Прайс-лист всех товаров

(066) 501-17-95

(044) 512-35-63

ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Капитальное строительство и реконструкция су- ществующих объектов гражданского, промышленного и специального назначения связаны с использованием древесины, которая чувствительна к воздействию вы- сокой температуры, т.е. способностью сохранять функ- циональные свойства в условиях эксплуатации. С уче- том этих проблем приняты нормативные документы, которые требуют при проектировании конструкции из древесины учитывать их стойкость против терми- ческого разрушения, а также проводить защитную обработку строительных материалов специальными средствами. Сущность защиты антипиренами и анти- септиками состоит в торможении процессов термиче- ского разложения целлюлозы, снижении константы скорости реакций и энергии активации.
 Для комплексной защиты древесины от возгорания и биологического разрушения предложено небольшое количество препаратов, в частности смесь сульфа- та аммония, диаммонийфосфат и фтористого натрия (МС), или ортоборату натрия и борной кислоты (ББ) и смесь карбоната натрия и борной кислоты (БС). На сегодняшний день появились эффективные пропиточ- ные составы для древесины, в частности композиция из антипирена (фосфаты и сульфат аммония) и анти- септика полимерного происхождения (полигексаме- тиленгуанидинфосфат) - ДСА-1 и ДСА-2 [3]. В случае применения ДСА на поверхности древесины образует- ся полимерная пленка, препятствующая выходу анти- пирена из древесины на поверхность и предотвращает свободный доступ кислорода воздуха, изменяя меха- низм пиролиза целлюлозы и замедляя окислительные процессы.
На основе комплексной защиты древесины от воз- горания и биологического разрушения провести иссле- дование скорости выгорания древесины в случае моди- фицирования ее смесями диаммонийфосфат, сульфата аммония и полигексаметиленгуанидинфосфата.
 Распространение пламени при горении материалов определяет интенсивность и динамику развития по- жара и зависит от эффективности защиты и скорости выгорания строительных конструкций в процессе пла- менного горения.
 Для определения характеристик тепловыделения материалов при горении используется фундамен- тальное уравнение, связывающее скорость тепловы- деления при горении материала Q, со скоростью вы- горания m, кг/(м2.с) и низкой теплотой сгорания Qн, кДж/кг вида [4]: Q mQ S = η н , (1) где η - коэффициент полноты сгорания летучих про- дуктов разложения вещества в пламени (0,85); S - площадь поверхности образца, находящегося под действием теплового воздействия, м2. При построении математической модели скорости выгорания материала принимаем, что изменение во времени удельной массы образца пропорционально разности между начальной и текущей удельной массой и интенсивностью выгорания: 0 dm (m m) d =a − +w t , (2) где τ - время с момента зажигания, с; α - коэффициент пропорциональности, зависящий от вида горючего материала, с-1; М0 - начальная скорость выгорания материала, кг/(м2∙с); w =w (t)= 0 e− gt w ⋅ = - функция, характеризующая интенсивность изменения удельной массы образца в пламени, кг/(м2∙с2); ω0 - интенсивность сгорания материала в началь- ный момент времени, кг/(м2∙с2); γ - показатель интенсивности замедления реакций горения за счет действия защитных веществ, с-1. После интегрирования (2) получаем следующее выражение для расчета скорости выгорания огнестой- ких материалов: 0 m m (e e ) 0 w − gt −at =+ ⋅ − a−g . (3) Если образец не обработан защитными вещества- ми, то математически это означает, что a >> g или g → 0, тогда уравнение (3) принимает следующий вид: 0 m m (1 e ) 0 0 −a⋅t g→ w =+ − a . (4) Это означает, что сразу после зажигания образца начинается период стационарного развития пожара до полного сгорания. В случае идеальной защиты a << g или при a → 0 из уравнения (3) получаем: 0 m m (e 1) 0 0 − g⋅t a→ w =− − g , (5) откуда следует, что с момента начала воздействия на образец теплового источника начинается стадия пре- кращения горения. Наконец, если интенсивность развития пламенно- го горения и скорость его подавления примерно оди- наковые g » a, то: mm e 0 0 − g⋅t a→g = +w ⋅t⋅ .
 То есть, при наличии защиты, соответствющей интенсивности развития пожара, горение повышает- ся, а затем проявляется влияние действия защитных средств и пламя подавляется. Проверка адекватности полученных теоретических результатов натурным условиям была проведена пу- тем определения тесноты связи между расчетными и экспериментально установленными параметрами горения древесины. Для определения значений этих параметров про- ведены экспериментальные исследования, где в каче- стве объекта исследований использовали древесину (ГОСТ 2140 [5]) и древесину пропитанную смесью фосфата и сульфата аммония и антисептиком по- лигексаметиленфосфат: поверхностным одно- и дву- кратным нанесением и глубокой пропиткой) [6, 7]. Сначала были проведены испытания необработан- ных образцов древесины. После температурного воз- действия на необработанные образцы, происходило воспламенение исследуемых материалов. Затем были проведены испытания образцов древесины, которые были обработаны антипиренами и антисептиком. Для проведения исследования использовали установ- ку по определению группы горючести материалов по ГОСТ 12.1.044 [8], которая дополнительно была осна- щена устройством для регистрации изменения массы образца в ходе испытаний. На рис. 1 представлены сопоставления результатов рассчитанной скорости выгорания образцов по форму- лам (4-6) и динамики ее изменения, которую определя- ли экспериментально и рассчитывали по уравнению: mi = е m S ∆ υ = t⋅ , (7) где ΔМ - потеря массы образца в процессе испытаний, г; τ - время испытания, с S - площадь поверхности об- разца, м2. Рис. 1. Зависимость скорости выгорания образца древеси- ны mi (г/(м2∙с)) во времени τ (с) от количества антипирена: 1 - необработанная, 2 - 27 кг/м3, 3 - 45 кг/м3, 4 - 60 кг/м3 Полученные зависимости показывают, что скорость выгорания необработанного образца древесины (g = 0) значительно повышается в начальный период воздей- ствия теплового потока, а затем, в связи с обугливанием поверхности, несколько замедляется. Результаты обработки экспериментальных данных горения древесины приведены в табл. 1.
 Для необработанных образцов при таких значе- ний достигается максимальная скорость выгорания, которая составляет около 8,1 г/(м2·с). Для обработан- ных образцов древесины, с поглощением антипирена (27 кг/м3 ), все параметры, которые влияют на скорость выгорания имеют меньшие значения, но показатели скорости развития и подавления горения α и γ изме- няются. Показатели скорости развития и прекращения горе- ния для огнестойкой древесины, с поглощением антипи- рена (45 и 60 кг/м3 ), существенно отличаются от преды- дущих, а именно, наименьший показатель прекращения скорости горения γ = 27,8 с-1 при показателе развития горения α ≈ 0, с-1. При таком количестве огнезащитного средства достигается минимальная скорость выгорания 2,8 г/(м2·с). Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что фактически, при горении образцов в условиях проведенных испытаний, динамика скорости выгорания соответствуют одному из трех условий, кото- рые рассмотрены выше.
 Согласно п. 1.2 СНиП II -25 - 80 ”Деревянные кон- струкции” [9] следует, что при проектировании дере- вянных конструкций необходимо предусматривать за- щиту их от увлажнения, биоповреждения, от коррозии и от возгорания при пожаре. Так, в общем случае, для расчета предела огнестой- кости деревянных конструкций необходимо решение двух задач: теплотехнической и прочностной. Решение теплотехнической задачи огнестойкости деревянных конструкций заключается: в определении изменения рабочего сечения деревянной конструкции после возгорания древесины при пожаре, за счет про- цесса ее обугливания. Решение прочностной задачи огнестойкости, при- менительно к деревянным конструкциям, заключается: а) в определении изменения соответствующих напряжений в расчетных сечениях конструкций от нормативных нагрузок в зависимости от изменения рабочих связей деревянной конструкции за счет об- угливания древесины после ее воспламенения при пожаре;
 б) в проверке условий прочности деревянной кон- струкции на воздействие соответствующих норма- тивных нагрузок, с учетом изменения напряжений от этих нормативных нагрузок в зависимости от времени горения древесины до потери конструкцией несущей способности. По экспериментальным данным, средняя скорость обугливания древесины в конструкциях такова: мас- сивные элементы сечением не менее 150х150 мм - 0,6 мм/мин., дощатая обшивка, перегородки из досок толщиной 15-20 мм - 0,8 ÷ 1,0 мм/мин [10]. Эти данные относятся к немодифицированной древесине. Что касается защищенной древесины, то значение скорости обугливания неизвестные и зависят от при- роды модификаторов и их свойств. Прогнозирование средней скорости обугливания для древесины предложено проводить по зависимости [11]: o w m V = ρ , (8) где М - массовая скорость выгорания древесины (ско- рость потери массы), кг/(м2∙с); ρw - плотность древесины в сухом состоянии (влаж- ность 10 ÷ 12%), кг/м3. Определенная по (8) скорость обугливания древеси- ны составляет для защищенной 0,000336 м/мин. и соот- ветственно для необработанной - 0,00096 м/мин. Как пример, рассмотрим деревянную стойку из цельной древесины. Материал стойки - сосна первого сорта. Сечение bхh = 0,22 х0,20 м. Влажность - 10 ÷ 12%, нагрузка на стойку Nн = 740 кН. Варианты огнезащиты: а) без огнезащиты; б) огне- защита пропиткой. Расчетное сопротивление древесины стойки на сжатие согласно СНиП II-25-80 для древесины I сорта составляет Rc = 25 МПа. Задаем последовательные моменты времени го- рения деревянной стойки при пожаре, определяем рабочее сечение стойки (Fс (τ)) и напряжение сжатия (σс (τ)) (рис. 2).
 Определяем время τ от начала возгорания деревян- ной стойки при пожаре к потере ею несущей способности по [9], согласно которой σ t≥ = p c ( ) R 25 МПа. Это условие выполняется для необработанной древесины на 40 мин, для обработанной - на 120 мин.
 Модификация древесины приводит к сниже- нию скорости обугливания примерно в 2,8 раза и изменению структуры и свойств контактной зоны древесины, повышающих ее способность противо- стоять высокотемпературному воздействию. Уста- новлено, что эта зона представляет собой слой древесины, характеризуемый сопротивляемостью к воздействию внешних источников энергии (высо- котемпературного пламени), что свидетельствует о защитном характере модификаторов на поверхно- сти древесины. Устойчивость модифицированной древесины, оцениваемая по изменению прочности при сжатии, в среднем в 3 раза выше по сравнению с необработанной, при выгорании деревянной кон- струкции.

Возврат к списку