Предел огнестойкости материалов

Разнообразные строительные нормы определяют порядок строительства зданий для различных целей. Важную роль в них занимает пожарная безопасность зданий.

К важнейшим параметрам, принимаемым во внимание при создании проектов зданий, относится предел огнестойкости строительных конструкций.

Этот термин позволяет оценить уровень сопротивления постройки действию огня во время пожара при высоких температурах. Он измеряется промежутком времени, за которым следует начало необратимых нарушений целостности конструкции:

• объект теряет несущую способность;
• объект теряет конструктивную целостность;
• теряется теплоизоляционная способность объекта.

Составляющие огнестойкости

Обычно несущая способность строения обозначается (R). При пожаре она равняется времени максимального прогиба и опасной деформации или обрушения здания.

Целостность строения, обозначаемая (Е), - время возникновения в конструкции трещин или дыр, через которые огонь и продукты горения могут просочиться на площади, не тронутые пожаром.

Теплоизоляционная способность строения прекращается, когда на поверхностях конструкции, которых не коснулся пожар, происходит повышение температуры до предельного уровня – обозначается (I), или поток тепла (W) на некотором отдалении от охваченного пожаром фрагмента конструкции максимален.

Классификация материалов по огнестойкости

Определение предела огнестойкости конструкций происходит опытным путем в результате проведения испытаний стройматериалов в обстановке, близкой к условиям пожара. Полученные результаты позволяют разделить материалы на классы пожарной безопасности, они могут быть разной степени пожароопасности - от пожаробезопасных до пожароопасных.

Способы увеличения уровня огнестойкости

Чтобы сделать выше пожарную безопасность строительных построек, используются противопожарные преграды. Они предназначены для того чтобы увеличить срок расширения пожара и распространения дыма путем отсечения пожара от прочих помещений.

К их числу относятся особые перегородки, стены и перекрытия, защищающие от пожара. Существуют также минерализированные полосы, экраны, водяные завесы.

Увеличить огнестойкость конструкций помогают модифицированные материалы. Можно использовать конструктивные элементы увеличенного сечения, особые марки бетона с уменьшенной теплопроводностью. Также наносятся слои штукатурки, выполненные из материалов, которые обладают повышенной устойчивостью к высоким температурам. Пределы огнестойкости материалов в случае такой модификации увеличиваются.

Строительные детали из металла обладают малым уровнем огнестойкости, составляющим всего несколько минут. Чтобы предел огнестойкости металлоконструкций увеличить, их окрашивают особыми вспучивающимися красками.

Подобным способом увеличивают сопротивляемость пожару деталей из дерева. С этой целью используются особые антипиреновые пропитки, а также оштукатуривание и окрашивание. Уменьшить же горючесть пластика почти невозможно. От жара и пламени они в самом начале пожара начинают разрушаться. В ходе их разрушения выделяются вещества, которые крайне вредны для здоровья людей, что особенно опасно при пожаре.

Нормативные документы

Огнестойкость зданий регулируется СНиПами. В случае производственных зданий в зависимости от степени огнестойкости присваивается категория построек по пожарной опасности и взрывоопасности (А-Д). При оценке категории помещений нужно иметь информацию о температуре вспышки горючих жидкостей. Ею считается наименьшая температура жидкости, позволяющая образовать смесь пара с воздухом над поверхностью, которая может воспламеняться. В зависимости от температуры вспышки жидкости могут быть легковоспламеняющимися и горючими. У первых температура вспышки до 61°С, у вторых - более 61°С.

Для жилых зданий на основании степени огнестойкости постройки из таблицы в СНиП 21-01-97* получаются нужные пределы огнестойкости всех конструкций.

Для того чтобы была обеспечена пожарная безопасность, необходимо соответствие условию: реальный предел огнестойкости конструкций (Пр) должен быть больше или равняться требуемому (Птр): (Пф>Птр).

Строительные материалы

Для оценки пожароопасности строительных материалов служит несколько пожарно-технических параметров:

• горючесть;
• воспламеняемость;
• распространение огня по поверхности;
• способность к дымообразованию;
• токсичность.

Так, в соответствии с горючестью стройматериалы бывают:

• слабогорючие;
• умеренногорючие
• нормальногорючие;
• сильногорючие.

Огневые испытания

Пределы распространения пламени оцениваются в соответствии с размерами повреждений, полученных в результате горения за пределами зоны действия стандартного пожара. Этот параметр оценивается способом огневых испытаний конструкций по особой методике.

Воспроизведение стандартного пожара происходит в печах, которые футерованы огнеупорным кирпичом. В таких печах сжигается керосин с использованием специальных форсунок. Процесс сгорания в печах контролируют термопары, отдаленные от поверхностей конструкций, подвергаемых испытаниям, на 10 см. Действие форсунок регулируется таким образом, чтобы огонь их не контактировал с термопарами и поверхностями испытываемых конструкций. Температура внутри печи (°С) в ходе испытаний изменяется согласно формуле:

T - T₀ = 345lg(8Ƭ+1)

где Ƭ – период времени, прошедший со старта испытания, мин; T₀ - исходная температура; T- результирующая температура в печи за время Ƭ.

Расчет стойкости к пожару

Предел огнестойкости конструкций можно и рассчитать эмпирически. Для этого должны быть известны схемы их разрушения под воздействием огня и параметры теплофизики, прочности, деформации стройматериалов при наличии высоких температур.

Как правило, такой расчет заключается в решении задач статики и теплотехники. Теплотехнический расчет состоит в нахождении температуры конструкции при воздействии пламени по ее сечению. Статическая задача решается по определенной во время огневых испытаний схеме разрушения. При ее решении применяются уравнения равновесия и деформации. Расчет в статике дает возможность определить, как зависит уменьшение прочности или увеличение деформаций конструкций от срока действия огня. На основе этих расчетов предел огнестойкости находится как период, после которого несущая способность конструкции уменьшается до уровня рабочей нагрузки или деформация становится максимальной. Иногда может быть сразу определена критическая температура, которая может обрушить конструкцию.

Использование данных расчетов

Информация о пределах огнестойкости и распространении пламени служит для проектов строений, которые по нормативной документации делятся на пять групп огнестойкости. Для них существуют необходимые пределы огнестойкости и распространения пламени конструкций. Пределы огнестойкости находятся в диапазоне 0,25 - 2,5 часов, пределы распространения пламени 0 - 400 мм. Для увеличения огнестойкости используют методы огнезащиты.

Категории огнестойкости дверей

Имеющиеся нормы, согласно которым сертифицируются противопожарные двери, регулируют защиту помещений от пламени и дыма в некотором интервале времени.

Рассматриваются такие параметры:

• утрата несущей способности (R) - появление критических деформаций, которые мешают открыванию дверей;
• утрата целостности (Е) - появление сквозных дыр и трещин, пропускающих огонь и дым на внешнюю поверхность.
• утрата теплоизолирующей способности (I) – нагревание внешней части двери до критических значений.

Предел огнестойкости дверей измеряется в минутах и означает время, на исходе которого дверь теряет способность выполнять противопожарные функции. Этот параметр называют индексом REI. Если он равен 30, следовательно предел огнестойкости - 30 минут по любому из трех параметров.

Противопожарные двери выпускаются с огнестойкостью 30 и далее с интервалом в 30 минут. Самый большой период огнестойкости составляет 360 минут. Необходимость в таких дверях возникает в случае специальных производственных объектов. Такой срок способны выдержать лишь двери, имеющие особое заполнение коробов и полотен. В такой ситуации это касается не только параметров одной отдельной двери, но и влияет на предел огнестойкости перегородок.