Принципы обеспечения огнезащитных свойств материалов

С развитием человечества увеличивается его численность, увеличивается заселенность городов, плотность людского трафика в общественных местах. Такая ситуация усугубляет опасность пожаров, в связи с чем все больше внимание уделяется безопасности материалов, защите несущих конструкций.

Для обеспечения безопасной эвакуации должна быть обеспечена защита людей на путях эвакуации от опасных факторов пожара [1, 2].

Чтобы обеспечить устойчивость несущих конструкций и гарантировать эвакуацию людей, следует применять современные, эффективные огнезащитные материалы. Такие материалы должны обладать высокой огнестойкостью и низкой теплопроводностью.

Огнестойкость – это один из основных показателей защиты конструкций от повышенных температур. Он заключается во времени, которое выдерживает тот или иной строительный элемент при воздействии отрытого огня без потери своих конструктивных качеств [3].

Теплопроводность – это способность строительных материалов проводить тепло через весь свой объем из-за разности между температурами на поверхностях этого материала [4]. Низкая теплопроводность является одним из показателей, обеспечивающих высокие показатели сопротивления открытому огню и защите несущих конструкций от разрушения под действием высоких температур.

Можно выделить различные группы материалов, обеспечивающих огнезащиту [5].

Влажный способ нанесения

Краски – также популярный способ огнезащиты. Производятся в основном на водной или водно-дисперсной основе, с различными полимерными добавками [6]. Применяется в основном для покрытия конструкций из металла и древесины. Огнезащитные краски вспучивающегося типа при воздействии температуры расширяются и образуют вокруг изделия толстый слой пенококса. Пено-кокс обладает низкой теплопроводностью и, как было указано выше, защищает конструкции от деформаций и обрушения под действием температуры. Данный вид красок имеет различный, тщательно подобранный состав, который обеспечивает требуемые характеристики термозащиты. Однако любое изменение физических или химических свойств при нанесении и эксплуатации покрытий ведет к изменению в огнезащитных свойствах, которые могут быть незаметны во время использования, но проявят себя в случае возникновения пожара [7].

Штукатурки – тщательно перемешанные, рационально составленные плотные водные растворы из вяжущего и негорючих заполнителей. В качестве основных заполнителей выступают вспученные вермикулит и перлит с огнеупорностью 1300 °С и 950 °С соответственно, а вяжущие свойства обеспечивают портландцементы, фосфатные вяжущие и гипс. Также для обеспечения долговечности, огнезащитные штукатурки должны обладать повышенной адгезией и содержать специальные добавки. Стоит отметить, что использование влажного способа огнезащиты в виде оштукатуривания термостойкими растворами является наиболее распространённым вариантом защиты конструкций [8, 9].

Помимо использования влажного способа защиты конструкций, существует сухой тип огнезащиты. Наиболее распространенным является способ облицовки конструкций крупноразмерными листами и плиточными оболочками. К облицовкам относятся гипсокартонные и гипсоволокнистые листы, перлитовые и минеральные плиты. Огне- защитный эффект облицовки в основном определяется толщиной защищающих элементов, которая подбирается исходя из характеристик конструкций и их сопротивляемости тепловым воздействиям при пожаре [8]. Плиты могут крепиться к конструкциям с помощью специальных негорючих клеевых составов либо крепежными элементами [10–15]. Для обеспечения требуемых параметров защиты облицовка должна быть осуществлена с воздушной прослойкой [5, 8].

Помимо того, что огнезащитные штукатурки и листовые материалы обладают низкой теплопроводностью, что замедляет нагрев несущих конструкций, они выделяют водяной пар или углекислый газ при разложении составляющих их минералов. Пар или CO 2 «тушат» пожар на поверхности покрытия и не нагреваются, пока не закончатся процессы дегидратации или декарбонизации [16, 17]. Такой эффект значительно повышает длительность защиты конструкций от воздействия огня. Однако обязательным условием является выделение безвредных для человека газов, так как огнезащитные материалы применяют и при отделке пожарных выходов.

В таблице представлены основные виды огнезащиты, их достоинства и недостатки.

Различные виды защиты имеют свои преимущества и недостатки. Вспучивающиеся краски, как уже было сказано, должны наноситься в строгом соответствии требованиям производителя. Штукатурные составы обладают множеством положи- тельных характеристик (в зависимости от требований по огнестойкости защищаемого элемента). Толщина огнеупорного слоя может достигать 50 мм, что оказывает существенную нагрузку на элемент и на всю конструкцию в целом. К достоинствам сухих методов огнезащиты можно отнести возможность нанесения данной защиты в любое время года, так как они более устойчивы к изменяющимся характеристикам окружающей среды. Однако использование облицовочных листов является затруднительным при защите сложных элементов конструкции (балки и фермы) [17], для облицовки требуется дополнительное обеспечение вспомогательным каркасом, грунтование и заделка швов специализированными составами, а также заполнение каркаса негорючими плитами или минеральной ватой [18].

Одним из важных условий использования различных защитных мер является удобство в работе. Наиболее эффективным методом с точки зрения скорости покрытия защищаемой конструкций является оштукатуривания механическим способом, а конкретно – применение торкретирования. Исходя из практических показателей, 2 специалиста способны с использованием специальных систем за смену нанести 300 квадратных метров огнезащитного штукатурного состава. Распространенными машинами для нанесения составов являются системы фирм M-Tec (M3, Duo-Mix), Германия; PFT, (модели G4, G4, G5), Германия; Putzmeister (модели M25, M35), Германия [16]. Также автоматизирован-

Достоинства и недостатки различных видов огнезащиты

Строительные материалы и изделия

ные системы подходят для нанесения огнезащитных красок и не уступают по производительности оштукатуриванию. Облицовка крупноразмерными листами больше подходит для малых объемов работ, где использование автоматики не имеет экономического преимущества [11].

Наиболее эффективные огнезащитные системы должны совмещать различные принципы, обладая низкой плотностью и теплопроводностью, выделять газы, затрудняющие горение, снижающие температуру. Многослойность и зазор между листовыми материалами и защищаемыми конструкциями также повышают эффективность системы защиты.

Таким образом, выбор средств защиты конструкций основывается на требуемых параметрах огнезащиты и самого защищаемого материала.