CC BY
23
ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ, ОБЪЕКТОВ
Преподаватель кафедры профилактических дисциплин ГОУВПО ВСИМВДРФ
0. М. Заятдинов
Преподаватель кафедры профилактических дисциплин ГОУВПО ВСИМВДРФ
Ю. Л. Чернов
УДК 614.841.45:725
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ В РЕГИОНАХ СИБИРИ И ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА
Рассматриваются проблемы пожарной безопасности зданий, связанные с пожарной опасностью деревянных конструкций, содержащих пустоты, и снижением огнестойкости зданий с железобетонными конструкциями, эксплуатируемых в агрессивных средах. Предлагается новый способ герметизации деревянных пустотных конструкций и подход к оценке огнестойкости эксплуатируемых железобетонных конструкций с учетом воздействия агрессивных сред.
В соответствии со СНиП [1] пожарно-техниче-ская классификация строительных материалов, конструкций, помещений, зданий, элементов и частей зданий основывается на их разделении по свойствам, способствующим возникновению опасных факторов пожара и его развитию — пожарной опасности, и по свойствам сопротивляемости воздействию пожара и распространению его опасных факторов — огнестойкости. В настоящее время в регионах Сибири и Дальнего Востока эксплуатируются здания, проектирование и строительство которых осуществлялось до середины XX века. Обследования строительных конструкций общественных, жилых и производственных зданий свидетельствует о том, что они имеют большой износ из-за длительных сроков эксплуатации, причем физический износ строительных конструкций наиболее интенсивно происходит в производственных зданиях и сооружениях со специфическими условиями среды [2]. Проблема обеспечения пожарной безопасности этих зданий применительно к регионам Сибири и Дальнего Востока ранее не рассматривалась [3, 4]. С целью обеспечения противопожарной защиты эксплуатируемых зданий и сооружений необходимо разработать новые подходы и технические решения. Для достижения указанной цели следует решить следующие задачи. Первая связана с необходимостью снижения пожарной опасности жилых и общественных зданий с деревянными пустотными конструкциями, способствующими скрытому развитию пожара. Вторая задача состоит в необходимости оценки снижения огнестойкости железобетонных конструкций с достаточно долгим
сроком эксплуатации (в том числе при воздействии химически активных эксплуатационных сред) и разработке на их основе рекомендаций о необходимости проведения реконструкции или восстановительного ремонта. Рассмотрим каждую из указанных задач в отдельности.
Снижение пожарной опасности деревянных конструкций, содержащих пустоты
В зданиях старой постройки деревянные пустотные конструкции являются путями быстрого и скрытого распространения пожара. Как правило, при развившихся пожарах в подобных зданиях действия ГПС по тушению пожаров малоэффективны ввиду необходимости проведения одновременных работ по вскрытию пустотных конструкций и подачи внутрь огнетушащих веществ. В соответствии с документом [5] предлагается при реконструкции и капитальном ремонте жилых и общественных зданий, в которых имеются деревянные перекрытия с пустотами, способствующими быстрому и скрытому распространению огня, обратить особое внимание на разработку и осуществление дополнительных мероприятий по снижению пожарной опасности таких зданий (например, заполнение пустот в конструкции перекрытий и перегородок негорючими материалами; устройство в перекрытиях противопожарных поясов шириной не менее 1 м из негорючих материалов на всю ширину здания; защита деревянных конструкций перекрытий слоем штукатурки толщиной 2,5-3,0 см; при необходимости
полная замена деревянных перекрытий на железобетонные и пр.
Вышеперечисленные требования позволяют добиться необходимых результатов и связаны, в первую очередь, с реконструкцией и капитальным ремонтом зданий. Но возникает несколько вопросов, первый из них — изыскание средств на капитальный ремонт. Недостаток средств в регионах Сибири и Дальнего Востока на сегодняшний момент не позволяет проводить реставрацию памятников архитектуры федерального значения, не говоря уже о жилом фонде таких городов, как Иркутск, Улан-Уде, Чита и др. Второй вопрос связан со зданиями, являющимися памятниками архитектуры, реставрация которых должна осуществляться без каких-либо изменений конструктивных особенностей. Поэтому основным критерием выбора способа огнезащиты в данном случае должна быть сохранность здания в первозданном виде. Третий вопрос относится к замене деревянных перекрытий на железобетонные. Данный способ вызывает увеличение нагрузки на несущие элементы здания и не всегда может быть применен. Усугубляют проблему дополнительные требования по сейсмостойкости к зданиям, эксплуатируемым в Иркутской области и Республике Бурятия. Четвертый вопрос связан с устройством противопожарных поясов и заполнением пустотных перегородок и перекрытий негорючими материалами. На первый взгляд достаточно простой подход, но и его реализация предусматривает проведение большого объема работ, которые могут быть выполнены только при ремонте или реконструкции здания. Опять возникает вопрос об изыскании средств. Пятый вопрос связан с выбором негорючего материала для заполнения пустот в конструкциях. Существует много материалов (перлит, вермикулит, минеральная вата и т.д.), которые могут быть выбраны в качестве заполнителей, но проведение огнезащиты будет связано с выполнением большого объема работ по вскрытию конструкций и заполнению пустот. И, наконец, защита деревянных конструкций слоем штукатурки не решает проблему скрытого распространения горения по пустотам как таковую.
Для того чтобы решить задачу обеспечения пожарной безопасности эксплуатируемых зданий с деревянными пустотными конструкциями необходимо разработать огнезащитные составы, отвечающие следующим требованиям. Первое, технологичность — способность вводить материал во внутренние полости конструкций без изменения конструктивных особенностей зданий. Второе, огнезащитные составы должны обладать небольшой объемной массой. И третье требование — сравнительно невысокая стоимость самого материала и работ
по огнезащите. Из вышеизложенного следует, что выбор материала и его технологичность наряду с ценой должны быть определяющими.
В последнее время ООО "Научный инновационный центр строительства и пожарной безопасности" (г. Санкт-Петербург) и НПО "Ассоциация Крилак" (г. Москва) разработали огнезащитные материалы для пустотных конструкций. Огнезащитная пена "Термостоп" (ТУ 2332-012-47935838-2000) представляет собой пористый негорючий материал серого цвета объемной массой 320-750 кг/м3 и предназначена для заполнения пустот в строительных конструкциях различной конфигурации с целью предотвращения скрытого распространения по ним огня. Пена является двухкомпонентной системой. Компоненты А и Б смешиваются друг с другом непосредственно перед производством работ в соотношении 1:3. Готовый состав используется в течение 20-25 мин. После нанесения пенаувеличивает-ся в 2,5-3,0 раза.
Огнезащитный материал "Файрекс-500" (ТУ 5767-017-40366225-99) — двухкомпонентный вспенивающийся материал на неорганической основе. Образует легкую пенистую структуру, которая герметизирует пустоты, препятствуя скрытому распространению огня. Объемная масса "Файрекс-500" — 350 кг/м3. Материал получается смешиванием одной массовой части пасты и одной массовой части добавки, затем методом залива механизировано или вручную вводится в пустотную конструкцию. Данный материал применяется при температуре воздуха не менее +10°С. Используемые технологии не раскрываются, а выполнение работ в регионах Сибири и Дальнего Востока с привлечением сторонних специалистов приведет к неоправданному увеличению стоимости огнезащиты [6].
С целью устранения указанных недостатков разработана технология заполнения пустот на основе материалов, обращающихся в производственной сфере Иркутской области [7]. Огнезащитная пена состоит из сухой части (20-55%) и жидкого связующего (45-80%), которые смешиваются непосредственно перед использованием. Образование пены происходит за счет выделения газовой фазы в результате химических процессов. Благодаря расширению пена способна герметизировать щели, пустоты, а также изолировать аварию и пожар в труднодоступных местах (завалы, кабельные тоннели, шахты, строительные пустоты и т.п.). Проведенные огневые испытания показали высокую эффективность разработанного способа по предотвращению скрытого развития пожара в деревянных пустотных конструкциях.
Предлагаемая технология огнезащиты включает в себя приготовление смеси путем смешения
двух компонентов в течение 3-25 мин, заливку в строительную конструкцию через заранее подготовленные шурпы, где происходят вспучивание, формирование и отверждение пены. Объемная масса получаемого материала — от 75 кг/м3. При использовании огнезащитной пены необходимо исключать попадание атмосферных осадков. Так как в процессе формирования пены происходит увеличение первоначального объема в 2-20 раз (регулируется соотношением компонентов), при заполнении необходимо учитывать эти особенности во избежание перерасхода материалов и увеличения стоимости огнезащиты. Приготовление огнезащитной пены рекомендуется производить при температуре воздуха более +8°С. Отверждение зависит от температуры окружающего воздуха и составляет от 5 мин до 8 ч. Предусмотрено введение различных добавок для оптимизации исходного материала. Использование отходов ЗАО "Кремний" (г. Шеле-хов) и БрАЗа (г. Братск) позволяет снизить себестоимость работ по герметизации строительных пустот в 3-5 раз. Разработанная технология основана на использовании материалов и оборудования, имеющихся в Иркутской области.
Оценка снижения огнестойкости железобетонных конструкций с учетом воздействия агрессивных сред
Вопросы, связанные с расчетом несущих железобетонных конструкций, находящихся под совместным воздействием химически активных эксплуатационных сред и высоких температур, до недавнего времени специально не рассматривались. Между тем, такое воздействие может оказаться решающим фактором для оценки безопасности при проектировании и эксплуатации зданий. Лишь в последнее время получили применение методы оценки огнестойкости эксплуатируемых, реконструируемых, перепрофилируемых зданий и сооружений, в соответствии с которыми несущая способность конструкции представляется функцией времени эксплуатации [3, 8].
В соответствии с публикациями [3, 8] коэффициент утраты огнестойкости эксплуатируемой конструкции может определяться из соотношения:
сг.г = х^/ хпр г, (1)
где х р — эксплуатационный предел огнестойкости конструкции в зависимости от ее технического состояния в процессе эксплуатации;
пр
х — проектный предел огнестойкости конструкции, полученный на основе стандартных огневых испытаний до начала эксплуатации.
Известные методики позволяют рассчитывать фактические пределы огнестойкости для "новых" строительных конструкций без учета условий и сроков их эксплуатации. При расчете огнестойкости железобетонных конструкций основное значение имеют прочностные характеристики бетона и арматуры. Получив значения коэффициентов снижения прочности бетона, подвергнутого воздействию агрессивных сред и температуры, можно рассчитывать фактические пределы огнестойкости железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивных сред.
На промышленных предприятиях, где для работы технологического оборудования используются различные смазочные материалы, происходит про-масливание бетона несущих и ограждающих конструкций. Минеральные масла и эмульсии на их основе, несмотря на большую вязкость, имеют весьма незначительное поверхностное натяжение и большую силу смачивания, способны легко проникать в бетон несущих и ограждающих конструкций, при длительном воздействии масла на бетон способны даже пропитать его насквозь. Однако минеральные масла не оказывают химического воздействия на составляющие бетон материалы, и видимых признаков разрушения не проявляется. Петрографические, рентгеноструктурные, электронно-микроскопические исследования бетона, длительное время выдержанного в масле, наличие новообразований не показали. Поверхностно-активные вещества, содержащиеся почти во всех минеральных маслах, попадая в микродефекты бетона, вызывают адсорбционное понижение его прочности и, кроме того, оказывают расклинивающее воздействие, что в свою очередь также снижает и прочность бетона.
Условно коррозийные процессы, протекающие в бетонах, можно разделить на две большие группы: химическую коррозию (коррозия выщелачивания, кислотная, углекислотная, сульфоалюминатная) и физическую (воздействие многократно повторяющихся процессов увлажнения и высыхания, атак-же замерзания и оттаивания, действие различных веществ, отлагающихся в порах и капиллярах цементного камня и бетона). На практике один вид коррозии может налагаться на другой или сопутствовать ему, что ускоряет разрушение конструкции.
Для исследования поведения тяжелого бетона, пропитанного техническими маслами в условиях высоких температур, были изготовлены кубы из бетонов двух классов В15 и В25 размерами 10x10x10 см. Образцы бетона класса В25 были разделены на три части: две помещены соответственно в масла М-8Б и трансформаторное на 180 суток, а одна часть осталась для контроля. Образцы бетона класса В15 были разделены на две части: одна помещена в масло М-8Б на 110 суток, вторая — контрольная. После
Таблица 1. Зависимость коэффициента изменения прочности тяжелого бетона, подвергнутого воздействию технических масел, от температуры
Класс Значения уагр при температуре нагревания °С
бетона 20 100 200 300 400 500 600 700 800
В25 1 0,95 0,9 0,74 0,67 0,6 0,43 0,26 0,15
В15 1 1,02 1,05 1,12 0,94 0,84 0,69 0,54 0,44
Таблица 2. Зависимость коэффициента изменения прочности бетона, подвергнутого воздействию агрессивных сред, от температуры
Вид агрессивной среды Значения уагр при температуре нагревания, °С
20 100 200 300 400 500 600 700 800
Соевое масло 0,88 0,75 0,70 0,69 0,67 0,65 0,55 0,38 -
Продукты производства 0,98 0,97 0,95 0,89 0,74 0,63 0,57 0,29 0,17
вискозы
Циклы замораживания - 0,94 0,95 0,96 0,93 0,8 0,76 0,35 0,29 0,27
оттаивания
пропитки маслом образцы подвергались термообработке от 100 до 800°С с интервалом 100°С в электропечи сопротивления камерной лабораторной СНОЛ-1,6.2,5.1/11-И2, затем определялась прочность на сжатие с использованием пресса МС-1000. Для каждого значения температуры проводилась серия испытаний, состоящая из трех образцов.
Исследования бетона, пропитанного техническими маслами М-8Б и трансформаторным, показали, что прочность бетона снижается практически одинаково. Это говорит о том, что марка масла существенно не влияет на изменение прочности. Так, при температуре 200°С прочность образцов, пропитанных маслом М-8Б, составляет 89% по сравнению с контрольными образцами, а пропитанных трансформаторным маслом — 91%. При 500°С прочность составляет 56% с маслом М-8Б и 60% с трансформаторным маслом; при 700°С прочность образцов, пропитанных маслом М-8Б, равна 27%, а образцов, пропитанных трансформаторным маслом, — 25%. Полученные данные позволяют с погрешностью, не превышающей 5%, обобщить экспериментальные данные.
На основании проведенных исследований определены коэффициенты изменения прочности тяжелого бетона, подвергнутого воздействию технических масел, в зависимости от температуры (табл. 1).
На основании данных, представленных в работе [2], получены значения коэффициента изменения прочности бетонов, подвергнутых воздействию ряда других агрессивных сред (табл. 2).
Были выполнены расчеты проектного и эксплуатационного пределов огнестойкости железобетонной колонны со случайным эксцентриситетом сечением НхЬ = 0,3x0,3 м; тяжелый бетон В30 на известняковом заполнителе; влажность w = 3%;
плотность р = 2300 кг/м3; толщина защитного слоя арматуры а1 = 20 мм (4Ш20); арматура класса А-Ш; длина колонны I = 4,2 м; нормативная нагрузка, действующая на конструкцию, Ын = 0,7Жтах. Глубина проникновения агрессивной среды (технического масла) принята равной 4 см. Произведенные расчеты продемонстрировали, что проектный предел огнестойкости составил 1,1ч (66 мин), а эксплуатационный — 0,8 ч (48 мин). Отличие составляет около 27%, что подтверждает необходимость учета условий эксплуатации при оценке огнестойкости эксплуатируемых зданий. Коэффициент утраты огнестойкости при этом составил 0,72.
Результаты исследований позволяют определять фактические пределы огнестойкости железобетонных конструкций эксплуатируемых и реконструируемых производственных зданий. Также при расчете необходимо учитывать дефекты железобетонных конструкций, возникшие в процессе эксплуатации (сколы, отслоение и уменьшение защитного слоя, трещины, коррозия арматуры) [8].
Выводы
Для обеспечения пожарной безопасности эксплуатируемых длительное время зданий и сооружений предлагается:
1. Снижение пожарной опасности пустотных деревянных конструкций осуществлять способом герметизации на основе материалов, обращающихся в производственной сфере Иркутской области.
2. Оценку снижения огнестойкости железобетонных конструкций с учетом сроков их эксплуатации производить на основании полученных коэффициентов изменения прочности бетона и разрабатывать на их основе мероприятия по восстановлению несущей способности.
ЛИТЕРАТУРА
1. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений. — М.: Госстрой России, 1997. — 14 с.
2. Шелегов В. Г., Чернов Ю. Л., Кузнецов Н. А., Олейник М. В. Рекомендации по оценке огнестойкости железобетонных конструкций с учетом сроков их эксплуатации: Учебно-методическое пособие. — Иркутск: ВСИ МВД РФ, 2005. — 63 с.
3. Забегаев А. В., Ройтман В. М., Алексеев Ю. В., Шахаб Б. X., Комарова И. М. Оценка огнестойкости реконструируемых зданий // Пожаровзрывобезопасность. — 1999. —Т. 8, № 4. — С. 43-48.
4. Душкина Л. И., Еремина Т. Ю. Некоторые проблемы пожарной безопасности объектов памятников истории и культуры в Санкт-Петербурге // Пожаровзрывобезопасность. — 2000. — Т. 9, № 4. — С. 32-35.
5. Письмо Госстроя России от 09.10.00 № СК-4434/9 и Главного управления Государственной противопожарной службы МВД России от 28.09.00 № 20/2.2/3438 "О повышении противопожарной защиты жилых зданий".
6. Пат. № 2198149, МПК7 С04В 28/24, 28/26. Способ герметизации пустот/ Машович А. Я., За-ятдинов О. М., Белоусов Г. А., Терехов А. Н. Бюл. № 4. Опубл. 10.02.2003 г.
7. Корольченко А. Я., Корольченко О. Н. Средства огнезащиты: Справочник. — М.: Пожнаука, 2006. — 258 с., илл.
8. Ройтман В. М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. — М.: Пожнаука, 2001. — 382 с., илл.
Поступила в редакцию 15.06.07.
^ШШ ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2007 ТОМ 16 №4
