CC BY
65
Пожарная безопасность зданий, сооружений, объектов
УДК 614.841.41
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ИСПЫТАНИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОЖАРНУЮ ОПАСНОСТЬ I. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ГРУППЫ ГОРЮЧЕСТИ
Д. В. Трушкин
доцент Московского государственного строительного университета
А. Я. Корольченко
доктор технических наук, профессор, академик МАНЭБ, заведующий кафедрой прикладной химии и пожарной безопасности МГСУ, директор Института инженерной безопасности в строительстве
Дано изложение практического опыта работы по проведению испытаний строительных материалов (СМ) на пожарную опасность. Проанализированы различные спорные моменты действующих нормативных документов на методы испытаний СМ, представлены предложения по их разрешению, рассмотрены характерные примеры испытаний различных СМ и даны практические советы, направленные на улучшение качества проведения испытаний и исключение возможных ошибок при их проведении. Подробно описаны процедуры испытаний и калибровок испытательных установок.
Трушкин Дмитрий Владимирович
Введение
Целью данной работы является методическое обобщение практического опыта работы по проведению испытаний строительных материалов (СМ) на пожарную опасность и анализ действующих норм и правил на методы испытаний СМ. Необходимость появления данных Рекомендаций обусловлена теми проблемами, с которыми авторы столкнулись в своей практической работе, связанными с рядом несоответствий и спорных моментов в действующих стандартизованных методиках. Следует отметить, что любые принимаемые стандарты на методы испытаний не могут оставаться неизменными, а должны постоянно подвергаться критическому осмыслению, дополнению, изменению и периодической переработке, учитывающей накопленный практический материал, что в отдельных случаях может приводить даже к смене ранее принятой методологии. На практике в каждом из стандартов неизбежно обнаруживаются свои "подводные камни", с которыми в процессе работы сталкивается любой инженер-испытатель. Пути решения этих проблем могут быть различными, но наиболее верными, по-видимому, надо считать те, которые позволяют придерживаться (насколько это
возможно) заложенных в методологию стандарта принципов. Выбор такого пути во многом зависит от практического опыта работы инженера-испытателя и его квалификации, и поэтому для работников, не имеющих достаточного опыта работы, велика вероятность ошибки, что, конечно же, нежелательно при проведении любых испытаний, в особенности при проведении испытаний на пожарную опасность, где цена ошибки становится еще более высокой. Именно с целью исключения такого рода ошибок и были разработаны данные Рекомендации, отражающие многолетний опыт работы в области испытаний СМ на пожарную опасность.
Рекомендации не представляют собой конкретный алгоритм действий, детализирующий положения действующих стандартов, а большей частью представлены в виде разъяснений, пояснений и рассуждений. Авторы надеются, что данные Рекомендации не только окажут практическую помощь инженерам-испытателям, занимающимся проведением испытаний СМ на пожарную опасность в различных испытательных лабораториях, но и инициируют дальнейшее обсуждение затронутой проблемы со всеми заинтересованными специалистами.
Еще раз хочется отметить, что Рекомендации не изменяют требования стандартов и ни в коем случае их не заменяют. Оставляя неизменными основополагающие требования принятых стандартов, они лишь разъясняют некоторые спорные моменты, с которыми авторы столкнулись в процессе своей работы, и обосновывают возможные пути их решения.
1. Рекомендации к проведению испытаний по определению горючести строительных материалов (ГОСТ 30244—94, метод II)
1.1. Калибровка испытательной установки
Основная задача калибровки испытательной установки должна состоять в определении необходимого расхода применяемого горючего газа (определяемого с помощью газового ротаметра) и контроле соблюдения условий эквивалентного теплового воздействия на экспонируемые поверхности каждого из калибровочных образцов.
Это, в свою очередь, достигается эквивалентностью:
• условий теплоотвода с необогреваемых поверхностей образцов;
• мощности, выделяемой каждым из сегментов газовой горелки;
• распределения плотности теплового потока на поверхности каждого из образцов. Эквивалентность условий теплоотвода с необог-
реваемых поверхностей каждого из образцов обеспечивается при условии их равномерного обдувания воздушным потоком одинаковой интенсивности и температуры. Эквивалентность условий теплового воздействия определяется конструкцией горелки и особенностями воздействия пламени горелки, нагретых продуктов сгорания и воздушных потоков на экспонируемые поверхности.
Как следует из п. 7.4 ГОСТ 30244-94 [1], расход газа в горелке, обеспечивающий в камере сгорания необходимый температурный режим испытания, определяется из условия обеспечения в контрольных точках требуемой температуры (табл. 1).
Главная конструктивная особенность данной испытательной установки, определяющая характер
ТАБЛИЦА 1. Требования к температурному режиму при проведении калибровки
Контрольные точки Расстояние от нижней Температура, °С
кромки калибровочного образца, мм максимальная минимальная
1 300 350 220
2 500 220 150
3 1000 140 100
4 1600 105 90
теплообменных процессов как во время калибровки, так и во время испытаний, состоит в том, что четыре вертикально ориентированные образца располагаются в держателе, образуя отрезок трубы длиной 1000 мм с внутренним сечением S2 = 250 X 250 мм2. Держатель с образцами размещается симметрично в шахте, через которую принудительно продувается равномерно распределенный по сечению S1 = 800 X 800 мм2 воздушный поток определенного расхода Q =10 ± 1 м3/мин. На нижнюю часть экспонируемой (обращенной вовнутрь держателя) поверхности каждого из образцов воздействует пламя соответствующего сегмента газовой горелки, что определяет как интенсивность теплового нагрева образцов, так и условия их воспламенения.
Согласно требованиям [1] при проведении калибровки должны использоваться металлические пластины толщиной 1,5 мм с отбортовкой для придания жесткости. При этом в п. 7.4.2 [1] не уточняется, что для проверки эквивалентности теплового воздействия калибровочные образцы должны быть обязательно одинаковыми в конструктивном исполнении и практически не отличаться по массе (желательно не более чем на 5%). Игнорирование этих параметров может достаточно существенно повлиять на эквивалентность теплообменных процессов на каждом из калибровочных образцов, так как их различие в теплофизическом плане может привести в процессе калибровки к неравномерному перераспределению конвективных тепловых потоков внутри держателя.
Перед началом проведения калибровки необходимо обратить внимание на то, чтобы после установки калибровочных образцов в держатель между ними и рамой держателя не было щелей, через которые в процессе калибровки могли бы проникать "паразитные" потоки холодного воздуха. Такого рода неплотности возникают из-за отклонения от плоскости поверхностей пластин и рамы держателя. Потоки холодного воздуха, проникающие через щели, могут самым произвольным образом перераспределяться внутри держателя, попадать на горячие спаи термопар в контрольных точках, охлаждать их и искажать результаты калибровки.
Для герметизации таких щелей рекомендуется использовать прокладки из асбестового картона толщиной не более 3 мм. Такие же прокладки рекомендуется применять для герметизации щелей между опорной рамой и держателем (см. п. 1.4 настоящих рекомендаций).
Требование действующего стандарта [1] к измерению температурного режима только на любых двух противоположных калибровочных образцах не может обеспечить достаточную уверенность в эквивалентности теплового воздействия на каждом из четырех образцов. Поэтому необходимо, что
весьма актуально при отсутствии в стандарте метода контроля равномерности распределения по сечению воздушного потока, поступающего в нижнюю часть камеры сжигания, хотя бы при проведении периодической метрологической аттестации исследовать эквивалентность теплового воздействия на каждом из четырех образцов.
При проведении калибровки необходимо контролировать не только значения температур в контрольных точках, но и стараться достичь наименьшего расхождения показаний каждой из термопар в
1-й контрольной точке (i = 1, 2, 3) для каждого калибровочного образца (j = 1,2, 3,4) от их среднего арифметического значения (при условии попадания значения в требуемый температурный диапазон согласно требованиям табл. 1).
Математически это требование можно выразить следующим образом:
| T.cp - j ^ min для j = 1, 2, 3, 4,
где T? =ХTjl4;
j=1
T j — значение температуры в i-й контрольной точке для j-го калибровочного образца, полученное при калибровке.
Например, пусть были проведены калибровки на двух испытательных установках и получены следующие значения (табл. 2).
Как видно из табл. 2, результаты обеих калибровок удовлетворяют требованиям табл. 1, но при этом очевидно, что результаты калибровки на
2-й испытательной установке более предпочтительны, так как дают меньший разброс значений от среднего значения. Это позволяет сделать вывод, что условия эквивалентности теплового воздействия лучше обеспечиваются на 2-й испытательной установке. В дальнейшем это позволит достичь лучшей сходимости и воспроизводимости результатов испытаний образцов реальных строительных материалов.
ТАБЛИЦА 2. Пример характерных температурных режимов, полученных при калибровке на двух различных испытательных установках по ГОСТ [1] (метод II)
1-я испытательная 2-я испытательная
установка установка Контроль- -
ная точка Температуры на противоположных термопарах
(см. табл. 1) на момент окончания теплового воздействия
j =1 j = 2 j =1 j = 2
1 (i = 1) 295 260 280 285
2 (i = 2) 210 175 205 210
3 (i = 3) 135 115 125 130
Отдельный вопрос представляет корректность расположения дымовых термопар в соответствии с требованиями рис. Б1 приложения Б ГОСТ [1]. Расстояние 135 мм от края вентиляционной трубы обеспечивает совпадение вертикальных проекций горячих спаев каждой из дымовых термопар на горизонтальную плоскость с аналогичными проекциями горячих спаев термопар, использующихся с калибровочными пластинами и располагающихся на расстоянии 10 мм от их поверхностей.
Формирующийся внутри держателя с образцами (в "трубе") направленный поток нагретых газов со специфическим температурным градиентом вблизи поверхности калибровочных образцов после выхода из держателя с образцами (из "трубы") может сохранить в дальнейшем характерное распределение температур в горизонтальной плоскости лишь в случае неизменности сечения шахты.
Согласно же требованиям п. 7.3.6 ГОСТ [1] подаваемый в камеру сгорания воздушный поток должен быть распределен равномерно по сечению 800 X 800 мм, а дымовые термопары располагаться в дымоотводной трубе диаметром 500 мм, в которую плавно переходит сечение камеры сгорания.
Ввиду того, что переход потока из одного сечения в другое в процессе калибровки (при отсутствии горения испытываемых образцов) происходит при сравнительно малых скоростях v, а именно
v ~ 4 = —= 0,26 м/с,
L 60 • 0,8 2
можно принять, что турбулизация потока внутри испытательной установки, вертикальный размер которой сравним с характерным размером сечения, не имеет места, и течение газов внутри испытательной установки можно считать ламинарным. Перемешивания между трубками тока нагретой смеси продуктов сгорания и воздуха, выходящих из внутренней части держателя, и трубками тока воздушных потоков, не проходящих через внутреннюю часть держателя (рис. 1), в этом случае практически не происходит, и сформировавшиеся линии тока сохраняют свое направление. Вследствие этого на основе объективных законов гидродинамики можно предположить, что относительное распределение температурных полей в горизонтальной плоскости, движущейся со скоростью потока, сохранится и в дымовой трубе. Изменение же масштаба относительного распределения будет зависеть от отношения площадей переходных сечений, т.е. в дымовой трубе будет происходить пространственный "поджим" к центру сечения каждой из горизонтальных изотерм, формирующихся на выходе из держателя.
Таким образом, на дымовые термопары, находящиеся на расстоянии 135 мм от края дымовой тру-
Д А
.135,
Di
,135.
РИС.1. Характерное изменение направления линий тока воздушных потоков при переходе из внутреннего пространства камеры сгорания в дымоход испытательной установки "шахтная печь" по ГОСТ [1] (Ь1 — размер сечения камеры сгорания; Ь2 — расстояние между горячими спаями термопар внутри держателя при калибровке; Б1 —диаметр дымохода)
бы, может попадать воздушный поток, вообще не проходивший через камеру сгорания внутри держателя, т.е. существенно холоднее. Именно поэтому обеспечить требуемый температурный диапазон 90-105°С в контрольной точке 4 (см. табл. 1) на расстоянии 135 мм от края дымовой трубы при соблюдении температурного режима в контрольных точках 1, 2, 3 не представляется возможным, и термопары необходимо вдвигать внутрь дымохода на дополнительное расстояние Д (рис. 1).
Теоретические оценки, основанные на элементарной геометрии, дают для величины Д следующее соотношение:
Д =
L2(1 - DJ Li)
2
(1)
При L1 = 800 мм, L2 = 230 мм и D1 = 550 мм величина Д~35 мм.
Из практического опыта работы установлено, что наиболее оптимальным расстоянием от горячих спаев дымовых термопар до края дымохода (при условии равномерного распределения воздушного потока в камере сгорания) является расстояние 175-180 мм (оцененное теоретически — 170 мм). Различие теоретических расчетов и практики в данном случае объясняется, по-видимому, переходными явлениями, возникающими вследствие разности скоростей потоков нагретых газов, выходящих из держателя, и воздушных потоков, обдувающих держатель с внешней стороны. Более высокий скоростной поток согласно закону Бернулли создает трубку тока с более низким давлением, в результате чего линии тока нагретого потока, из-за образую-
щегося дополнительного перепада давления в горизонтальной плоскости, еще сильнее смещаются к центру.
Таким образом, при существующих требованиях ГОСТ [1] установку можно считать пригодной к проведению испытаний, если температурный режим 90-105°С обеспечивается на горячих спаях термопар, расположенных на расстоянии 175-180 мм от края дымовой трубы.
Примечание. Данные выводы справедливы при равномерном распределении по сечению воздушного потока, поступающего в нижнюю часть камеры сжигания, строгой вертикальной ориентации держателя и расположении сегментов горелки на одинаковом расстоянии от экспонируемых поверхностей. Если вышеперечисленные условия не соблюдаются, то для дымовых термопар могут наблюдаться индивидуальные отклонения от указанных расстояний, которые необходимо определять практическим путем.
При проведении калибровки держатель с калибровочными пластинами должен быть установлен строго вертикально, проекция его вертикальной оси симметрии должна совпадать с геометрическим центром вертикальной проекции камеры сгорания на горизонтальную плоскость.
Эффект изменения условий теплового воздействия на поверхность образцов может также усиливаться вследствие аэродинамических особенностей взаимодействия воздушных потоков с потоками нагретых продуктов сгорания. Как было указано выше, держатель с закрепленными образцами представляет собой отрезок трубы, поэтому при розжиге газовой горелки на фоне вынужденной конвекции воздуха, обусловленной работой системы подачи и удаления воздуха, возникает более мощная естественная конвекция, обусловленная возникающим перепадом давления вследствие движения потока нагретых продуктов сгорания газа. В этих условиях, без применения специальных экранирующих пластин (рис. 2), интенсивный приток воздуха, поступающий во внутреннюю часть держателя, будет отклонять факел пламени каждого сегмента горелки от поверхности образца. На температуре в контрольных точках это может сказываться совсем незначительно, причем в наибольшей степени указанный эффект будет проявляться на ближайших к горелке термопарах и в наименьшей — на наиболее удаленных.
Наблюдаемый эффект является по сути краевым, и далее по высоте держателя вблизи поверхностей образцов формируется типичный тепловой пограничный слой с характерным температурным градиентом. В то же время указанные обстоятельства могут оказывать значительное влияние на возникновение горения (воспламенение) и его развитие. Таким образом, на это также надо обращать внимание.
L
< 2>
Направление
воздушного
потока
1
(
1
Направление
воздушного
потока
ТАБЛИЦА 3. Результаты испытаний на горючесть по ГОСТ [1] (метод II) теплоизоляционного материала пено-изол, ТУ 5768-001-18043501-97
3'
РИС.2. Схематичное изображение направления воздушных потоков, проходящих через внутреннее пространство держателя с образцами (внутри "трубы"), и их влияние на отклонение факела пламени газовой горелки от экспонируемой поверхности: а — без применения специальных экранирующих пластин; б — с применением специальных экранирующих пластин (1 — держатель, 2 — образец, 3 — сегмент газовой горелки, 4 — экранирующая пластина)
При правильной установке держателя образца и обеспечении в держателе принципа эквивалентного теплового воздействия дымовые термопары должны обеспечивать нормативный тепловой режим на одинаковом расстоянии от горячих спаев до края дымовой трубы. При этом оптимальным считается отклонение от средней величины не более чем на 1 мм (например, 176 ± 1, 177 ± 1, 178 ± 1 или 179 ± 1 мм).
1.2. Кондиционирование образцов
Хотя в ГОСТ [1] и отсутствуют требования к кондиционированию образцов, необходимость в этой процедуре очевидна. К чему может приводить вышеуказанное отсутствие в ГОСТ требований можно проиллюстрировать на примере результатов испытаний теплоизоляционного материала пено-изол, ТУ 5768-001-18043501-97 (рис. 3, табл. 3).
При испытаниях образцов пеноизола, непосредственно изъятых из упаковочной целлофановой тары (без предварительного кондиционирования), были получены результаты, позволяющие отнести материал к группе Г2 (умеренногорючий), а при испытаниях образцов того же пеноизола после предварительного кондиционирования в течение всего лишь двух суток в лабораторных условиях — к группе Г3 (нормальногорючий).
На рис. 3 представлена динамика изменения температуры дымовых газов. На кривой "температура - время" для "влажного" пеноизола видна характерная "полочка", обусловленная процессом испарения влаги (промежуток времени от 1,0 до 1,4 мин после начала опыта), который, как видно из представленных в табл. 3 данных, оказывает серьезное влияние на результаты испытаний.
Пеноизол "сухой" Пеноизол "влажный"
Классификационные показатели (подвергнутый предварительному кондиционированию) (неподвергутый предварительному кондиционированию)
Температура ды- 213 110
мовых газов, °С
Продолжитель- 0 0
ность самостоя-
тельного горения, с
Степень поврежде-
ния, %:
по длине 100 42
по массе 15 22
250
Пеноизол: — "влажный" - "сухой"
23456789 Время испытания, мин
РИС.3. Зависимость температуры дымовых газов от времени при стандартных испытаниях на горючесть по ГОСТ [1] (метод II) материала теплоизоляционного пеноизол, ТУ 5768-001-18043501-97
Необходимость кондиционирования актуальна не только для образцов строительных материалов, но также и для асбоцементных плит, использующихся в качестве негорючей основы, повышенная влажность которых (более 8%) может стать причиной их взрывного разрушения во время испытаний.
Таким образом, рекомендуется до введения соответствующих поправок в [1] выдерживать образцы строительных материалов и асбестоцементные плиты до достижения равновесной массы в лабораторных условиях (в отапливаемом помещении). Ввиду того, что испытываемые СМ обычно используются в жилых зданиях, данное предложение является вполне обоснованным, особенно с учетом различных температурно-влажностных характеристик в различных геофизических регионах России.
3
Пожарная безопасность зданий, сооружений, объектов
1.3. Подготовка образцов к проведению испытаний
Подготовка образцов является важным этапом проведения испытаний, имеющим влияющее значение на достоверность их результатов. В подготовке образцов весьма важным выступает:
• приклейка образцов к негорючему основанию (асбестоцементной плите);
• установка образцов в держателе.
Это связано прежде всего с тем, что на сходимость результатов в каждой серии испытаний влияют такие факторы, как:
• равномерность нанесения клеевого состава на асбестоцементные плиты, количество клеевого состава, его теплофизические характеристики и равномерность приклейки облицовочного или отделочного материала к основанию;
• эквивалентность теплового воздействия на каждый из 4-х испытываемых образцов в процессе проведения испытания (особенно до момента их воспламенения).
Таким образом, при подготовке образцов целесообразно выделить следующие этапы:
• определение образцов для каждой серии испытаний;
• приклейка горючих образцов к негорючему основанию.
1.3.1. Определение образцов для каждой серии испытаний
Кондиционированные в лабораторных условиях асбестоцементные плиты в количестве 12 штук взвешиваются и разбиваются на 3 группы с наиболее близкими значениями масс.
Например, пусть в результате взвешивания асбоцементных плит получены следующие значения (табл. 4).
Исходя из результатов, представленных в табл. 4, целесообразно выделить следующие группы образцов:
I группа — образцы 1, 2, 6, 12 («[р = 3,884 кг);
II группа—образцы 4,9,10,11 («^ = 3,990кг);
III группа — образцы 3, 5, 7, 8 («[р = 4,159 кг).
Необходимость данной процедуры связана с обеспечением принципа эквивалентности теплового воздействия на каждый из четырех образцов в процессе проведения испытания, так как при значительной разнице масс образцов асбоцементных
плит данный принцип может нарушаться вследствие разницы в их теплоемкостях.
После разделения асбоцементных плит (негорючих оснований) на группы целесообразно разбить соответствующим образом на группы и образцы строительного материала.
В свою очередь, для увеличения общности результатов испытаний полученные группы материалов и асбоцементных листов целесообразно объединить следующим образом: группу материалов с наибольшей средней массой объединить с группой асбоцементных листов с наименьшей средней массой, а группу материалов с наименьшей средней массой объединить с группой асбоцементных листов с наибольшей средней массой, после чего объединить оставшиеся группы.
1.3.2. Приклейка горючих образцов
к негорючему основанию
Клеевой состав должен наноситься на асбесто-цементные плиты равномерно. Марка клея должна соответствовать техническим условиям на материал. Если нормативные документы не требуют конкретной марки, рекомендуется использовать клей типа ПВА. Ввиду того, что клеевая прослойка между образцом и основанием может оказывать значительное влияние на теплоотвод от материала в негорючее основание, при нанесении клеевого состава целесообразно контролировать его расход и обязательно заносить данные значения в протокол испытаний. Расход состава определяется элементарным взвешиванием негорючего основания вместе с образцом до и непосредственно после приклейки материала. В процессе приклейки необходимо обеспечивать равномерное прижатие образцов к негорючему основанию по всей его длине.
Как показывает практика, способ и качество приклейки может оказывать значительное влияние на результаты испытаний. Влияние расхода клеевого состава, а также его типа на процесс испытаний можно продемонстрировать на примере результатов испытаний линолеума поливинилхлоридного без подосновы по ТУ 5771-003-05024784-2000 (рис. 4).
На графике представлены результаты испытаний трех серий образцов:
1 серия — образцы линолеума, приклеенные на асбестоцементные плиты клеем ПВА (ТУ 5362017-02495282-97) со средним расходом 150 г/м2;
ТАБЛИЦА 4. Характерные значения масс асбоцементных плит, используемых в качестве негорючей основы при испытаниях образцов строительных материалов по ГОСТ [1] (метод II)
Номер образца 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Масса плиты,кг 3,850 3,864 4,190 4,024 4,162 3,932 4,134 4,151 3,962 3,944 4,030 3,888
600500-о 400-
о
са £
5 300-
6
о с
£ 200100-
0
0 2 4 6 8 10
Время испытания, мин
РИС.4. Зависимость температуры дымовых газов от времени при стандартных испытаниях на горючесть по ГОСТ [1] (метод II) линолеума поливинилхлоридного без подосновы, ТУ 5771-003-05024784-2000
2 серия — образцы линолеума, приклеенные на асбестоцементные плиты клеем ПВА (ТУ 5362017-02495282-97) со средним расходом 250 г/м2;
3 серия — образцы линолеума, приклеенные к асбоцементным плитам приклеивающей мастикой "Мастэлон" (ТУ 38305-8-232-92).
На первый взгляд результаты испытаний линолеума выглядят довольно парадоксально, но в то же время эти результаты для термически тонкого материала (каким можно считать линолеум) имеют достаточно простое объяснение. Так, снижение максимальной температуры дымовых газов во 2-й серии испытаний по сравнению с 1-й серией при увеличении расхода клея ПВА объясняется обеспечением более плотного контакта поверхностей материала и основы и, соответственно, улучшением теплоотвода от образца в негорючую основу.
Наиболее же парадоксальный результат 3-й серии объясняется принципиально отличными характеристиками клеевого состава "Мастэлон", который обладает по сравнению с ПВА гораздо более высокой теплопроводностью, что интенсифицирует сток тепла в негорючую основу и не позволяет аккумулировать достаточное его количество для развития процесса горения.
1.4. Подготовка держателя
Для устранения неплотностей между рамой держателя и испытываемыми образцами, через которые в стадии инициирования процесса горения проникают потоки холодного воздуха, интенсифицирующие теплоотвод и изменяющие критические условия зажигания (динамику нагрева экспонируемой поверхности, начало термического разложения и воспламенение), рекомендуется использовать для герметизации прокладки из асбокартона толщиной
не более 3 мм. Прокладки рекомендуется выполнять размером 25 х 1000 мм (для достижения размера 1000 мм допускается стыковка отдельных полос, желательно не более двух), прокладки приклеиваются с внешних сторон рам держателя.
Приклеиваемая прокладка с каждой стороны рамы не должна закрывать экспонируемую поверхность испытываемого образца более чем на 5 мм. Прокладки приклеиваются к раме держателя при помощи термостойкого клея.
1.5. Установка образцов в держатель
В данном случае целесообразно выделить три характерные группы образцов:
• образцы, приклеенные нанегорючее основание;
• образцы, испытываемые без негорючей основы;
• термопластичные образцы.
1.5.1. Установка в держатель образцов,
приклеенных на негорючее основание
Если после высыхания клея вследствие изначальной неровности образцов и асбоцементных плит наблюдаются их локальные отслоения от негорючего основания (асбоцементной плиты), то образцы следует вставить в держатель таким образом, чтобы в зоне огневого воздействия находилась наиболее хорошо приклеенная часть образца. При этом для соблюдения принципа общности, а также учитывая тот факт, что подобная приклейка образцов будет наблюдаться и на реальных объектах, желательно в одной из серий испытаний разместить образцы также и таким образом, чтобы в зоне огневого воздействия находились их наиболее плохо приклеившиеся части. Данное испытание позволит оценить степень влияния качества приклейки на результаты испытаний.
1.5.2. Установка в держатель образцов,
испытываемых без негорючей основы
Материалы без негорючей основы очень часто испытывают в процессе испытания на термическое разрушение или коробление. Наиболее типичными из таких материалов являются профили.
Необходимо обратить внимание на то, что в условиях испытаний по данному методу для строительных материалов, испытываемых без негорючей основы, достаточно сложно достичь точной воспроизводимости результатов (рис. 5, 6). Это, по-видимому, связано с условиями теплового баланса при развитии горения, когда в процессе испытания происходит плохо прогнозируемое частичное термическое разрушение или коробление образцов, обеспечивающее в стадии инициирования и развития горения дополнительный теплоотвод вследствие притока холодного воздуха в зону горения. В каждом из испытаний, ввиду непредсказуемости
450400350-1Р 300-Е? 250-
§ 2002
го
н 15010050 0
0 2 4 6 8 10 12 Время испытания, мин
РИС.5. Зависимость температуры дымовых газов от времени при стандартных испытаниях на горючесть по ГОСТ [1] (метод II) профилей погонажных поливинилхлоридных для оконных и дверных блоков, ТУ 5772-193-00203312-99
600500-О 400-
о
аур
ута 300
1000
0 2,5 5 7,5 10 Время испытания, мин
РИС.6. Зависимость температуры дымовых газов от времени при стандартных испытаниях на горючесть по ГОСТ [1] (метод II) профилей погонажных поливинилхлоридных для оконных и дверных блоков, проведенных в рамках круговых (межлабораторных) испытаний
1-е испытание
2-е испытание
3-е испытание
изменения прочностных свойств материала, такое явление наблюдается в большей или меньшей степени, в результате чего случайным образом изменяются условия теплообмена и аккумуляции тепла. При этом, как можно видеть на рис. 5 и 6, даже в таких сложных условиях проявляются индивидуальные физико-химические свойства материала, в частности количество температурных пиков.
Поэтому в процессе подготовки таких образцов для получения приемлемой воспроизводимости результатов необходимо принимать соответствующие меры, основными из которых являются скрепление профилей между собой, закрепление их в верхней части держателя (если обрушение наблюдается до
момента окончания огневого воздействия) и предотвращение во время испытания "провала" образцов во внутреннюю часть держателя (для этого можно использовать обыкновенную металлическую проволоку).
На рис. 6 представлены результаты испытания ПВХ-профиля, проведенных как с закреплением, так и без такового. Хотя во всех трех испытаниях обрушения образцов до момента окончания огневого воздействия не происходило, результаты постогневого воздействия уже значительно различались (табл. 5) и зависели от способа закрепления образцов в держателе.
ТАБЛИЦА 5. Классификационные результаты стандартных испытаний на горючесть профилей погонажных поливинилхло-ридных для оконных и дверных блоков, проведенных в рамках круговых (межлабораторных) испытаний
№ Масса комплекта из четырех образцов, г Потеря массы, Длина поврежденной части, см Степень повреждения Максимальная средняя температура Продолжительность самостоятельного
до опыта после опыта % 1 2 3 4 по длине, % дымовых газов, °С горения, с
1 17626 11223 36 100 100 100 100 100 515 146
415 (пламенное горение) 1325(пламенное горение + тление)
2 17612 7948 55 100 100 100 100 100 547
3 17570 13384 24 100 100 100 100 100 548 87
Примечания: В 1-м испытании образцы были закреплены с помощью металлической проволоки, препятствующей провалу образцов внутрь держателя, но не препятствующей обрушению образцов под действием собственного веса (во время испытания обрушился один из четырех образцов).
Во 2-м испытании образцы были установлены в держатель стандартным способом без использования дополнительных креплений (обрушились все четыре образца).
В 3-м испытании образцы были закреплены в верхней части держателя (обрушения ни одного из образцов до прекращения горения не произошло).
1.5.3. Установка в держатель термопластичных образцов
Если образцы строительных материалов способны плавиться при нагреве, т.е. являются термопластичными, то ввиду отсутствия в стандартном испытательном оборудовании по ГОСТ [1] специального собирающего устройства в процессе испытания образующийся расплав вытекает из держателя и застывает на сетке диафрагмы. Это, в свою очередь, затрудняет поступление воздуха в зону горения, искажает равномерность воздушного потока и, соответственно, оказывает влияние на развитие процесса горения.
Проблема, возникающая при испытаниях термопластичных строительных материалов, может быть решена введением в испытательное оборудование по [1] специального поддона (рис. 7), обеспечивающего сбор образующегося при испытаниях асплава и не препятствующего условиям газообмена.
неэквивалентному перераспределению конвективных тепловых потоков и существенному разбросу показаний дымовых термопар в дальнейшем.
1.7. Контроль воспроизводимости
результатов
В процессе испытаний и после их окончания необходимо быть уверенными в том, что достигнут достаточный уровень сходимости результатов.
Наиболее наглядный контроль за сходимостью результатов испытаний достигается при использовании многоканального измерителя температуры дымовых газов с памятью или выходом на ПЭВМ, опрашивающего все 4 дымовые термопары за время не более 2-3 с. Такое несложное техническое усовершенствование позволяет построить точную графическую зависимость средней температуры дымовых газов от времени испытания для каждой серии образцов. Анализ полученных графиков позволяет легко и просто сравнить характер развития горения в каждой серии испытаний.
А200
А350
Отверстие для поступления воздуха внутрь держателя
Общий вид поддона
РИС.7. Поддон для сбора образующегося расплава при испытаниях термопластичных строительных материалов по ГОСТ [1] (метод II)
Согласно проведенным экспериментальным исследованиям, введение данного поддона в испытательную установку не влияет на тепловой режим установки (все температуры в критических точках при калибровке испытательной установки с использованием приведенного на рис. 7 поддона остаются в декларированных табл. 1 допусках).
Способность материала плавиться при нагреве можно выяснить при проведении простейшего экспресс-теста на малом образце материала с использованием пламени обыкновенной газовой зажигалки или спички.
1.6. Розжиг горелки
Розжиг всех четырех сегментов горелки рекомендуется проводить одновременно, так как даже незначительное горение одного сегмента при отсутствии горения на остальных может привести к
1.8. Оценка результатов испытаний
1.8.1. Степень повреждения по длине
Оценка такого классификационного параметра как степень повреждения по длине является наиболее "узким" местом данного метода испытания. Во многих случаях неправильная трактовка результатов испытаний по этому параметру может привести как к занижению, так и к завышению потенциальной пожарной опасности строительного материала.
Приведем пример, связанный с испытаниями на горючесть антипирированного пенополистирола ПСБ-С (ГОСТ 15588-86).
В условиях испытаний по ГОСТ [1] (метод II) при воздействии на антипирированный пенополи-стирол интенсивного конвективного теплового потока и при наличии мощного источника зажигания происходила кратковременная пробежка пламени по всей длине поверхности образцов без возникновения в течение всего времени испытания последующего устойчивого горения. После пробежки пламени на всей поверхности материала оставались лишь следы оплавления, которые согласно имеющейся классификации [1, п. 7.6.1] не являются характеристиками повреждения по длине. В то же время неучитывание степени повреждения по длине позволяло относить пенополистирол в группу слабогорючих материалов (Г1), при учете же 100%-ной степени повреждения по длине материал соответствовал группе нормальногорючих материалов (Г3), что, на наш взгляд, является вполне обоснованным, так как способность материала распространять пламя по поверхности является
серьезной пожароопасной характеристикой и не может не приниматься во внимание при определении горючести материала. Аналогичные проблемы рассматриваемой классификации возникают также с антипирированной древесиной [2]. Только в случае антипирированной древесины обугливание ее поверхности не является следствием распространения по ней фронта пламени, а в случае антипириро-ванного пенополистирола отсутствие обугливания на поверхности не свидетельствует о том, что фронт пламени по ней не распространялся.
Именно поэтому данному параметру необходимо уделять существенное внимание, особенно при определении группы горючести.
1.8.2. Потеря массы
В процессе испытания, как уже было сказано выше, часто происходит частичное разрушение образцов. Обрушившиеся части выпадают из держателя и остаются на металлической сетке диафрагмы. Пункт 7.6.1 [1] требует измерять лишь массу образца, оставшуюся на держателе. В то же время очевидно, что такой подход ведет к неаргументированному увеличению потери массы и не отражает реальной пожарной опасности СМ. Поэтому рекомендуется после окончания испытания и остывания установки собирать и взвешивать все остатки
материала, находящиеся как в держателе, так и на сетке диафрагмы.
Достаточно большую трудность представляет определение потери массы лакокрасочных покрытий, нанесенных на негорючее основание (асбесто-цементную плиту). Как правило, в процессе испытания происходит не только выгорание покрытия, но и удаление влаги из асбестоцементной плиты, имеющей даже в воздушно-сухом состоянии определенное ее количество. Снять покрытие с основы после испытания в большинстве случаев не представляется возможным. Поэтому для большей корректности взвешивание асбестоцементной плиты с обгоревшим покрытием рекомендуется проводить не после остывания образца до комнатной температуры, а желательно не ранее чем через сутки, чтобы асбестоцементная плита успела набрать необходимую влажность, которую имела до начала испытания. Для повышения точности необходимо в данном случае проводить контроль относительной влажности воздуха в помещении и наступления равновесного состояния по изменению массы асбе-стоцементной плиты.
Взвешивание плиты непосредственно после испытания может повлиять на завышение реальной потери массы лакокрасочного покрытия и, как следствие, завышение его реальной потенциальной пожарной опасности.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 30244-94. Материалы строительные. Методы испытания на горючесть.
2. Таубкин С. И., Таубкин И. С. К вопросу оценки горючести твердых материалов // Пожаро-взрывобезопасность. 1999. Т. 8. № 2. С. 112.
Поступила в редакцию 28.04.04.
