Горючесть строительных материалов

 

В последние годы к традиционным строительным материалам прибавилось огромное количество тепло- и звукоизоляционных и декоративных материалов с неизвестными горючими характеристиками. Поэтому испытание новых материалов обладает повышенной актуальностью.

Согласно ГОСТу все строительные материалы разделяются на негорючие (НГ) и горючие (Г), имеющие четыре группы: Г1 – слабогорючие, Г2 – умеренногорючие, Г3 – нормальногорючие и Г4 – сильногорючие.

Испытания начинают с определения негорючести, образец 555 см нагревают в печи при температуре 835С в течении 30 минут. Материал считается негорючим, если:

· прирост температуры в печи 50 °С;

· потеря массы образца 50 %;

· продолжительность пламени 10 с.

К негорючим материалам относятся все неорганические строительные материалы – бетон, кирпич, металл, цемент и др.

При несоответствии хотя бы одному условию материал считается горючим и для него проводятся новые испытания в другой печи и другим размером образца на определении группы горючести. Образец 719 100 см помещают в газовую шахтную печь и нагревают пламенем газовой горелки. При испытании замеряют температуру дымовых газов, степень повреждения по длине и по массе, а также продолжительность пламени. На основании этих данных определяют группу горючести – у Г1 повреждения минимальные, у Г4 – максимальные.

К группам Г3 и Г4 относят почти все органические строительные материалы, в группу Г1 и Г2 входят композиции из неорганических (заполнитель) и органических (вяжущее) материалов – минераловатные плиты на битуме, асфальтобетон, а также древесина, пропитанная антиперенами.

 

2.7.4. 2огнестойкость строительных конструкций

 

Огнестойкость строительных конструкций является основой всей системы противопожарной защиты здания и означает их способность сопротивляться воздействию огня и выполнять при этом свои эксплуатационные функции – несущую, ограждающую и теплоизоляционную. Огнестойкость конструкции характеризуется пределом огнестойкости и обозначает время в минутах от начала огневых испытаний до возникновения в конструкции следующих признаков:

1) обрушение или недопустимый прогиб; означает потерю несущей способности, обозначается R;

2) образование в конструкции сквозных трещин, через которые проникает дым и продукты горения. Означает потерю ограждающей способности, обозначается E;

3) повышение температуры на необогреваемой поверхности в среднем на 160С больше, чем до пожара. Означает потерю теплоизоляционной способности и обозначается Y.

Например, надпись R120 указывает на то, что предел огнестойкости конструкции по несущей способности составляет не менее 120 мин. Или надписьREY30 означает предел огнестойкости в 30 мин, независимо от того, какое предельное состояние наступило первым.

Огнестойкость строительных конструкций устанавливают опытным и расчетным путем. Экспериментальные испытания огнестойкости проводятся в специальной огневой печи в условиях реального воздействия открытого пламени – колонна нагревается с четырех сторон, плита перекрытия – с нижней поверхности. Температура в печи изменяется по усредненным данным для реального пожара в жилых зданиях. В огневую печь помещается конструкция в натуральную величину, она находится под реальной нагрузкой, аналогичной рабочей.

Расчетный способ определения огнестойкости основан на данных по изменению прочности материала при нагревании и по изменению температуры по сечению конструкции. Для каждого материала существует так называемая критическая температура, при ней прочность материала уменьшается в два раза.

Многочисленные испытания позволили создать каталог справочных данных по пределам огнестойкости основных строительных конструкций. Наибольшим пределом обладают каменные и кирпичные конструкции, их огнестойкость зависит только от толщины элемента. Железобетонные конструкции обладают средними значениями предела, минимальная огнестойкость отмечена у металлических и деревянных конструкций.

 

2.7.5. Огнестойкость железобетонных конструкций

 

Железобетонные конструкции (ЖБК) благодаря своей негорючести и сравнительно невысокой теплопроводности неплохо сопротивляются действию пожара. Предел огнестойкости ЖБК зависит от условий работы конструкции – несущая или ненесущая, а также от вида нагрузки – сжатие или изгиб. Наиболее чувствительным элементом ЖБК к действию огня является арматура.

1. Несущие изгибаемые конструкции. Их разрушение происходит в результате перегрева нижней рабочей арматуры. Поэтому любые меры по увеличению продолжительности нагревания рабочей арматуры до критической повысит предел огнестойкости изгибаемых конструкций. Среди них:

· повышение толщины защитного слоя;

· снижение теплопроводности бетона.

Кроме того, рекомендуется применять жаростойкую арматуру класса А-III из стали марки 25Г2С с критической температурой в 570 °С.

Для типовых изгибаемых конструкций предел огнестойкости составляет R45–R90.

2. Несущие сжатые колонны. Разрушение колонн происходит в результате снижения прочности как бетона так и рабочей продольной арматуры. Предел огнестойкости повысится, если:

· увеличить размер поперечного сечения колонны;

· увеличить толщину защитного слоя рабочей арматуры;

· повысить жаростойкость бетона и арматуры;

· обеспечить при эксплуатации низкую влажность бетона.

Предел огнестойкости обычных железобетонных колонн составляет R90-R150.

3. Несущие сжатые стены. При пожаре стены нагреваются, как правило, с одной стороны, благодаря чему они прогибаются либо в сторону огня, либо в обратном направлении. Изменение условий работы стены с центрального на внецентренное сжатие уменьшает её огнестойкость. В общем случае огнестойкость сжатых стен зависит от тех же факторов и равен тем же величинам, что и у колонн.

4. Ненесущие стены. Потеря ограждающей и теплоизоляционной функции наступает в результате деформативности и трещинообразования элемента. Предел огнестойкости повысится если:

· увеличить толщину стены;

· применить жаростойкий бетон;

· снизить влажность конструкции.

Как правило, огнестойкость ненесущих стен удовлетворяет противопожарным требованиям.

 

2.7.6. Огнестойкость металлических конструкций

 

Металлические конструкции имеют ряд преимуществ перед другими строительными конструкциями, однако их огнестойкость крайне мала – уже через 15 минут после начала пожара МК деформируются и теряют прочность, что приводит к масштабным обрушениям металлического каркаса.

Для снижения температурного воздействия на металлический элемент с целью повышения огнестойкости её защищают теплоизоляционным экраном в виде облицовки или нанесением на защищаемую поверхность специальных обмазок.

Металлические колонны обогреваются при пожаре с 4-х сторон, для их защиты от огня используют:

· облицовку керамическим (обожженным) кирпичем, что позволяет, например, при толщине экрана в 6 см, увеличить предел в 8 раз, т. е. до 120 мин;

· облицовку плитами из легкого бетона с теплоизолирующими материалами: асбестом, перлитом, вермикулитом и пр. При толщине плиты в 40мм предел повышается до 120 мин;

· оштукатуриванием раствором с теплоизолирующими материалами по металлической сетке. При толщине штукатурки в 50 мм предел повышается до 120 минут.

Стоимость защиты для колонн составляет 15–20 % их стоимости.

Для изгибаемых элементов покрытия и перекрытия облицовка их нижней поверхности невозможна из условий безопасности. Как правило, нижний пояс металлических ферм и балок покрывают специальными обмазками в несколько слоев, которые вспучиваются под действием высокой температуры на толщину 50–70 мм. Образовавшаяся поровая структура повышает предел огнестойкости конструкции до 45–60 мин, что соответствует требованиям пожарных норм. Недостаткам обмазки является их отслаивание от поверхности при относительной влажности воздуха более 80 %. Стоимость вспучивающих обмазок составляет 20–25 % стоимости конструкции.

 

2.7.7. Огнестойкость деревянных конструкций

 

Деревянные конструкции широко применяются в гражданском строительстве, однако они обладают очень низкой огнестойкостью, так как древесина является горючим материалом. Потеря огнестойкости наступает в результате обгорания несущих элементов, уменьшения рабочего сечения и обрушения элемента.

Повысить огнестойкость деревянных конструкций можно пропиткой древесины водным раствором солевых огнезащитных составов либо их покрытие специальными красками, препятствующими загоранию поверхности от прямого действия огня и развитию реакции горения. Однако более эффективным является устройство огнезащитного экрана, как в металлических конструкциях, в виде штукатурки по сетке или облицовки теплоизоляционными материалами. В качестве облицовки внутри сухих помещений используют гипсокартонные листы и гипсоволокнистые плиты, для наружных поверхностей применяют асбоцементные плоские и волнистые плиты. Преимуществом в огнезащитных свойствах обладают гипсоволокнистые плиты, гипсокартонные листы разрушаются под действием огня через 10–15минут, асбоцементные плиты трескаются с разлетом кусков в эти же сроки. Штукатурка по металлической сетке более огнестойка, однако она может заблаговременно растрескаться от деформации древесины при изменении её влажности.

Вспучивающие обмазки также находят применение в огнезащите деревянных конструкций. После обработки огнестойкость элемента может повыситься до 45 минут.

 

Огнестойкость зданий и сооружений

 

Огнестойкость зданий означает его способность сохранять свои эксплуатационные функции в условиях пожара. В соответствии со СНиП 21-01–97здания разделяются на пять степеней огнестойкости: I, II, III, IV и V. Назначение той или иной степени огнестойкости зависит от типа здания – жилое, общественное или производственное, его высоты или числа этажей, а также класса конструктивной пожарной опасности. Задачей проектировщика является уменьшение ущерба от пожара, с этой целью зданиям с низкой огнестойкостью устанавливают ограничения по размеру этажа и высоте здания.

Например, для производственных зданий категории Г требуемая степень огнестойкости назначается из следующих параметров (из СНиП 31-03-2001).

Таблица 14

Назначение степени огнестойкости для зданий категории Г

 

Категория здания по ВПО	Высота здания, м	Степень огнестойкости	Класс конструк. пожарной опасности	Площадь этажа, м
одно- этажн.	два этажа	три и бо- лее этаж
Г		I, II III III IV IV	СО СО С1 СО С1	не огран. то же то же то же	не огран	не огр. –

 

Для жилых многоквартирных домов требуемая степень огнестойкости назначается по СНиП 31-01–2003, а для общественных зданий по СНиП 2.08.02–89. Во всех трех типах зданий наличие систем автоматического пожаротушения позволяет существенно увеличить допустимую площадь этажа.

Реализация требуемой степени обеспечивается выбором строительных материалов и минимальным пределом огнестойкости используемых строительных конструкций. Для более огнестойких зданий необходимо применять конструкции из негорючего материала с высоким пределом огнестойкости. Например, для реализации требуемой III степени огнестойкости следует использовать конструкции со следующими минимальными значениями предела (по СНиП 21-01–97).

Таблица 15

Предел огнеопасности строительных конструкций

 

Степень огнеопасности здания	Предел огнеопасности строительных конструкций, не менее
Несущ. элемент	Наружн. ненесущ. стены	Перек- рытия	Настил покрыт.	Балки фермы покрыт.	Стены лестн. клеток	Марши лестн. клеток
III	R45	E15	REI 45	RE 15	R15	REI 60	R45

 

Требования по пределу огнестойкости одинаковы дл всех типов зданий.

 

Противопожарные преграды

 

Они также являются элементом системы по уменьшению ущерба от пожара, предназначаются для ограничения распространения огня и продуктов горения по горизонтали и вертикали здания. Преградами могут быть стены, перегородки и перекрытия, в преградах допускаются проемы в виде дверей, ворот, люков, окон и занавесок. Противопожарные преграды разделяют на 4 типа в зависимости от их предела огнестойкости (табл.4.3).

Противопожарные преграды как правило разделяют части зданий с различной категорией взрывопожарной опасности с учетом класса конструктивной пожарной опасности и степени огнестойкости здания. Тамбур-шлюзы отделяют противопожарные преграды от помещений взрывопожароопасных категорий А и Б, они должны иметь постоянный подпор воздуха.

Противопожарные стены опираются на собственный фундамент и возводятся на всю высоту здания, разделяя перекрытия и покрытия. Стена рассчитывается на устойчивость при условии обрушения конструкций здания со стороны очага пожара. Оконные проемы заполняются стеклоблоками с пределом огнестойкости Е15–Е60, двери и ворота должны иметь предел огнестойкости не ниже EI 15–EI 60.

Таблица 16

Пределы огнестойкости

 

Наименов. противопож. преграды	Тип противопож. преграды	Минимальный предел огнестойкости	Допускаемый тип заполнения проема	Допускаемый тип тамбур- шлюза
Стена		REI 150 REI 45
Перегородка		EI 45 EI 15
Перекрытие		REI 150 REI 60 REI 45 REI 15

2.7.9. Противопожарные мероприятия при разработке генплана

 

Реализация мероприятий позволяет уменьшить ущерб от пожара, они касаются взаимного расположения объектов на территории, устройства противопожарных разрывов, наличия подъездов к частям здания и пр.

На генплане все здания группируются по функциональному признаку с учетом их потенциальной опасности. Так здания с повышенной взрывопожароопасностью располагаются с подветренной стороны, места хранения нефтепродуктов – не на возвышенности с обязательной обваловкой по периметру. Ко всем зданиям обеспечивается подъезд пожарных машин: при ширине здания до 18 м – с одной стороны, при ширине 100 м и выше – со всех сторон, расстояние от проезжей части до здания не должно превышать 12 м. Нормы также регламентируют параметры въезда на предприятие и размещение на нем или рядом пожарной части.

Между зданиями устраиваются противопожарные разрывы, которые предназначены для исключения распространения пожара на соседние объекты.

Таблица 17

Противопожарные разрывы

 

Степень огнестойкости здания	Расстояние между зданиями, м при степени огнеопасностити здания
I и II	III	IV
I и II	не нормируется
III
IV

2.7.10. Условия безопасной эвакуации людей

Пожары в зданиях нередко сопровождаются человеческими жертвами, особенно в зданиях с массовым скоплением людей – торговых, культурных и спортивных центрах, гостиницах. Конструктивно-планировочное решение здания должно обеспечить безопасную эвакуацию людей в течение 1–3 минут до появления опасных факторов пожара – огонь, дым, ядовитые продукты горения.

Выходы считаются эвакуационные, если ведут:

1) из помещений 1-го этажа наружу непосредственно или через вестибюль, коридор;

2) из помещений любого этажа, кроме 1-го, в коридор или проход, ведущий к лестничной клетке или непосредственно в лестничную клетку, который имеет самостоятельный выход наружу;

3) из помещений в соседние помещения этажа, обеспеченные выходами по пунктам 1 и 2, если они не являются помещениями категории А и Б.

Выходы не считаются эвакуационными, если они оборудованы вращающими или раздвижными дверями, а также турникетами. Также не являются эвакуационными пути сообщения, связанные с механическим приводом – лифты, эскалаторы, кроме противопожарных лифтов. Путь эвакуации рассчитывается, устанавливается возможная скорость движения людей, максимальная длина пути и др. параметры.

Основными требованиями к путям эвакуации являются:

Количество эвакуационных выходов рассчитывается, однако для большинства зданий их должно быть не менее двух. Выходы следует располагать рассредоточено. При двух выходах каждый из них должен обеспечить эвакуацию всех людей из помещения или этажа.

2. Минимальная ширина прохода или коридора определяется расчетом, но должна быть не менее 0,8 м, позволяющая пронести носилки с пострадавшим. Высота выхода должна быть не менее 1,9 м. Двери на путях эвакуации открываются по направлению к выходу.

3. Нормы устанавливают допустимые расстояния от наиболее удаленной точки помещения или рабочего места до ближайшего эвакуационного выхода. Они зависят от класса функциональной пожарной опасности и категории взрывопожарной опасности помещения, плотности людского потока и др. параметров. Например, для категорий В1-В2 предельное допустимое расстояние составляет 40–240м, верхняя граница предназначена для помещений объемом более 80 тыс.м, нижнее – для помещений объемом до 15 тыс.м. Также нормируется предельное расстояние от двери помещения до ближайшего выхода наружу или в лестничную клетку.

4. В большинстве зданий не допускается выполнять отделку стен и потолков в

коридорах, лестничных клетках и вестибюлях из материалов группы горючести Г3 и Г4, определенной воспламеняемости и дымообразующей поверхности. Такие же требования предъявляются к материалам пола. Каркасы подвесных потолков должны выполняться из негорючих материалов.

5. Путь эвакуации не должен содержать порогов и других элементов, о которые человек может споткнуться или потерять равновесие, а также участков, требующих движение вверх, поэтому разрешается движение по горизонтали или вниз. Нормы устанавливают предельный уклон лестницы, высоту и ширину ступени.

6. Особые требования к путям эвакуации предусматривают для зданий высотой более 10 этажей. В систему противопожарной защиты таких сооружений входят противодымная вентиляция, внутренний противопожарный водопровод, автоматические пожаротушение и сигнализация и другие инженерные системы.