CC BY
57
Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/ Том 8, №5 (2016) http ://naukovedenie. ru/index.php?p=vol8-5 URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/74TVN516.pdf Статья опубликована 13.10.2016. Ссылка для цитирования этой статьи:
Мельников В.С., Кириллов С.В., Мельников М.В., Ванин С.А., Васильев В.Г., Потемкин С.А. Огнезащита стыков сэндвич - панелей в строительных конструкциях // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №5 (2016) http://naukovedenie.ru/PDF/74TVN516.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
УДК 614.841.41
Мельников Владимир Семенович
ООО «Международный противопожарный цент», Россия, Москва1
Заместитель Генерального директора Кандидат технических наук Старший научный сотрудник E-mail: [email protected] РИНЦ: http://elibrary.ru/author profile.asp?id=854938
Кириллов Сергей Владимирович
ООО «Международный противопожарный цент», Россия, Москва
Ведущий специалист E-mail: [email protected]
Мельников Михаил Владимирович
ООО «Международный противопожарный цент», Россия, Москва
Логистик E-mail: [email protected]
Ванин Сергей Александрович
ЗАО «ТД «Ариада», Россия, Москва Генеральный директор E-mail: [email protected]
Васильев Виктор Григорьевич
ЗАО «Ариада», Россия, Волжск Генеральный директор Доктор экономических наук E-mail: [email protected]
Потемкин Сергей Александрович
ООО «Международный противопожарный цент», Россия, Москва
Ведущий специалист E-mail: [email protected]
Огнезащита стыков сэндвич - панелей в строительных конструкциях
Аннотация. Потенциал огнестойкости и пожарной безопасности быстровозводимых зданий в значительной степени не используется из-за проблемы стыков строительных
1 115446, Москва, Коломенский проезд, д. 14
конструкций. С целью поиска необходимых технических решений в работе исследованы покрытия и стены с тремя видами стыков сэндвич - панелей: прямым и фасонным для соединения шип - паз, а также наклонным внахлёст для покрытий.
Предложен метод испытаний на эффективность огнезащиты стыков сэндвич - панелей, а также компактный стенд для его реализации. Применение этого дополнительного теста и оборудования рекомендуется перед стандартными испытаниями конструкций на пожарную опасность и огнестойкость, либо перед натурными огневыми испытаниями фрагментов зданий, что позволит оптимизировать выбор формы и материалов стыков.
Дополнительный тест апробирован, полученные при меньших затратах результаты совпадают с результатами стандартных испытаний.
Введение предварительных испытаний также рекомендуется, поскольку существенно повышается информативность пожарно-структурной экспертизы повреждений, появляется возможность оценки влияния различных факторов на огнестойкость и пожарную опасность с последующим принятием решений о компенсации отрицательного влияния отдельных технологий формирования стыков и элементов их конструкций.
Для широкого диапазона параметров подтверждена эффективность применения терморасширяющихся прокладок в качестве огнезащиты стыков.
Ключевые слова: огнезащита стыков; теплорасширяющиеся; огнезащитные материалы; строительные конструкции; сэндвич панели; пенополиизоцианурат; пожарно-структурная экспертиза; классификация повреждений; структура повреждений; тест на электропроводность; обугливание; теплопрозрачность; тепловой эффект; горючесть; пожарная опасность; огнестойкость; теплоизоляционные материалы
Введение
Поэлементная сборка строительных конструкций является эффективной технологией монтажа, особенно в случае применения сухих процессов во время строительства, однако при эксплуатации образующиеся стыки элементов становятся узлами с пониженными теплотехническими и пожарно-техническими характеристиками, концентраторами нагрузок и других недостатков. Хорошо известны проблемы стыков, возникающие при эксплуатации крупнопанельных железобетонных зданий. Не являются исключением и быстровозводимые здания из сэндвич-панелей. Относительно решения задач пожарной безопасности к существенным недостаткам относится то, что при огневом воздействии в первую очередь по стыкам происходит потеря теплоизолирующей способности, целостности и дымогазонепроницаемости [1, 2].
Вместе с тем требования технического регламента к стыкам предъявляются наравне с требованиями к другим строительным конструкциям, так, предел огнестойкости узлов крепления и сочленения строительных конструкций между собой должен быть не менее минимального требуемого предела огнестойкости стыкуемых строительных элементов 2.
К стыкам относится и то, что конструктивное исполнение строительных элементов зданий, сооружений не должно являться причиной скрытого распространения горения по
2 п.2, Статьи 137 Федерального закона от 22 июля 2008 г. N 123-Ф3 "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности" (с изменениями на 03.07.2016).
зданию, сооружению3. Последнее требование важно, поскольку весьма вероятен риск развития подобного сценария тепломассообменных процессов именно по стыкам.
Ряд технических решений позволяет компенсировать отрицательное влияние узлов крепления и сочленения сэндвич - панелей, например, за счёт применения внешних накладок или терморасширяющихся материалов [3].
В связи с этим в рамках настоящей работы ставилась задача проверки эффективности огнезащиты стыков строительных конструкций с теплоизоляционными материалами тела сэндвич - панелей на основе модификаций пенополиизоцианурата (далее ПИР). Кроме того, не исключалась возможность расширенного применения результатов для оценки и совершенствования других строительных конструкций.
Объекты и методы
Авторы исследовали следующие три типа стыков:
• наклонный в соединении внахлёст сэндвич - панелей покрытий (см. рис. 1);
• прямой в соединении шип - паз стен, перегородок и перекрытий (см. рис. 2);
• фасонный в соединении шип - паз наружных стен (см. рис. 3).
Общая оценка эффективности огнезащиты была выполнена на основании испытаний строительных конструкций и фрагментов зданий на огнестойкость и пожарную опасность по ГОСТ Р 56076-20144
Рассматривались следующие варианты огнезащиты стыков:
• с накладками, установленными с помощью крепежа на огнестойкой мастике;
• с заполнением огнестойкой монтажной пеной;
• с нанесением терморасширяющейся краски (мастики);
• с наклейкой терморасширяющейся лентой.
Необходимо отметить, что ранее для получения требуемого предела огнестойкости строительных конструкций наиболее распространённым являлся именно первый вариант (с накладками). Для примера на рис. 4 представлены зафиксированные состояния фрагмента стены указанного исполнения.
Конструкция с накладками позволяла получить предел огнестойкости 30 мин, но равная огнестойкость стыков и основного теплоизоляционного материала (в теле сэндвич -панели) не достигалась. Несмотря на наличие двухсторонней защиты (с обогреваемой и необогреваемой стороны) предельное состояние в стыках достигалось раньше, т.е. конструкция сохраняла нереализованный потенциал улучшения пожарно-технических характеристик. Кроме того, экономические показатели, связанные с расходом комплектующих и сложностью монтажа, склонность к накоплению грязи, влаги, обледенению, прорастанию грибка и мха, а также непривлекательный внешний вид сегодня исключают вариант с накладками из ряда конкурентоспособных конструкций.
3 см. там же п.1, Статьи 137.
4 ГОСТ Р 56076-2014 Конструкции строительные. Конструкции из панелей с металлическими обшивками. Методы испытаний на огнестойкость и пожарную опасность. Введ. 2015-01-01. М. ФГУП Стандартинформ. 2014. 44 с.
Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №5 (сентябрь - октябрь 2016)
http://naukovedenie.ru [email protected]
Рисунок 1. Фрагмент покрытия с наклонным стыком сэндвич - панелей (рис. авт.)
Рисунок 2. Соединение шип - паз с образованием прямого стыка сэндвич - панелей (рис. авт.)
б)
Рисунок 3. Соединение шип - паз с фасонным стыком для скрытой установки крепежа и улучшения теплозащиты: а - общий вид сэндвич - панелей, б - фасонный стык в разрезе
(рис. авт.)
а) б)
Рисунок 4. Фрагмент стены из сэндвич - панелей с накладками стыков и теплоизоляционным ПИР материалом: а - на печи до испытания, б - на 36 мин при испытании на огнестойкость
по ГОСТР 56076-2014 (рис. авт.)
Альтернативой или особым исполнением накладок могут быть биметаллические и металлокомпозитные обшивки, что в некоторых случаях позволяет получить класс пожарной опасности КО даже для строительных конструкций с пенополимерами, например, для навесных фасадных систем, однако этот вариант в области применения сэндвич - панелей также не может рассматриваться как неконкурентоспособный по экономическим причинам.
Напротив, заполнение стыков огнестойкой пеной (см. рис. 5а) представляет практический интерес, т.к. по эксплуатационным и другим показателям получаемая конструкция выгодно отличается от первой. Тем не менее, и эту технологию рано рекомендовать в основном из-за низких пожарно-технических характеристик самих однокомпонентных монтажных пенополимеров. Испытания строительных конструкций и фрагментов зданий с применением монтажных пен показали, что их выгорание из стыков намного опережает повреждение основного теплоизоляционного материала сэндвич -панелей.
Только предварительные испытания строительных конструкций с терморасширяющимися материалами (см. рис. 5б, 5в) подтвердили эффективность этого способа огнезащиты, применение соответствующей продукции сразу нескольких производителе обеспечило более медленное повреждение стыков, чем повреждение в теле основного теплоизоляционного материала. Заметим, что использование красок и мастик сложнее применения терморасширяющейся ленты в части технологии нанесения.
Рисунок 5. Примеры исполнения стыков: а - фасонного с заполнением монтажной пеной, б - прямого торцевого с нанесением терморасширяющейся мастики, в - наклонного с наклейкой терморасширяющейся ленты (рис. авт.)
С учётом указанных предварительных результатов основные испытания и исследования были выполнены для варианта сухой технологии монтажа с уплотнением стыков самоклеящейся терморасширяющейся лентой ОГРАКС [4].
Часть настоящего исследования реализована на стандартном стендовом оборудовании. Так, при испытании строительных конструкций стен и покрытий на пожарную опасность получали развёрнутую картину повреждений в стыке и в теле теплоизоляционного материала по всей длине (высоте) образца (см. рис. 6).
Этими экспериментами установлено следующее:
• незащищённые стыки не только являются причиной снижения огнестойкости, но также способствуют распространению горения вдоль панелей вне зоны прямого огневого воздействия (в контрольной зоне), раскрытие таких стыков приводит к образованию каналов распространения горения и продуктов деструкции, в том числе горючих газов;
• применение терморасширяющейся ленты исключает распространение горения вдоль стыков, а также предотвращает дымогазопроницаемость.
Аналогичные качественные выводы были сделаны и по результатам выполненных стандартных испытаний на огнестойкость.
Поскольку стандартные методы испытаний на пожарную опасность и огнестойкость предусматривают охлаждение образцов вместе с печами, повреждения образцов отражают в совокупности результат огневого воздействия с последействием теплового эффекта, включая возможное самостоятельное горение материалов конструкций. Дополнительно следует иметь в виду, что при стандартном испытании на огнестойкость огневое воздействие осуществляют до наступления предельного состояния, при котором повреждение происходит насквозь по толщине теплоизоляционных материалов либо материалов в стыках. Указанные причины затрудняют получение равных условий огневого (теплового) воздействия для объективного сравнения повреждений.
В связи с этим для получения данных о реакции на огневое (тепловое) воздействие были проведены испытания на специальном стенде (горизонтальной печи) (см. рис. 7). Дополнительный тест несколько отличался от стандартного. Так, образцы с исследуемыми стыками устанавливали с зазором (18 мм) в проём нагретой печи на время 15 мин, и после огневого воздействия сразу снимали для интенсивного охлаждения обогреваемой поверхности на воздухе.
а) б)
Рисунок 6. Образец фрагмента стены из сэндвич - панелей с штатной прокладкой стыка: а - на печи при испытании на пожарную опасность по ГОСТР 56076-2014, б - с повреждённой стороны (обшивка теплоизоляционного материала демонтирована). Линиями по высоте контрольной зоны отмечены размеры повреждений, соответствующие классам пожарной опасности строительных конструкций - К1, К2, КЗ (рис. авт.)
Обогреваемые поверхности образцов выбирали следующим образом:
• для покрытий (рис. 1) - со стороны нижних обшивок сэндвич - панелей;
• для конструкций с прямыми стыками (рис. 2) - поочерёдно в двух положениях, т.е. для нескольких образцов со стороны нижней части заливки и для нескольких образцов в перевёрнутом положении со стороны верхней части заливки сэндвич - панелей;
• для конструкций с фасонными стыками (рис. 3) - только со стороны фасонного профиля обшивок, поскольку профиль обшивок с обратной стороны в этой конструкции не отличался от профиля обшивок конструкций с прямым стыком.
Во время испытания особое внимание уделяли равномерности огневого воздействия, для этого по длине образца контролировали температуры с помощью термопар (ТШ...ТП3). Подачу воздуха (V) и топлива при калибровке подбирали так, чтобы обеспечить стандартный температурный режим в огневой камере и соответствующую скорость нагрева обогреваемой поверхности (см. рис. 8).
Рисунок 7. Стенд с образцом фрагмента стены из сэндвич - панелей: 1 - образец, 2 - горизонтальная печь, 3 - прокладка стыка сэндвич - панелей (в сечении), 4 - соединительные балки с крепежом, V- подача воздуха, ТП1...ТП3 - термопары (рис. авт.)
После охлаждения осуществляли вскрытие образца, при этом с помощью дополнительных креплений сохраняли в неразъёмном состоянии стык смежных теплоизоляционных слоёв. Указанные дополнительные крепления фиксировали необогреваемые обшивки образца, а с обогреваемой стороны, повреждённые обшивки демонтировали, затем выполняли срезы теплоизоляционного материала так, как показано на рис. 9-12, обеспыливали образцы и срезы, измеряли толщину неповреждённого ПИР материала в области стыка, а также толщину неповреждённого ПИР материала в теле. Для сбора статистических данных толщину повреждений считали равной разнице начальной толщины ПИР и толщины неповреждённой части. Поскольку повреждения в теле случайным образом менялись по длине образца, для сравнения повреждений в стыке с повреждениями в теле из последних выбирали наибольшие.
Примеры срезов для конструкций с штатными прокладками в стыках зафиксированы фотографиями на рис. 9а, 10а, 11а, а примеры для конструкций с терморасширяющимися прокладками - фотографиями на рис. 9б, 10б, 11б. Укрупнённые снимки повреждённых материалов и стыков тех же конструкций показаны соответственно на рис. 9в, 10в, 11в и рис. 9г, 10г, 11г.
Особое внимание было уделено подготовке к экспертизе зон вокруг терморасширяющихся прокладок. Здесь вначале отделяли теплоизоляционный материал вокруг стыка, как показано на рис. 12, обеспыливали элементы конструкции и проводили измерения. Только после этого срезали прокладку для получения показанных на рис. 9-11 срезов образцов.
Дополнительно для учёта деформаций профилированного металла в стыках панелей проводили соответствующие измерения повреждений обшивок обогреваемой стороны образцов (см. рис. 13).
Следует ещё раз обратить внимание на то, что в ходе проведённых испытаний и подготовки образцов для экспертизы получали срезы с повреждениями по длине, вызванными равномерно распределёнными огневыми (тепловыми) воздействиями. Это подтверждается не только результатами измерения температур, но и тем, что с разных сторон стыков имели место подобные по форме и близкие по толщине повреждения теплоизоляционных материалов. По мнению авторов, предлагаемый тест и оборудование могут быть полезны при огневых испытаниях не только фрагментов из сэндвич - панелей, но и других двухмерных образцов строительных конструкции.
Рисунок 8. Типичные изменения температур в точках установки термопар (ТП1...ТП3) во время испытания Данные для образца с фасонным стыком сэндвич - панелей. Т, Т+АТ, Т-АТ - соответственно стандартная функция: Т = То + 345 +1), °С, тоже с допустимым положительным и отрицательным отклонением по ГОСТ 30247.0-945
Результаты испытаний
Стыки без огнезащиты, где применялись штатные прокладки, оказались наиболее повреждёнными. На приведённых фотографиях видно, что в зоне прямого стыка
5 ГОСТ 30247.0-94 (ИСО 834-75) Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования. Введ. 1996-01-01. М. ИПК Издательство стандартов. 1995. 11 с.
теплоизоляционный слой отсутствовал вплоть до необогреваемой обшивки (рис. 9а, 9в), т.е. стык полностью раскрылся, аналогично выглядела зона вблизи фасонного стыка (рис. 10а, 10в), осталась неповреждённой и незначительная часть ПИР в зоне наклонного стыка покрытия (рис. 11а, 11в).
В тех стыках, где вместо штатных прокладок применялась терморасширяющаяся лента, с обогреваемой стороны в зоне стыков всех типов образовывалась клиновидная масса огнезащитного материала, которая предотвращала развитие повреждений по толщине.
На фотографиях с увеличенным изображением (рис. 9г, 10г, 11г) хорошо видно, что размер клиновидной массы точно соответствовал толщине повреждений прилегающего ПИР материала, а расширение ленты имело место не только там, где происходило обугливание, но и глубже, где в результате теплового воздействия лишь расширились поры (шло новообразование пустот).
Важно отметить то, что огневое (тепловое воздействие) на терморасширяющиеся прокладки приводило не только к расширению, но и к заметному усилению адгезии. Особенно плотное соединение смежных слоёв ПИР материала получалось, если ленту толщиной 1... 2 мм наклеивали на обе смежные стороны стыка (рис. 12). После испытания смежные ленты между собой и ленты с ПИР материалами не разделялись по начальной поверхности контакта даже механическим путём.
Влияние профиля обшивок на повреждения в стыке и поведение прокладок в ходе испытаний не выявлено, хотя деформации отличались существенно. Например, остаточные деформации обогреваемых обшивок покрытий и стен с прямыми стыками составляли 100 мм/м и более (см. рис. 13а), а деформации фасонного профиля не превышали 5 мм/м (см. рис. 13б). У фасонного стыка практически не наблюдалась и потеря формы.
Пожарно-структурная экспертиза повреждений
При производстве сэндвич - панелей производители используют сырьевые композиции и технологии, которые существенно различаются даже при выпуске одноимённых теплоизоляционных материалов, поэтому они существенно отличаются по реакции на огневое (тепловое) воздействие и могут быть идентифицированы по соответствующему типу повреждений [5]. Известное различие свойств обязывает определять перечень ПИР материалов, на которые распространяются полученные результаты.
На фотографиях (рис. 9-12) видно, что повреждения выбранного теплоизоляционного материала шло с обугливанием и вспучиванием по объёму порами (пустотами) в форме раковин, с образованием агломератов, между которыми формировались сквозные трещины. По классификации структур повреждений такой материал относится к типу ПИР9 [5]. Дополнительно методом II ГОСТ 30244-94 6 установлено, что рассматриваемый пенополимер относится к группе горючести Г3 - нормальногорючие материалы, для которых при испытании на горючесть имеют место: существенная температура дымовых газов (до 450°С), степень повреждения по длине более 85%, степень повреждения по массе до 50% и продолжительность самостоятельного горения до 300 с.
Подробное указание параметров горючести по ГОСТ 30244-94 приведено для дальнейшего сопоставления с параметрами выполненных экспериментов.
6 ГОСТ 30244-94. Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть. Введ. 1995-01-01. М. ФГУП Стандартинформ. 2008. 16 с.
г)
Рисунок 9. Разрезы испытанных образцов фрагментов стен из сэндвич - панелей с прямыми стыками следующего исполнения: а - штатная прокладка, б - терморасширяющаяся прокладка, в - штатная прокладка (увеличено), г - терморасширяющаяся прокладка (увеличено). Обшивки с обогреваемых сторон повреждённых образцов демонтированы. Толщина панелей - 80 мм (рис. авт.)
а)
г)
Рисунок 10. Разрезы испытанных образцов фрагментов стен из сэндвич - панелей с фасонными стыками следующего исполнения: а - штатная прокладка, б - терморасширяющаяся прокладка, в - штатная прокладка (увеличено), г - терморасширяющаяся прокладка (увеличено). Тепло подводилось со стороны фасонных обшивок. Обшивки с обогреваемых сторон повреждённых образцов демонтированы. Толщина панелей - 100 мм (рис. авт.)
Рисунок 11. Разрезы испытанных образцов фрагментов покрытий из сэндвич - панелей с наклонными стыками следующего исполнения: а - штатная прокладка, б - терморасширяющаяся прокладка, в - штатная прокладка (увеличено), г - терморасширяющаяся прокладка (увеличено). Тепло подводилось со стороны нижних обшивок. Обшивки с обогреваемых сторон повреждённых образцов демонтированы. Толщина панелей - 80 (по гребням - 120) мм (рис. авт.)
щ
Рисунок 12. Терморасширяющаяся прокладка из двух лент толщиной 2 мм, наклеенных на смежные поверхности стыка, после испытания фрагмента (два вида с обогреваемой стороны). Теплоизоляционный материал частично удалён, обшивка с обогреваемой стороны демонтирована. Толщина стеновых панелей с прямым стыком - 80 мм (рис. авт.)
Рисунок 13. Состояние обшивок со стороны обогреваемых поверхностей после испытания и охлаждения: а - образца с прямым стыком (общий вид), б - образца с фасонным
стыком (вид сбоку) (рис. авт.)
В ходе экспертизы структура повреждений теплоизоляционных материалов строительных конструкций из сэндвич - панелей оценивалась визуально с фиксацией координат (размеров) и путём измерения электрического сопротивления, как показано на рис. 14. Наблюдения и измерения для выбранного примера отражены на графике (рис. 15).
По крайнему (наиболее глубокому) распространению пор в форме раковин видно, что полная толщина повреждений теплоизоляционного материала в теле составляла 75...80 мм, что близко к толщине повреждения в стыке сэндвич - панелей (вплоть до отогнутой кромки металла обшивки с необогреваемой стороны - 85 мм).
Видимая толщина повреждений в теле составляет 46 мм (по субъективной оценке существенного изменения цвета), но оценка обугливания по электропроводности показывает,
что эта граница соответствует вдвое меньшей толщине повреждения - 24 мм. В обугленной зоне деструкция материала дошла до такого состояния связей высокомолекулярных соединениях, до такого числа их разрывов, при котором концентрации свободного углерода достаточно для появления электронной проводимости.
При толщине более 24 мм электропроводность не зафиксирована. В этой зоне деструкция ПИР материала протекала из-за его теплопрозрачности (объёмного нагрева инфракрасным тепловым излучением), а также из-за кондуктивной (молекулярной) теплопроводности, причём влияние теплопрозрачности доминировало, т.к. размеры и количество пор при разной толщине было практически равным.
а) б) 5=0 1
в) 8 = 22
Рисунок 14. Пример теста на электропроводность и результат измерения электрического сопротивления для анализа обугливания ПИР материала. Показаны следующие направления перемещения и положения щупа: а - на внутренней поверхности раскрытого стыка, б - по поверхности среза в теле теплоизоляционного материала от начала отсчёта толщины повреждений (8 = 0), в - на поверхности среза (при толщине 8=22 мм), где измеритель сопротивления изоляции иТ502 регистрировал электрическое сопротивление - 1,7 Гом
под напряжением 500В (рис. авт.)
Прекращение прямого огневого (теплового) воздействия привело к самостоятельному затуханию процесса деструкции на границе (24 мм) и глубже по толщине материала. Понятно, что положение границы зависит от мощности и продолжительности действия внешнего источника.
По мнению авторов, можно утверждать, что наличие видимой зоны повреждений (от толщины 24 мм до 75...80 мм) характеризует огнестойкость конструкции, но не её пожарную опасность. Для заданных условий действия внешнего источника часть ПИР материала, расположенная вне зоны обугливания (за границей - 24 мм), успешно противодействовала распространению горения и продолжению тепломассообменных процессов деструкции.
Представляет практический интерес тест на электропроводность и информация о том, что электрическое сопротивление на поверхности раскрытого стыка (см. рис. 14, направление - а) меняется по толщине примерно также, как сопротивление в теле теплоизоляционного слоя (рис. 14, направление б). Соответствующие графики на рис. 15 приближаются к общей асимптоте (к толщине повреждений - 24.. .25 мм).
Визуально также определяется, что раскрывшийся стык в дальней от обогреваемой поверхности части имеет лишь тонкие прилегающие зоны (стенки - 1...2 мм) с существенным изменением цвета. За этими потемневшими зонами ПИР материал дополнительных видимых повреждений не получил.
Рисунок 15. Расположение по толщине повреждённого материала видимых границ повреждения и границ электропроводных зон с электрическим сопротивлением (Я) в теле теплоизоляционного материала, а также по поверхности раскрытого стыка. Начало отсчёта толщины (8) установлено с обогреваемой стороны на поверхности повреждённого ПИР материала (см. рис. 14б) (рис. авт.)
Сопоставление этих наблюдений с указанными выше параметрами горючести нормальногорючего материала даёт возможность сделать вывод о незначительном тепловом эффекте от горения внутри раскрытого стыка. Видимо, это происходит по двум причинам, во-первых, из-за недостатка кислорода воздуха, во-вторых, благодаря ослаблению теплового излучения. Суперпозиция этих факторов ограничивает температуру дымовых газов в раскрытом стыке, линейную степень повреждения стенок, степень повреждения по массе и продолжительность самостоятельного горения относительно аналогичных параметров горючести ПИР материала при стандартном испытании.
С учётом этого можно доказывать, что раскрытие стыков сэндвич - панелей будет повышать пожарную опасность строительной конструкции главным образом за счёт выхода по стыкам на необогреваемую сторону горючих продуктов (газов, выделяющихся из конструкции в результате термического разложения), но не за счёт горения внутри самих стыков.
Аналогично снижение предела огнестойкости строительной конструкции можно связывать не с горением ПИР материала внутри стыков, но с выходом по раскрывшимся стыкам на необогреваемую сторону теплового потока от внешнего источника (например, от горящей пожарной нагрузки помещения), сопровождающегося возможным горением горючих продуктов деструкции в основном за пределами стыков.
Повреждение терморасширяющейся ленты ОГРАКС может быть проконтролировано только по увеличению её толщины, поскольку этот материал в отличие от
пенополиизоциануратов имеет высокую электропроводность исходной структуры, а визуальный контроль изменений цвета тем более невозможен, т.к. изначально структура имеет чёрный цвет. Также при испытании по ГОСТ 30244-94 остаются три достоверных параметра горючести, для которых в рамках настоящей работы установлены следующие значения: температура дымовых газов - 108°С, степень повреждения по массе - 3%, продолжительность самостоятельного горения - 12 с, и только из-за последнего материал отнесён к группе горючести Г2 вместо Г1. Следовательно, при недостатке кислорода воздуха вблизи стыков в условиях испытаний на пожарную опасность и огнестойкость строительных конструкций из сэндвич - панелей, а также в условиях реального пожара, применение терморасширяющегося материала ОГРАКС не должно приводить даже к локальному дополнительному тепловому эффекту. Последнее предположение полностью соответствует отсутствию дополнительных повреждений ПИР материалов, вплотную прилегающих к терморасширяющимся прокладкам (см. рис. 12).
Поскольку в ходе испытаний и экспертизы выявлено только положительное взаимодействия терморасширяющегося и теплоизоляционного материалов, есть обоснованная вероятностью достижения положительного эффекта в случае ПИР материалов с пожарно-техническими характеристиками и структурой повреждений, лучшими чем Г3, ПИР9.
Статистика повреждений
Обобщаемые результаты были получены при натурных огневых испытаниях, стандартными методами при испытаниях на пожарную опасность и огнестойкость, а также путём отдельных испытаний эффективности огнезащиты стыков (см. табл. 1).
Таблица 1
Условия испытаний и пожарно-технические характеристики
Испытания Конструкция Предел огнестойкости Класс пожарной опасности Горючесть модификаций ПИР Тип повреждений
Огнезащиты
стыков (предлагаемый тест) Рис. 1-3 Не определялся К3(15) Г3 ПИР9
На пожарную опасность Стены толщиной 80 мм с терморасшир. прокладками Не определялся К2(15) Г1 ПИР2
На огнестойкость Стены толщиной 80 мм с штатными прокладками и накладками стыков Е130 К1(15) Г2 ПИР5
На огнестойкость Стены и покрытия с штатными прокладками менее 15 мин Не определялся Г3 ПИР9
На огнестойкость Стены и покрытия с терморасшир. прокладками Е130 Не определялся Г3 ПИР9
Натурные Стены с штатными прокладками менее 15 мин К3(15) Г3 ПИР8
Натурные Стен с терморасшир. прокладками Е130 К3(15) Г3 ПИР8
Результаты сравнения толщин повреждений в области стыков и в теле сведены в диаграмму рассеяния на рис. 16.
Поскольку указанные методы дают совпадающие сведения о повреждениях, авторы приводят общую статистику без указания условий испытаний.
При определении толщины повреждений для сбора данных учитывались и суммировались толщины зон (слоёв) со следующими признаками: обугливание, явное увеличение объёма, новообразование пор. Т.е. учтённые сведения о суммарных толщинах повреждений характеризуют огнестойкость конструкций, в том числе стыков, и только косвенно касаются пожарной опасности.
Из представленных данных видно, что положительный эффект получен во всех случаях применения терморасширяющейся ленты ОГРАКС. Соответствующие повреждения в стыках были меньше, чем повреждения в теле теплоизоляционных материалов. На диаграмме связанные значения повреждений отмечены зелёными маркерами, которые находятся ниже диагонали.
Напротив, применение штатных прокладок приводило к преждевременному раскрытию стыков. Повреждения в стыках были больше, чем повреждения в теле, на диаграмме эти данные отмечены красными маркерами, которые находятся выше диагонали.
Рисунок 16. Сопоставление суммарных толщин повреждений теплоизоляционных материалов в случаях применения штатных прокладок и терморасширяющейся ленты для стыков строительных конструкций из сэндвич - панелей. Вертикальные линии на маркерах показывают, что имело место повреждение равное полной толщине ПИР материала, которое могло быть больше при увеличении толщин сэндвич - панелей (рис. авт.)
Выводы и рекомендации
1. Разработан стенд для испытания огнезащиты стыков стен, перегородок, перекрытий и покрытий из сэндвич-панелей, метод испытаний и оценки эффективности огнезащиты стыков апробирован на образцах фрагментов строительных конструкций.
2. Предложенный метод испытаний огнезащиты стыков сэндвич-панелей рекомендуется применять в качестве предварительного теста до стендовых испытаний на огнестойкость и пожарную опасность двухмерных образцов и (или) при подготовке натурных огневых испытаний трёхмерных фрагментов зданий.
3. Экспериментами установлено, что стыки сэндвич панелей без огнезащиты раскрываются, и вдоль смежных панелей образуется канал распространения продуктов деструкции, но благодаря недостатку кислорода ПИР материал, прилегающий к стыку, лишь незначительно участвует в горении.
4. Эффективность применения терморасширяющейся ленты ОГРАКС для огнезащиты стыков сэндвич - панелей доказана обобщением данных натурных огневых испытаний, данных испытаний огнезащиты стыков, а также результатов испытаний строительных конструкций на огнестойкость и пожарную опасность.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мельников В.С., Хасанов И.Р., Кириллов С.В., Васильев В.Г., Ванин С.А., Потемкин С.А. Натурные огневые испытания фрагментов зданий из сэндвич-панелей / Пожарная безопасность. 2016 №2, С.120-127. http://elibrary.ru/item.asp?id=26166021.
2. Smolka M., Mozer V., Osvald A. Smoke and heat emissions from boundaries of fire compartments and the impact of installation methods / European Journal of Environmental and Safety Sciences 2015 3(1): 17-22, ISSN 1339-472X European Science and Research Institute (Original Research Paper). http://www.sci-institute.com/2015_volume_3_issue_1/smolka_et_al..pdf (доступ свободный). Загл. с экрана.
3. Мельников В.С., Васильев В.Г., Ванин С.А. Способ огнезащиты стыков строительных конструкций: пат. № RU 2562301 Российская Федерация. 2015. Бюл. № 13. 6 с. http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet?DB=RUPAT&rn=7540& DocNumber=2562301&TypeFile=html.
4. Шкиров В.А. Высокоэффективные уплотнительные изделия нового поколения серии "ГраФлекс", терморасширяющиеся огнезащитные матриалы серии "ОГРАКС" / Известия томского политехнического университета. Т.306, 2003, № 2, С. 90-95 http://elibrary.ru/item.asp?id=9160704, http://elibrary.ru/download/ 67458169.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана.
5. Мельников В.С., Кириллов С.В., Мельников М.В., Васильев В.Г., Ванин С.А., Потемкин С.А. Пожарно-структурная экспертиза повреждений теплоизоляционных материалов из минеральной ваты и пенополиизоцианурата / Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №3 (2016) http://naukovedenie.ru/PDF/96TVN316.pdf, http://elibrary.ru/download/85107705.pd f (доступ свободный). Загл. с экрана.
Melnikov Vladimir Semenovich
International Fire Center Ltd, Russia, Moscow [email protected]
Kirillov Sergei Vladimirovich
International Fire Center Ltd, Russia, Moscow E-mail: [email protected]
Melnikov Mikhail Vladimirovich
International Fire Center Ltd, Russia, Moscow E-mail: [email protected]
Vanin Sergei Aleksandrovich
Joint Stock Company «TD «Ariada», Russia, Moscow E-mail: [email protected]
Vasilev Viktor Grigorevich
Joint Stock Company «TD «Ariada», Russia, Volzhsk
E-mail: [email protected]
Potemkin Sergei Aleksandrovich
International Fire Center Ltd, Russia, Moscow E-mail: [email protected]
Fire protection of sandwich panel joints in building structures
Abstract. Potential of fire resistance and fire safety of prefabricated buildings to a significant extent is not used because of problems with the joints of building structures. In order to find necessary technical solutions, coatings and walls with three types of sandwich-panel joints have been studied: straight and shaped for the mortise and tennon connection as well as inclined overlapped for the coverings.
Testing method of sandwich panel joints fire protection efficiency is proposed as well as compact test bench for its implementation. Use of this additional test and equipment is recommended before standard tests of building structures for fire hazard and fire resistance or prior to environmental fire tests of building sections which will allow to optimize the choice of shape and materials of joints.
Additional test has been approved and results obtained with lesser costs match the results of standard tests.
Introduction of the preliminary tests is also recommended since information value of the fire-structural examination of damages significantly increases, an opportunity to evaluate influence of various factors on fire resistance and fire hazard with the following decision making to compensate negative effect of individual technologies to shape joints and elements of their structure becomes available.
Effectiveness of thermal expanding gaskets for fire protection of joints has been confirmed for wide range of parameters.
Keywords: fire protection of joints; heat-expanding; refractory materials; building structures; sandwich panels; polyisocyanurate foams; fire-structural examination; crating of damages; structure of damages; electrical conductivity test; charring; diathermacy; thermal effect; combustibility; fire hazard; fire resistance; heat insulation materials
REFERENCES
1. Mel'nikov V.S., Khasanov I.R., Kirillov S.V., Vasil'yev V.G., Vanin S.A., Potemkin S.A. Full-scale fire tests of building fragments made of sandwich panels / Fire Safety. 2016 №2, p. 120-127. http://elibrary.ru/item.asp?id=26166021.
2. Smolka M., Mozer V., Osvald A. Smoke and heat emissions from boundaries of fire compartments and the impact of installation methods» European Journal of Environmental and Safety Sciences 2015 3(1): 17-22, ISSN 1339-472X European Science and Research Institute (Original Research Paper) http://www.sci-institute.com/2015_volume_3_issue_1/smolka_et_al..pdf.
3. Mel'nikov V.S., Vasil'yev V.G., Vanin S.A. Method of fireproofing of building structures joints: patent RU 2562301 C2. 2015 Bull. № 13.
4. http://www.fips.ru/Archive/PAT/2015FULL/2015.09.10/D0C/RUNWC2/000/000/00 2/562/301/document.pdf.
5. Shkirov V.A. High-effective seals of new generation "GraFlex" series, heat-expanding, refractory materials of "OGRAX" series / Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. V. 306, 2003, № 2, p. 90-95 http://elibrary.ru/item.asp?id=9160704, http://elibrary.ru/download/67458169.pdf.
6. Mel'nikov V.S., Kirillov S.V., Mel'nikov M.V., Vasil'yev V.G., Vanin S.A., Potemkin S.A. Fire-structural examination of damages of thermal insulation materials from mineral wool and isocyanurate foam // Internet-journal "Science of Science" V.8, №3 (2016) http://naukovedenie.ru/PDF/96TVN316.pdf, http://elibrary.ru/download/85107 705.pdf.
