Огнестойкость строительных конструкций и предел огнестойкости, основные характеристики материала

Что это такое?

Огнеупорный материал – особый продукт промышленного производства, в основе которого лежит минеральное сырье. Отличительная особенность подобных огнеупоров – возможность эксплуатации материала при повышенных температурах, что позволяет использовать огнеупоры для возведения различных конструкций и защитных покрытий.

В качестве сырья в основном выступают:

  • сложные оксиды;
  • бескислородные соединения;
  • оксинитриды;
  • сиалоны;
  • оксикарбиды.

Для производства огнеупоров задействуют разные технологии и этапы, среди которых наиболее важным является тепловая обработка изделия. Также будущее изделие подвергается:

  • измельчению компонентов состава;
  • созданию шихт;
  • формованию;
  • прессованию.

Последний этап проводится на специальных механических и гидравлических прессах. Материал нередко подвергают экструзии с последующей допрессовкой.

Главной характеристикой огнеупорного волокнистого материала является огнеупорность. Другими словами, материал способен выдержать эксплуатацию при высоких температурах, не теряя внешний вид и не расплавляясь.

Показатель огнеупорности определяется посредством проведения испытаний на специально подготовленных образцах: усеченных пирамидах высотой до 30 мм, с размерами основания в 8 и 2 мм. Такой образец называют конусом Зегера. В процессе испытаний форму размягчают и деформируют до такой степени, чтобы вершина конуса смогла коснуться основания. Результатом становится определение температуры, при которой возможна эксплуатация огнеупора.

Огнеупорные изделия выпускают для выполнения определенных задач и для общего использования. Свойства и характеристики материала прописаны в паспорте или нормативной документации, как и варианты возможной эксплуатации огнеупоров.

Категория «К»

Деление на категории «К» предполагает учёт мер организационного и конструктивного характера, предпринимаемых для обеспечения требуемой защищённости здания от пожара. Оно включает четыре группы по огнестойкости, каждая из которых относит здание к определённому классу:

  • К0 присваивается не пожароопасным сооружениям;
  • К1 определяет конструкцию как мало пожароопасную;
  • К2 означает достаточно опасное при пожаре сооружение;
  • К3 присваивают пожароопасным конструкциям.

Для расшифровки этих групп предусмотрены следующие описания.

К0 – здание находится в полностью исправном состоянии, а внутри помещений (возле несущих элементов) не имеется складируемых горючих материалов. Причём сами эти элементы не склонны к возгоранию или же могут воспламеняться только при нагревании примерно до 500 градусов.

К1 – на несущих элементах зданий допустимы продольные и поперечные повреждения размером не более 40 сантиметров, а в самой конструкции отсутствуют источники открытого пламени и сильного термического воздействия.

К2 – на поверхностях несущих элементов допускается наличие более серьёзных повреждений с вертикальными размерами до 80-ти и горизонтальными – до 50-ти сантиметров. Источники сильных термических воздействий в этом случае также отсутствуют.

К3 – наблюдаемые повреждения несущих элементов конструкций превышают 80 и 50 сантиметров соответственно с одновременным наличием источников возгорания или теплового эффекта.

Поведение конструкций во время пожара

Особенность разрушения деревянных конструкций состоит в том, что при непосредственном контакте с открытым огнём, они разрушаются (обугливаются) со средней скоростью один миллиметр в минуту.

Наименьший размер сечения, мм

Скорость обугливания древесины V, мм/мин

клееной

цельной

120 мм и более

0,6

0,8

Менее 120 мм

0,7

1,0

В результате этого исходное сечение изготовленных из дерева элементов уменьшается, а вместе с тем понижается их прочность. Следствием этих процессов является полное разрушение всех составляющих этих конструкций.

При рассмотрении характера поведения древесных структур необходимо учитывать конструктивные особенности используемого материала, который может быть представлен следующими разновидностями:

  • однородная древесная масса;
  • клеёные армированные балки;
  • фанерные структуры.

Однородные материалы в условиях пожара проявляют себя обычным образом, рассмотренным выше. Что касается сложных по составу конструкций (балок перекрытия, например), изготавливаемых методом склейки – на их поведение при горении значительное влияние оказывает термостойкость используемых клеевых составов.

При правильно подобранном клее скорость разрушения этих строительных элементов заметно снижается. То же самое можно сказать и о фанерных материалах, признаками термического распада которых является их постепенное расслоение.

Если не учитывать особенности нарушения клеевых связей – во всём остальном они ведут себя как обычные однородные структуры.

Степени устойчивости зданий к огню

Различается пять основных степеней огнестойкости. Каждая имеет свои характерные особенности и предел, достижение которого становится критическим, то есть конструкция уже не может сопротивляться распространяемому открытому пламени.

Первая степень

Включает в себя самые огнестойкие конструкции. К этой категории относятся строения и сооружения, которые возводились с использованием бетона, железобетона, натурального и искусственного камня, а также плит и листовых материалов. Они отличаются высокой сопротивляемостью к воздействию огня. Здания, которые должны соответствовать этой степени огнестойкости, возводятся исключительно из перечисленных стройматериалов, обладающих высокой сопротивляемостью как к повышенным температурам, так и к огню.

Вторая степень

Практически полностью соответствует первому уровню огнестойкости, но отличия имеются. Ко второй степени предъявляются менее жесткие требования. Сооружения, которые входят в данную категорию, могут возводиться с применением стальных конструкций.

Третья степень

Присваивается различным строениям и сооружениям и делится на три подвида:Третья. Здания с бетонными, железобетонными, каменными несущими, в которых используются ограждения с перекрытием из дерева. В качестве защитного огнестойкого покрытия выступают трудногорючие плиты и листовые материалы, а также штукатурка.Третья «а». Каркасные сооружения, при возведении которых применяют незащищенную сталь. Ограждения выполняются из стального профилированного листа. Другие материалы для несущих и прочих элементов тоже не боятся огня.Третья «б». Одноэтажные каркасные конструкции из древесины, обработанные специальным огнезащитным составом. Панельные ограждения собираются из древесины, которая предварительно пропитана и надежно защищена от воздействия высоких температур.

Четвертая степень

Включает в себя два разных норматива, определяющих степень огнестойкости:Четвертая. Строения с несущими конструкциями и ограждениями, выполненными из легко воспламеняемых материалов, к примеру, древесины. Обеспечение защиты от высоких температур предполагает задействование плиточного покрытия или штукатурки. Согласно техническому регламенту, к перекрытиям не предъявляются повышенные требования к защите от огня. Чердачные элементы из дерева обязательно обрабатывают составами или покрывают материалами, которые ограждают материал от воздействия огня.Четвертая «а». Одноуровневые здания, которые возводят по каркасной схеме. Они строятся из стального каркаса, а ограждения выполняются из профильных листов с задействованием утеплителя из горючего материала.

Пятая степень

Присваивается сооружениям, которые имеют самый низкий порог к огнестойки и скорости распространения огня. Эти конструкции не предполагают постоянного нахождения внутри людей, а также хранения горючих и взрывоопасных материалов, в том числе и подключения приборов, способных вызвать короткое замыкание.

Предел огнестойкости строительных конструкций

Степень огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков

Несущие стены, колонны и другие несущие элементы

Наружные ненесущие стены

Перекрытия междуэтажные (в том числе чердачные и над подвалами)

Строительные конструкции бесчердачных покрытий

Строительные конструкции лестничных клеток

настилы (в том числе с утепли-телем)

фермы, балки, прогоны

внутренние стены

марши и площадки лестниц

I

R 120

E 30

REI 60

RE 30

R 30

REI 120

R 60

II

R 90

E 15

REI 45

RE 15

R 15

REI 90

R 60

III

R 45

E 15

REI 45

RE 15

R 15

REI 60

R 45

IV

R 15

E 15

REI 15

RE 15

R 15

REI 45

R 15

V

не нормируется

не нормируется

не нормируется

не нормируется

не нормируется

не нормируется

не нормируется

Определение степени огнестойкости деревянных домов

Несмотря на наличие такого большого количества различных нормативных документов, а выше приведены далеко не все, определить степень огнестойкости у деревянного дома далеко не просто. Это объясняется запутанностью определений и терминов, используемых в действующих сегодня законах. Например, в Советском Союзе был разработан простой и понятный СНиП 2.01.02-85 (именно ему на смену пришел упомянутый СНиП 21-01-97).

Многие специалисты до сих пор вспоминают этот нормативный документ с ностальгией, так как в нем содержалась простая и понятная классификация всех зданий по уровню пожарной безопасности на 5 классов. Деревянные дома из бруса или бревна в соответствии с нею имели либо IV, либо V степень огнестойкости, в зависимости от уровня и видов выполненных огнезащитных работ.

Действующие сегодня нормативные документы определяют степень огнестойкости деревянного жилого дома намного более сложными методами. При этом учитываются несколько параметров. Наиболее важными из них являются горючесть строительных материалов, используемых при возведении здания, их воспламеняемость, уровень распространения пламени, а также дымообразующая способность. Разобраться в подобных хитросплетениях удается далеко не каждому владельцу постройки из бревна или бруса. Несколько упрощает задачу классификация зданий по временному пределу огнестойкости, где также все дома делятся на 5 классов по аналогии со СНиПом советского времени.

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.

Показатели пожарной опасности строительных материалов

Пожарная опасность строительных материалов характеризуется следующим: горючестью (Г ), воспламеняемостью ( В ), распространением пламени по поверхности (РП), дымообразующей способностью ( Д ), токсичностью ( Т ).

Горючие строительные материалы

Горючесть

ГОСТ 30244

Воспламеняемость

ГОСТ 30402

Распространение пламени

ГОСТ 30444

Дымообразующая способность

ГОСТ 12.1.044

Токсичность продуктов горения

ГОСТ 12.1.044

Г1 –слабо-горючие

В1 – трудно-воспламеняемые

РП1— нерапространяющие

Д1— малая

Т1 – малоопасные

Г2 –умеренно-горючие

В2 – умерено-воспламеняемые

РП2— слабо-распостраняющие

Д2 –умеренная

Т2 –умеренно опасные

Г3 –нормально-горючие

В3 – легко-воспламеняемые

РП3 – умеренно-распространяющие

Д3 — высокая

Т3 – высоко опасные

Г4 – сильно-горючие

РП4 – сильно-распространяющие

Т4 – чрезвычайно опасные

Из приведённой таблице видно, чем больше цифра у показателей групп, тем выше опасность этой группы материалов. Практически при контроле значения показателей помнить не обязательно следует лишь убедиться, что в применяемом материале цифры у показателей групп либо такие как в п.6.25* СНиП 21-01, либо меньше.

Приведём по указанным в таблице ГОСТам отдельные значения (для примера) показателей на материалы применяемых для отделки стен, потолков и заполнения подвесных потолков в вестибюлях, лестничных клетках, лифтовых холлах:

— продолжительность самостоятельного горения материалов группы Г1 — 0 секунд, Г4 более 300 секунд:

— температура дымовых газов материалов группы Г1 – не более 135 град.С, Г4 – более 450 град.С;

— критическая поверхностная плотность теплового потока при котором возникает устойчивое пламенное горение материалов В1 – 35 и более кВт/кв.м;

— коэффициент дымообразования материалов группы Д2 – св.10 до 100 вкл. куб.м/кг.;

— показатель токсичности при времени экспозиции 5 мин материалов группы Т2 – 70- 210 г/куб.м.

При проведении ремонта на путях эвакуации и эвакуационных выходах следует также руководствоваться п.53 Правил пожарной безопасности в Российской Федерации. ППБ 01-03, запрещающим применять горючие материалы для отделки, облицовки и окраски стен и потолков, а также ступеней и лестничных площадок на путях эвакуации

( кроме зданий с несущими и ограждающими конструкциями из древесины или других материалов Г4).

В приложении В Рекомендаций по повышению пожарной безопасности кровельных покрытий главных корпусов действующих ТЭС. СО 153-34.03.357-2003 приведён перечень некоторых современных материалов для реконструкции и ремонта кровельных покрытий с подразделами: гидроизоляционные материалы ( с показателями Г4,В2,РП4 или Г4,В2,РП3) и теплоизоляционные материалы ( с показателями НГ или Г1 или Г2, В2, Д2).

Требования ПБ строительных норм и правил к зданиям на этапе эксплуатации

Требования пожарной безопасности к строительным материалам во время ремонта >>

Природные свойства материалов

Ключевым фактором, определяющим пожарную опасность материалов, является сырье, из которого они изготовлены. В этой связи их можно разделить на три большие группы: неорганические, органические и смешанные. Рассмотрим подробнее свойства каждой из них, начав с минеральных материалов, которые принадлежат к группе неорганических и наравне с металлическими конструкциями служат для создания жесткого каркаса – основы современных зданий.

Наиболее часто встречающиеся минеральные строительные материалы – это природный камень, бетон, кирпич, керамика, асбоцемент, стекло и т. д. Они относятся к негорючим (НГ), но даже при небольшом добавлении полимерных или органических веществ – не более 5–10% от массы – их свойства меняются. Увеличивается пожарная опасность, и из НГ они переходят в категорию трудносгораемых.

В последние годы широкое распространение получила продукция на основе полимеров, принадлежащая к неорганическим материалам и являющаяся горючей. При этом от объема и химического строения полимера зависит принадлежность конкретного материала к группе горючести. Выделяют два основных типа полимерных соединений: реактопласты, образующие при нагревании коксовый слой, который состоит из негорючих веществ и защищает материал от воздействия высоких температур, препятствуя горению, и термопласты (плавятся без создания теплозащитного слоя).

Вне зависимости от типа полимерные строительные материалы нельзя перевести в разряд негорючих, но возможно снизить их пожарную опасность. Для этого применяются антипирены – различные вещества, которые способствуют повышению огнестойкости. Антипирены для полимерных материалов можно разделить на три большие группы.

В первую входят вещества, осуществляющие химическое взаимодействие с полимером. Эти антипирены применяются преимущественно для реактопластов, без ухудшения их физико-хи мических свойств. Вторая группа антипиренов – интумесцентные добавки – под воздействием пламени образует на поверхности материала вспененный ячеистый коксовый слой, препятствующий горению. И, наконец, третья группа – это вещества, которые механически смешиваются с полимером. Их используют для снижения горючести как термопластов, так реактопластов и эластомеров.

Из всех органических материалов наибольшее распространение при строительстве современных зданий получила древесина и изделия из нее – древесно-стружечные плиты (ДСП), древесно-волокнистые плиты (ДВП), фанера и т. д. Все органические материалы относятся к группе горючих, а их пожарная опасность повышается при добавлении различных полимеров. Например, лакокрасочные материалы не только повышают горючесть, но и способствуют более быстрому распространению пламени по поверхности, увеличивают дымообразование и токсичность. В этом случае к СО (угарному газу) – основному продукту горения органических материалов – добавляются и другие токсичные вещества.

Для снижения пожарной опасности органических строительных материалов, как и в случае с полимерными веществами, их обрабатывают антипиренами. Нанесенные на поверхность антипирены под воздействием высоких температур могут превращаться в пену или выделять негорючий газ. В обоих случаях они затрудняют доступ кислорода, препятствуя возгоранию древесины и распространению пламени. Эффективными антипиренами являются вещества, содержащие диаммонийфосфат, а также смесь фосфорнокислого натрия с сульфатом аммония.

Что касается смешанных материалов, то они состоят из органического и неорганического сырья. Как правило, строительная продукция данного типа не выделяется в отдельную категорию, а относится к одной из предыдущих групп в зависимости от того, какое сырье преобладает. К примеру, фибролит, состоящий из древесных волокон и цемента, считается органическим, а битум – неорганическим. Чаще всего смешанный тип относится к группе горючих продуктов.

Повышенные требования к пожарной безопасности крупных торгово-развлекательных и офисных центров, а также высотных зданий диктуют необходимость разработки комплекса противопожарных мероприятий. Одним из наиболее важных является преимущественное использование негорючих и слабогорючих материалов. В особенности это касается несущих и ограждающих конструкций здания, кровли, а также материалов для отделки путей эвакуации. Согласно классификации НПБ 244-97, обязательной сертификации в области пожарной безопасности подлежат отделочные, облицовочные, кровельные, гидроизоляционные и теплоизоляционные материалы, а также напольные покрытия. Рассмотрим данные категории на предмет пожарной опасности.

Способы повышение огнестойкости домов из древесины

Независимо от того, насколько велика огнестойкость сруба по действующим сегодня нормативным и законодательным документам, вполне логичным является желание любого его владельца повысить уровень пожарной безопасности. Возможности сегодняшнего рынка строительных материалов предоставляют широкий выбор различных огнезащитных материалов. Наиболее часто применяются три варианта выполнения подобных работ:

  • С использованием лакокрасочных огнезащитных составов. Простой и эффективный вариант защитной обработки, который одновременно позволяет создать красивое декоративное покрытие деревянных поверхностей. При этом в большинстве случае текстура и цвет древесины сохраняется. Лакокрасочные составы применяются, главным образом, для покрытия небольших конструкций и внутренних работ;
  • С применением терморасширяющихся или вспучивающихся составов. Данный тип материалов обеспечивает более высокий уровень огнестойкости. Это достигается созданием при нагревании толстого защитного слоя, в течение длительного времени оберегающего древесины от воздействия огня;
  • При помощи огнезащитных конструкций. Не менее распространенный вариант, который предусматривает создание изоляции деревянных поверхностей при помощи различного вида штукатурок, разнообразных облицовочных материалов, мастик или паст, являющихся негорючими материалами.

Соблюдение требований пожарной безопасности в отечественном частном домостроении практически никогда серьезно не контролировалось. Однако, владелец сруба из бревна или бруса сам должен быть заинтересован в том, чтобы обеспечить максимально безопасные условия собственного проживания. И выполнение различных видов огнезащиты является обязательным условием для этого. Сделать подобные работы эффективными поможет консультация у квалифицированного специалиста, который с легкостью подберет наиболее подходящий материал из множества представленных на рынке.

27/12/2017

При оценивании противопожарных характеристик (свойств) различных зданий или построек особое внимание уделяется учету степени огнестойкости. Под огнестойкостью подразумевается функциональная способность конструктивных составляющих сооружений подавлять распространение огня, не теряя при этом своих эксплуатационных характеристик

К таким свойствам относят несущую и ограждающую способности. Рассмотрим эти понятия подробнее.

Пример школы и больницы

Расчёт предела огнестойкости рассмотрим на примере здания школы или больницы, внутреннее устройство которых очень удобно для этих целей. Они отличаются от других строений периодичностью своей структуры, поскольку состоят из ряда последовательно размещаемых помещений.

Для предварительного расчёта искомого показателя потребуются узнать следующие данные:

  • этажность учреждения (его высота);
  • общее количество отдельных помещений;
  • особенности материалов, применяемых при постройке.

Таблица 4. Температуры горения различных материалов

Древесина 230-260°С Сотовый поликарбонат 220–240°С
ПВХ ~400°С Сталь 1450–1600°С
Бетон (цемент) ~1500°С Гипс 900°С
Красные кирпичи ~1300°С Гипсобетон До 1450°С
Огнеупорные кирпичи >1580°С Глина 1350-1580°С

Одно или двух этажным строениям этого типа обычно присваивается III степень огнестойкости и категория С0 (пожарная безопасность). Для зданий вместимостью до 100 мест и высотой до 3-х метров второй показатель будет соответствовать категория С1 (при той же степени огнестойкости).

Больничные и школьные постройки, рассчитанные на 150 мест и более, имеют предположительно вторую степень по огнестойкости и категорию С1 по пожарной безопасности.

Если же высота этих строений превышает 9 метров, а количество обслуживаемых мест более 300 – в результате испытаний им присваивается степень II или I. По пожарной безопасности они соответствуют категории С0 (С1).

Объясняется это тем, что на данном этапе должны учитываться архитектурных особенности как всего строения в целом, так и отдельных его элементов.

Как проводятся испытания

В пожарных лабораториях проводят специальные огневые испытания с целью определения предела огнестойкости конструкции (степень сопротивляемости данной конструкции огню). Сущность испытания строительных конструкций заключается в определении времени (количество минут) от начала теплового воздействия на конструкцию до наступления одного или последовательно нескольких предельных состояний (нормируемых для конструкции):

  • Потеря несущей способности (R)
  • Потеря теплоизолирующей способности (I)
  • Потеря целостности (E)
  • Достижении предельной величины плотности теплового потока (W)
  • Дымогазонепроницаемость (S)

Классификацию строительных конструкций по огнестойкости можно найти всё в том же N 123-ФЗ от 22.07.2008 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Согласно данному Техрегламенту (приложением №21) пределы огнестойкости строительных конструкций должны соответствовать следующим значениям:

То есть EI 60 означает, что конструкция способна сохранять целостность и теплоизолирующую способность в течение 60 минут.

Степень огнестойкости зданий и сооружений

Устойчивость к пожарам увеличивает шансы уцелеть зданию и сохранить человеческую жизнь. Огнестойкость зависит от материалов, из которых построено здание и предназначение сооружения по отношению к выполняемым функциям. Существуют разные категории степени огнестойкости, которые нумеруют римскими цифрами от одного до пяти.

Высокой устойчивостью к огню наделены производственные и складские сооружения, потому как имеют высокую степень возможности возгорания. Сильно подвержены опасности возгораний торговые и развлекательные центры, где большие шансы загораний и распространений огня по территории. Сейчас степень устойчивости здания к огню определяет основу пожарной безопасности.

СНИП

В основном здания и сооружения имеют противопожарные стены типа I, а точнее, пожарные отсеки. Степень устойчивости к огню определяется по минимальному пределу стойкости к огню материалов также по скорости захвата территории, то есть конструкций и каркасов.

Минимальный порог устойчивости здания к огню равен 25.

Следовательно, этому можно использовать незащищённые металлические конструкции. Для всех типов зданий строительные нормы допускают облицовку гипсокартонными материалами, чтобы увеличить огнестойкость.

Обычно степень огнестойкости определяют за типом назначения здания:

  • по категории пожарной или взрывопожарной опасности.
  • пожарный отсек должен находиться в границах площади этажа.
  • Этажность здания.

По сгораемости строительные материалы делятся на такие группы:

  • Негорючие
  • Трудно сгораемые
  • Несгораемые

Устанавливая каркасные конструкции, следует использовать негорючие материалы. Горючие материалы можно использовать для зданий I-IV степени огнестойкости, кроме вестибюлей.

Строительные материалы классифицируют по токсичности и образованию дыма во время горения продуктов.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий