Снижение воспламеняемости и горючести

Для деревянных конструкций важно обеспечить не только требуемую огнестойкость, но и снизить показатели пожарной опасности, в первую очередь, воспламеняемость и горючесть.

Задержке воспламенения способствуют перечисленные выше способы (конструктивная огнезащита и вспучивающиеся покрытия); они образуют на поверхности древесины защитный слой, который изолирует её от огня, замедляет прогрев до температуры воспламенения и препятствует распространению пламени после воспламенения.

Для замедления воспламенения применяются также антипирены, огнезащитный эффект которых состоит в увеличении плотности падающего теплового потока, при котором происходит воспламенение, благодаря чему при малых значениях плотности теплового потока обеспечивается задержка воспламенения. Кроме того, обработанная антипиренами древесина не создаёт открытого пламени и не распространяет его по своей поверхности. При локальном кратковременном огневом воздействии обугливание поверхности ограничивается только площадью воздействия пламени; это облегчает тушение пожара, а в ряде случаев – исключает возможность его возникновения. При переходе пожара в развитую стадию огнезащитный эффект антипиренов незначителен.

Антипирены, как правило, содержат в своём составе неорганические соли фосфорной, серной или борной кислот (ортофосфат аммония (NH₄)₃PO₄, сернокислый аммоний (NH₄)₂SO₄, бура Na₂B₄O₇×10H₂O), либо фосфорорганические вещества. При нагревании эти компоненты разлагаются с образованием сильных кислот, в присутствии которых дегидратация древесины протекает с минимальным выделением горючих газов и с максимальным выходом угля. Пламенное горение древесины прекращается; остаётся лишь тление древесного угля.

Кроме того, антипирены поглощают тепло в результате термического разложения, образуют при плавлении защитную плёнку, закрывающую доступ кислорода, или выделяют большое количество негорючих (ингибиторных) газов, оттесняющих кислород воздуха от поверхности древесины.

Антипирены снижают тепловыделение и потерю массы древесины при горении, поэтому в большинстве случаев группа горючести обработанной ими древесины повышается до Г3, однако значительного снижения скорости обугливания, а значит, и повышения огнестойкости конструкций не происходит. Группа по распространению пламени обработанной антипиренами древесины в зависимости от их вида и расхода может быть повышена до РП2 или РП1. Обработка древесины антипиренами несколько снижает воспламеняемость, дымообразующую способность и токсичность продуктов горения, однако, как правило, не переводит соответствующие показатели в более высокие группы [13].

Антипирены применяются как в виде самостоятельных пропиточных составов (для поверхностной или глубокой пропитки), так и в комплексных огнезащитных покрытиях.

Огнезащитная эффективность пропиток и защитных покрытий определяется в соответствии с ГОСТ Р 53292-2009 [11]. Обработанные образцы древесины подвергают огневому испытанию в течение 2 ми н, затем охлаждают и взвешивают. Группу огнезащитной эффективности назначают по потере массы образца (табл. 7.3):

, (7.2)

где m ₁ и m ₂ – соответственно масса образца до и после испытания.

В испытании участвует не менее 10 образцов; за результат принимают среднее арифметическое полученных значений потери массы.

Таблица 7.3

Группы огнезащитной эффективности по ГОСТ Р 53292-2009 [11]

Потеря массы, %	Группа огнезащитной эффективности испытанного покрытия или пропиточного состава
не более 9%	I
более 9%, но менее 25%	II

 

Исторически первыми появились огнезащитные обмазки (гипсовые, известковые, известково-глиняные), их толщина составляла 10…70 мм. Гипс (CaSO₄×2H₂O) является достаточно эффективным огнезащитным материалом, поскольку вследствие малой теплопроводности он замедляет прогрев защищаемой поверхности, а кроме того, выделяет при нагреве пары воды (около 20% своей массы), поглощающих большое количество тепла (696 кДж / кг). Современный огнезащитный гипс содержит добавки (вермикулит, перлит, минеральные волокна), снижающие опасность его растрескивания при нагреве.

К началу 80-х годов ХХ столетия для защиты древесины были разработаны вспучивающиеся огнезащитные покрытия, имеющие значительно меньшую толщину (около 2 мм) – фосфатное покрытие ОФП-9 (ГОСТ 23790-79), покрытие ВПД (ГОСТ 25130-82), покрытие ВПМ-2 (ГОСТ 25131-82); позднее появились вспучивающиеся составы МПВО, СГК-1 и др.

Огнезащитные обмазки и вспучивающиеся покрытия, как правило, обеспечивают I-ю группу огнезащитной эффективности, однако они не обладают достаточными эстетическими качествами, поэтому используются в основном в непросматриваемых помещениях, например, на чердаках. В случае применения дополнительного декоративного окрасочного слоя по обмазке требуется обязательное проведение сертификационных испытаний, подтверждающих огнезащитную эффективность данного комплекса.

Огнезащитные краски толщиной 1…10 мм могут выполнять декоративные функции, но скрывают при этом цвет и текстуру древесины. Наиболее эстетичными являются огнезащитные лаки толщиной до 1 мм, позволяющие сохранить привлекательный внешний вид деревянных конструкций. Огнезащитные лаки и краски вспучиваются при нагреве; их применение переводит древесину в I-ю группу огнезащитной эффективности.

Огнезащитные пропитки растворами антипиренов оказываются дешевле, чем лаки и краски. Поверхностная пропитка древесины, осуществляемая погружением, распылением или нанесением кистью, обеспечивает, как правило, лишь II-ю группу огнезащитной эффективности. Увеличение расхода составов, а также применение глубокой пропитки древесины антипиренами под давлением позволяет обеспечить I-ю группу огнезащитной эффективности. Глубокая пропитка может снижать способность древесины к склеиванию, поэтому нежелательна для клеёных конструкций. В последнее время глубокая пропитка применяется редко по причине высокой трудоёмкости и стоимости.

В зависимости от вида растворителей пропитки можно разделить на органорастворимые (на горючих растворителях) и водорастворимые. Последние более предпочтительны для применения, но иногда не обладают достаточной атмосфероустойчивостью и пригодны для эксплуатации только в условиях закрытых отапливаемых помещений с относительной влажностью воздуха не более 70%.

Огнезащитные покрытия на основе жидкого стекла и силикофосфатного связующего вследствие химического взаимодействия с содержащимися в воздухе углекислотой и другими агрессивными газами в процессе эксплуатации могут покрываться солевыми пятнами и трещинами, что ухудшает декоративные и эксплуатационные свойства обработанных поверхностей.

Несмотря на то, что огнезащитные свойства обработанной древесины могут сохраняться в течение ряда лет, проверка состояния огнезащиты согласно п. 36 ППБ 01-03 [8] должна осуществляться не реже двух раз в год, поскольку не всегда можно заранее определить реальные условия эксплуатации древесины после обработки. Например, вследствие значительных деформаций усадки и набухания древесины поперёк волокон при изменении влажности (эти деформации в 200 раз превышают температурное расширение вдоль волокон), возможно возникновение усадочных трещин или нарушение сцепления защитных покрытий с поверхностью.

Нарушения огнезащитных покрытий должны немедленно устраняться. Обработанные деревянные конструкции по истечении сроков действия обработки и в случае потери огнезащитных свойств составов должны обрабатываться повторно (п. 36 ППБ 01-03 [8]).

Более подробные сведения о способах огнезащиты древесины содержатся в [13; 14; 19; 22; 29], экспериментальные данные о пределах огнестойкости конструкций с применением древесины приведены в [22].