш.
2. Вогнестiйкiсть металево'1 плити вогнезахищеною ВСП товщиною 20 мм за втратою теп^золяцшно! здатностi становить RI 180 (приблизно бiльше у десять разiв, порiвняно з незахищеною).
3. Наявшсть хiмiчно-зв'язноi' води у ВСП позитивно впливае на пiдвищення вогнезахисту металевих конструкцш, гальмуючи при цьому теплопередачу внаслщок вивiльнення пари iз вермикулiту, але зумовлюе при цьому над-лишковий тиск пароповпряно! сумiшi з боку обiгрiвання конструкций що за велико'! кiлькостi може мати вибухонебезпечний характер.
4. Створено передумови для подальшого дослiдження впливу температурного режиму пожежi на масотеплообмiн пароповггряних сумiшей у ВСП з вико-ристанням числового моделювання фiзичних процешв.
Лiтература
1. ДБН В.1.1-7-2002 "Пожежна безпека об'екйв буд1вництва". - К. : Вид-во "Держбуд Ук-раши", 2003. - 42 с.
2. Ройтман М.Я. Пожарная профилактика в строительном деле / М.Я. Ройтман. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. - М. : Изд-во министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1961. - 368 с.
3. ДСТУ Б В.1.1-17:2007 "Вогнезахист покриття для буд1вельних несучих металевих конструкцш. Методи визначення вогнезахисно! здатностГ (ENV 13381 4: 2002, NEQ).
4. Беликов А.С. Повышение огнестойкости строительных конструкций / А.С. Беликов, Г.Н. Крикунов, В.А. Шаломов и др. // Сборник научных трудов ПГАСА. - Вып. 2, ч. 1. - 1997. -С. 44-47.
5. ДСТУ Б В.1.1-4-98* "Буд1вельш конструкцй. Методи випробувань на вогнестшгасть. За-гальш положення".
6. Муфельна електрошч СН0Л-1,6.2,0.0,8/9-М1 УХЛ4,2. Настанова з експлуатацл.
7. Перетворювач вишрювальний штелектуальний РТ 0102-8-К. Настанова з експлуатаци.
8. Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий / В.М. Ройтман // Ассоциация "Пожарная безопасность и наука", 2001. - 382 с.
9. Патент 54666 А Украша, МПК7 С 04В 28/24. Склад для виготовлення тешкизоляцшного матер1алу / Л.Г. Шарашна, 1.Б. Поноарьова, Ю.М. Зубкова (Украша)); власник Донецький нац. ун-т, № 2001117498; заявл. 02.11.01; опубл. 17.03.03. - К. : Вид-во "Промислова власшсть". -2003. - № 3.
10. ДСТУ Б В.1.1-15: 2007 "Перегородки. Метод випробування на вогнестшгасть" (EN 1364 1:1999, NEQ).
11. ДБН В.1.1-7-2002 "Пожежна безпека об'екйв буд1вництва". - К. : Вид-во "Держбуд Ук-раши", 2003. - 42 с.
12. EN 1363-1: 1999 'Tire resistanse 1е81-Раг1 1: General requirements" (Випробування на вогнестшгасть. - Ч. 1: Загальш вимоги).
13. ГОСТ 30247.1-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции".
14. EN 1992-1-1: 2004 (Е) Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings. - 225 р.
15. ДСТУ Б.В.1.2-3: 2006. Система забезпечення надшност та безпеки будiвельних об'екйв. Прогини i перемщення. - К. : Вид-во Мшбуд Украши, 2006. - 14 с.
16. Лож В.Б. Вогнезахисш покриття на осжга наповнених карборансилоксашв / В.Б. Лож, М.М. Гивлюд С.Я. Вовк // Строительство, материаловедение, машиностроение : сб. науч. тр. -Д., 2008. - Вып. 52. - С. 60-65.
Гулида Э.Н., Лоик В.Б., ШерстинюкНЛ., Дмитрук Ю.С. Экспериментальная оценка огнезащитного эффекта вермикулит-силикатных плит для строительных несущих металлических конструкций
Предложено использование вермикулито-силикатных плит для повышения огнезащиты металлических конструкций. На основе проведенного эксперимента обоснована качественная оценка огнезащитного эффекта вермикулито-силикатных плит за счет химически-связанной воды в вермикулите. Проанализированы положительные и отрицательные стороны огнезащитного эффекта паровоздушной смеси в результате воздействия стандартного температурного режима пожара. Созданы предпосылки для дальнейшего исследования влияния температурного режима пожара на массо-теплоперенос паровоздушных смесей вермикулито-силикатной плиты с использованием численного моделирования физических процессов.
Ключевые слова: вермикулито-силикатные плиты, пассивное огнезащитное покрытие, огнезащитный эффект, химически-связанная вода, строительные несущие металлические конструкции.
Gulida Е.М., Loik V.B., Sherstynyuk N.L., Dmytruk Yu.S. Experimental Evaluation of the Effect of Fire-retardant Vermiculite - Silicate Plates for Bearing Metal Building Structures
The use of vermiculite-silicate plates to improve fire protection of metal structures is proposed. Qualitative assessment of the effect of flame retardant vermiculite-silicate plates by chemically-bound water in vermiculite is described based on the experiment conducted. Some positive and negative aspects of fire retardant effect of vapor from exposure standard temperature fire control are analysed. Preconditions for further study of the effect of temperature regime on fire heat exchange on mass vapour vermiculite-silicate plates using numerical modelling of physical processes are designed.
Keywords: vermiculite-silicate plate, passive fire protective coatings, fireproof effect, chemically-bound water, building bearing metal structures.
УДК 674.047 Президент €.П. Кунинець, канд. техн. наук - "Ено меблiЛТД", м. Мукачево; доц. О. О. Шепелюк, канд. техн. наук; асист. 1.Р. Шепелюк -
НЛТУ Украти, м. Львiв
Ф1ЗИЧН1 ОСОБЛИВОСТ1 КОНДУКТИВНОГО НАГР1ВАННЯ ТА СУШ1ННЯ ДЕРЕВИНИ
Розглянуто фiзичнi особливост кондуктивного названия i сушшня деревини. Пд час на^вання деревини вщбуваються ви елементарш види теплообмшу: теплоп-ровщшсть, конвекщя, теплове внпромшювання. Описано способи на^вання деревини i визначено найбшьш придатш для рiзних видш деревинних матерiалiв. Подано фiзичнi основи кондуктивного на^вання i сушшня деревини. Визначено вплив температури нагршно! поверхш на динамшу процесу на^вання i кшетику процесу сушшня. Досль джено, що на початку кондуктивного на^вання деревини тепло в матерiалi переноситься шляхом теплопровiдностi, а в подальшому основна частина тепла передаеться потоком пари, ентальпiя яко! е бшъшою за ентальпiю рщини. Розглянуто вплив на ш-тенсившсть кондуктивного нагршання i сушшня сили притискання нагршно! поверхнi до матерiалу та товщини матерiалу.
Ключовi слова: деревина, теплопровщшсть, конвекцiя, пароутворення, випарову-вання, температура, ентальшя, температурний градiент, теплове оброблення, сушiння, теплообмiннiсть.
Виклад основного матерiалу. Теплове оброблення i сушiння деревини використовують у виробнищга шпону i фанери, пиломатерiалiв i заготовок та
