CC BY
31
ОГНЕЗАЩИТА
Московский государственный строительный университет
Н. А. Гаращенко
УДК 614.841.332:620.197.6
РЕЗУЛЬТАТЫ ОГНЕВЫХ ИСПЫТАНИИ КЛЕЕНОДЕРЕВЯННЫХ ПАНЕЛЕЙ СО ВСПУЧИВАЮЩИМИСЯ ПОКРЫТИЯМИ
Рассмотрены результаты огневых испытаний по определению класса пожарной опасности по ГОСТ 30403-96 [1] клеенодеревянных панелей, защищенных вспучивающимися покрытиями. Проведен анализ показаний термопар, установленных в дополнение к измерительным средствам, предусмотренным ГОСТ [1], как на границе между покрытием и панелью, так и по ее толщине. Показано, что при использовании вспучивающихся покрытий ФЕНИКС ДП и ПРОТЕРМ ВУД для конструкций из древесины обеспечивается класс пожарной опасности К0(30).
Деревоклееные конструкции (ДКК), как и все строительные конструкции, должны подвергаться огневым испытаниям для определения их пределов огнестойкости по ГОСТ 30247.0-94 [2] и ГОСТ 30247.1-94 [3], а также класса пожарной опасности по ГОСТ 30403-96 [1]. Испытания в огневых печах для оценки пределов огнестойкости конструкций из древесины в нашей стране не проводились последние 15 лет.
В то же время за рубежом уделяется серьезное внимание экспериментальной оценке пределов огнестойкости деревянных и деревоклееных конструкций, причем значительная часть огневых испытаний проводится при использовании вспучивающихся огнезащитных покрытий. Имеются данные по испытаниям таких конструкций с покрытием ПРОТЕРМ ВУД, проведенным в специализированных испытательных центрах Италии и Финляндии. Судя по их результатам, это покрытие существенно повышает предел огнестойкости конструкций относительно небольших сечений. На крупных несущих конструкциях с большой площадью поперечного сечения подобные результаты не столь очевидны, в то же время применение вспучивающихся покрытий представляется перспективным для снижения конструктивной пожарной опасности.
Однако испытания для оценки пожарной опасности конструкций из древесины с огнезащитой по ГОСТ 30403-96 [1] в нашей стране до последнего времени не проводились вообще, несмотря на то, что требования по классу пожарной опасности содержатся в СНиП 21-01-97* [4]. Это в значитель-
ной степени препятствовало использованию ДКК в строительстве.
Для оценки пожарной опасности ДКК со вспучивающейся огнезащитой были проведены испытания в лаборатории "Пожполитест-М" испытательного центра пожарной безопасности АНО по сертификации "Электросерт". Конечной целью таких испытаний было определение возможности получения такими конструкциями класса пожарной опасности К0(15) или К0(30), что является очень важным для обоснования допустимости и безопасности их практического использования.
Испытываемые образцы представляли собой клеенодеревянные панели, изготовленные из досок размером 30х 127 мм. Материал досок — сосна II сорта. Для склеивания досок используется клей типа ФРФ. Панель удовлетворяет требованиям нормативных документов.
Испытания проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 30403-96 [1] "Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности" в условиях теплового воздействия по ГОСТ 30247.0-94 [2] "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования". При испытаниях образцов с огнезащитой контролировались следующие параметры и предельные состояния:
• наличие теплового эффекта от горения материалов образца, который выражается в превышении температуры в огневой и тепловой камерах по сравнению с верхними допустимыми границами температурных режимов;
• наличие пламенного горения газов, выделяющихся при термическом разложении материалов образца, продолжительностью более 5 с;
• наличием горящего расплава при продолжительности его горении более 5 с;
• размером повреждения образца (древесины) в контрольной зоне (обугливание, оплавление и выгорание материалов, из которых изготовлена конструкция, на глубину более 2 мм и длиной более 50 мм);
• пожарной опасностью материалов, из которых выполнена конструкция, имеющих повреждение в контрольной зоне образца.
Схема установки для проведения испытаний, состоящей из огневой и тепловой камер, представлена на рис. 1.
Сгорание топлива происходит в огневой камере, в которой задается стандартный температурный режим. Тепловое воздействие на конструкцию происходит в обеих камерах, причем в тепловой должен реализовываться температурный режим, задаваемый зависимостью:
Тг= То+ 200\о% (81 +1), (1)
где Т^ —температура газовой среды при пожаре, °С; Т0 — начальная температура; t — время от начала испытания, мин. По ГОСТ 30403-96 [1] были проведены испытания деревоклееных панелей с огнезащитными вспучивающимися покрытиями ПРОТЕРМ ВУД и ФЕНИКС ДП.
Первое испытание проводилось при использовании прозрачного покрытия (лака) ПРОТЕРМ ВУД. Оно представляет собой суспензию пигментов, газообразующих веществ, наполнителей и целевых добавок в водной дисперсии на основе поли-винилхлоридной смолы. Покрытие наносилось на
4
о к
о о 2
х\\\\\\\Г
к
1
о о
г
W,
Рис. 1. Схема печи для оценки пожарной опасности вертикальных конструкций по ГОСТ 30403-96 [1]: 1 — огневая камера; 2 — тепловая камера; 3 — стена печи; 4 — перекрытие тепловой камеры; 5 — перекрытие огневой камеры; 6 — испытуемый образец
поверхность панели в пять слоев. На последний слой наносился укрывной лак ПРОТЕРМ ВУД top A1. Средний расход состава ПРОТЕРМ ВУД составил 1,8 кг/м2 (толщина слоя 1,0-1,2 мм), а укрывного лака— 0,05 кг/м2. Время теплового воздействия при испытаниях ДКК с покрытием ПРОТЕРМ ВУД составило 45 мин.
Дополнительно к измерительным средствам, предусмотренным ГОСТ 30403-96 [1] в различных зонах панели были установлены датчики температуры (термопары) в соответствии со схемой, представленной на рис. 2. Они устанавливались как на границе между покрытием и ДКК перед нанесением огнезащиты, так и по толщине панели. Расстояние от нагреваемой поверхности панели до каждого датчика температур приведено в таблице. Термопары №№ 1-13 размещались в зоне огневой камеры, а термопары №№ 14-18 — в центральной части тепловой камеры на различном расстоянии от плиты, отделяющей тепловую камеру от огневой. Целью установки термопар является получение дополнительной информации по прогреву образцов при испытаниях, что позволяет провести более объективный анализ полученных результатов и создает предпосылки для их переноса на другие условия.
Как видно из таблицы, все термопары в пределах тепловой камеры располагались на глубине 2 мм от поверхности испытываемой ДКК. Это необходимо для того, чтобы с их помощью можно было определить размеры зоны обугливания, про-
вЕ
150
Тепловая камера
-•18
\17
-916 -+15
12
• -
\ Огневая камера
Рис. 2. Схема установки датчиков температуры (термопар) на исследуемых образцах при огневых испытаниях
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2006 ТОМ 15 №2
3
13
Глубина установки термопар, обозначенных на рис. 2, на образцах исследуемых ДКК
Место размещения термопар Номер термопары Расстояние от нагреваемой поверхности ДКК до термопары, мм
Зона огневой 1, 5, 6, 12, 13 0
камеры печи 2,7 2
3, 8 5
4,9 10
10 20
11 30
Зона тепловой камеры печи 14, 15, 16, 17, 18 2
тяженность которой от плиты перекрытия, согласно пункта 9.15 ГОСТ 30403-96 [1], не должна превышать 50 мм. Поскольку температурой обугливания древесины считается 300 °С, в качестве контрольного параметра можно рассматривать время достижение температуры 300 °С на глубине 2 мм от поверхности панели на различном расстоянии от плиты, отделяющей тепловую камеру от огневой.
Кроме этого в результате термопарных измерений планировалось получить важную информацию, необходимую для последующего уточнения и экспериментальной проверки методики теплотехнических расчетов ДКК со вспучивающейся огнезащитой. В ходе экспериментов проводились визуальные наблюдения за состоянием огнезащиты, с помощью которых предполагалось получить данные для уточнения характера и величины вспучивания, а также поверхностного уноса вспученного слоя в условиях огневой печи.
Визуальные наблюдения, проводимые в ходе эксперимента, показали, что происходит приблизительно 100-кратное вспучивание покрытия. Оно началось на 1-й мин, а активное вспучивание наблюдалось с 3-й мин. С 5 по 8 мин происходило интенсивное увеличение его величины и весь образец в пределах огневой камеры оказался под вспученным слоем покрытия значительной толщины. На 20 мин зафиксирована максимальная толщина вспученного слоя (порядка 120 мм), а уменьшение его толщины наблюдалось с 25 мин. Характер нарастания температуры свидетельствует о том, что интенсивное вспучивание покрытия ПРОТЕРМ ВУД начинается при уровне температур 110-140 °С, т.е. при температурах приблизительно на 100 °С меньших, чем для большинства известных огнезащитных вспучивающихся материалов. Близкие данные по температуре начала вспучивания были получе-
ны также в ходе испытаний образцов с данным покрытием на установке лучистого нагрева.
На основании анализа показаний термопар установлено, что для зоны огневой камеры минимальное время обугливания поверхности образца (достижения температуры 300 °С) составило 25 мин, а время достижение температуры 300 °С на глубине 2 мм составило 31-32 мин. Для термопар, расположенных на глубине 2 мм от поверхности испытываемой ДКК на различном расстоянии от плиты, отделяющей тепловую камеру от огневой, время достижение температуры 300 °С для каждой из контрольных термопар (№№ 14, 15, 16) составило 38, 43, 77 мин соответственно.
Таким образом, длина зоны обугливания за время огневого воздействия по стандартному температурному режиму, равного 30 мин, оказалась менее 50 мм, т.е. ниже порогового значения, предусмотренного п. 9.15 ГОСТ 30403-96 [1]. Данным стандартом предусмотрен также учет показателей по-жароопасности огнезащищенной древесины, определяемых по ГОСТ 30244-94 [6], ГОСТ 30402-96 [5] и п. 4.18 ГОСТ 12.1.044-89* [7]. Они определялись в испытательном центре "АНТИП ЛТД". В результате испытаний по ГОСТ 30244-94 [6] установлено, что древесина при нанесении на нее покрытия с расходом 390 г/м2 относится к группе Г1 и по СНиП 21-01-97* [4] является слабогорючим строительным материалом. Испытания по ГОСТ 30402-96 [5] показали, что при использовании покрытия ПРО-ТЕРМ ВУД древесина относится к группе В1, являясь трудновоспламеняемым материалом, а испытания по ГОСТ 12.1.044-89* [7] — к группе Д1,явля-ясь материалом с низкой дымообразующей способностью. Соответствующие показатели для клееной древесины без огнезащиты составили Г4, В2, Д3.
Учитывая полученные результаты, можно сделать вывод о том, что исследуемая клеенодеревян-ная конструкция с покрытием ПРОТЕРМ ВУД, нанесенным с расходом 1,8 кг/м2 (толщина слоя 1,0-1,2 мм) соответствует классу пожарной опасности К0(30). При этом полученные данные свидетельствуют о том, что подобный результат может быть достигнут при меньшей толщине (расходе) огнезащиты.
Получение указанного высокого показателя по конструктивной пожарной опасности ДКК позволило перейти к этапу выбора более эффективного материала и оптимальных толщин (расходов) огнезащиты для достижения подобного результата.
С этой целью было проведено второе испытание деревоклееной панели с использованием прозрачного покрытия (лака) ФЕНИКС ДП. Оно также представляет собой суспензию на основе поливи-нилхлоридной смолы, но отличается от покрытия
ПРОТЕРМ ВУД соотношением компонентов и наличием дополнительных добавок. Покрытие наносилось на поверхность панели в три слоя. На последний слой наносился укрывной лак ФЕНИКС ДП ТОП. Средний расход состава ФЕНИКС ДП составил 1,0 кг/м2 (толщина слоя 0,6 мм), а укрывного лака — 0,05 кг/м2. Время теплового воздействия при испытаниях ДКК с покрытием ФЕНИКС ДП составило 30 мин. На рис. 3, 4 представлены зависимости от времени температуры на границе образец - покрытие, а также по толщине образца, полученные в ходе испытания для зоны огневой камеры. Как видно из графиков, запись показаний температуры осуществлялась и после окончания огневого воздействия на образец.
Визуальные наблюдения за состоянием образца в пределах огневой камеры показали, что, как и в случае использования покрытия ПРОТЕРМ ВУД, происходит приблизительно 100-кратное вспучивание покрытия. Оно начинается на 1 мин, а максимальная толщина вспученного слоя (60 мм) была зафиксирована на 17 мин. С 20 мин толщина вспученного слоя начала уменьшаться. Установлено, что интенсивное вспучивание покрытия ФЕНИКС ДП начинается, как и у ПРОТЕРМ ВУД, при уровне температур 110-140 °С. Об этом свидетельствуют, в частности, показания термопар, расположенных на границе покрытие - образец (см. рис. 3). Наличие перегибов температурных кривых для термопар, расположенных по толщине образца (см. рис. 4), свидетельствует о влиянии влаги, содержащейся в древесине, на прогрев ДКК.
Анализ показаний термопар свидетельствует о том, что для зоны огневой камеры время начала обугливания древесины (достижения температуры 300 °С) составило 23-27 мин. Температура 300 °С
400 -|-
О
& &
о =
Е
О
Н
300
200
100
20 30 40 Время, мин
Рис. 3. Зависимости от времени температуры на границе деревоклееной панели и покрытия ФЕНИКС ДП, полученные в ходе испытания для зоны огневой камеры с помощью термопар № 12 (1), № 5 (2), № 6 (3), № 1 (4)
на глубине 2 мм от поверхности панели в пределах огневой камеры за время эксперимента достигнута не была. Как показали термопары, температура 300 °С не была также достигнута ни одной из контрольных термопар (№ 14-16) в зоне тепловой камеры.
Следовательно, длина зоны обугливания за время огневого воздействия по стандартному температурному режиму, равного 30 мин, оказалась менее 50 мм, т.е. ниже порогового значения, предусмотренного п. 9.15 ГОСТ 30403-96 [1]. Кроме того, для покрытия ФЕНИКС ДП в АНО "Центр испытаний и сертификации НИИЖБ-Полигон" получены показатели пожарной опасности Г1, В1, Д2, Т2 при расходе 320 г/м2.
Таким образом, учитывая приведенные выше результаты, можно сделать вывод о том, что исследуемая клеенодеревянная конструкция с покрытием ФЕНИКС ДП, нанесенным на поверхность ДКК с расходом 1,0 кг/м2 (толщина слоя 0,6 мм) соответствует классу пожарной опасности К0(30). Получе-
300
С
о й
ур
ута р
е п м е
н
200
С
о Й
ур
ута р
20 30 40 Время, мин
Рис. 4. Зависимости от времени температуры по толщине деревоклееной панели, полученные в ходе испытания для зоны огневой камеры с помощью термопар № 7 (1), № 8 (2), № 9 (3), № 10 (4), № 11 (5), расположенных на глубине 2,5,10,20 и 30 мм от поверхности испытываемой ДКК соответственно (а), а также с помощью термопар № 2 (1), № 3 (2), № 4 (3), расположенных на глубине 2, 5 и 10 мм от поверхности ДКК соответственно (б)
ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНаСТЬ 2006 ТОМ 15 №2
а
0
15
ние данного показателя подтверждается сертификатом пожарной безопасности, который получен для ДКК со вспучивающимся огнезащитным покрытием впервые.
Проведенные огневые испытания по оценке пожарной опасности ДКК с огнезащитой по ГОСТ 30403-96 [1] продемонстрировали возможность и целесообразность использовании вспучивающихся покрытий ФЕНИКС ДП и ПРОТЕРМ ВУД для выполнения жестких требований СНиП 21-01-97* [4]
по классу пожарной опасности конструкций из древесины. Это создает предпосылки для более масштабного применения ДКК в строительстве. Кроме того, в ходе проведенных испытаний получена важная информация, которую целесообразно использовать для совершенствования методов теплотехнических расчетов деревянных конструкций с огнезащитой, наличие которых может способствовать повышению качества проектирования ДКК для различных строительных объектов.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 30403-96. Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности. Введен 01.07.96. — М.: Издательство стандартов, 1996.
2. ГОСТ 30247.0-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования. Введен 01.01.96. — М.: Издательство стандартов, 1996.
3. ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции. Введен 01.01.96. — М.: Издательство стандартов, 1996.
4. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений. — М.: Госстрой России, 2001.
5. ГОСТ 30402-96. Материалы строительные. Методы испытания на воспламеняемость. Введен 01.07.96. — М.: Минстрой России, 1998.
6. ГОСТ 30244-94. Материалы строительные. Методы испытания на горючесть. Введен 01.01.95. — М.: Госстрой России, 1994.
7. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. Введен 01.01.91. — М.: Издательство стандартов, 2001.
Поступила в редакцию 16.03.06.
