CC BY
15
УДК 674.049.3
ОЦ1НКА ДИМОУТВОРЮВАЛЬНО1 ЗДАТНОСТ1 ТА ТОКСИЧНОСТ1
ЗАХИСНОГО ПОКРИТТЯ ВПЕ-1
БеЛЖОВ А. С.1, д-р техн. наук, проф., ШАЛОМОВ В. А.2, канд. техн. наук, доц., КОРЖ е. М.3, астр., РАГ1МОВ С. Ю.4, канд. техн. наук, доц.
'Кафедра безпеки життедшльносп, Державний вищий навчальний заклад «Придтпровська державна академш будавництва та архгтектури», вул. Чернишевського, 24-а, Дтпро, 49005, Укра!на, тел. +38 (056) 756-34-73, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0001-5822-9682
2Кафедра безпеки життедшльносп, Державний вищий навчальний заклад «Придтпровська державна академiя будiвництва та архггектури», вул. Чернишевського, 24-а, Днгпро, 49005, Укра!на, тел. +38 (056) 756-34-57, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-6890-932Х
3Кафедра безпеки життедшльносп, Державний вищий навчальний заклад «Придтпровська державна академш будавництва та архiтектури», вул. Чернишевського, 24-а, Дтпро, 49005, Укра!на, тел. +38 (056) 756-34-57, e-mail: [email protected] ORCID ID: 0000-0002-2421-3137
4Кафедра оргатзацп i технiчного забезпечення аварiйно-рятувальних робгт, Нацiональний ушверситет цившьного захисту Укра!ни, вул. Чернишевська, 94, Харкгв, Укра!на, 61023, тел. +38 (057) 370-50-52, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0003-0572-4465
Анотащя. Постановка проблеми. Розроблення захисного складу для будГвельних конструкцш за ди высоких температур та вивчення його димотвГрно! здатностi i токсичности Проведено аналiтичний огляд основних груп захисних засобiв, як1 знижують горючють дерев'яних будiвельних конструкцш, дано оцшку !х технiчних характеристик, а також вщповвдно до ГОСТ 12.1.044-89 «ССБП. Пожежовибухонебезпека речовин i матералiв. Номенклатура показнишв та методи !х визначення» визначено вогнезахиснi та санiтарно-технiчнi показники розробленого захисного покриття. Результати. Розроблено композищю захисного спучуваного покриття, яке утворюе на поверхнi, тонкий непрозорий шар, що перешкоджае запаленню i поширенню полум'я по дерев'янiй конструкци. ШдбГр речовину вогнезахисно! композицп проводився за схемою «сполучник -добавка, що спучуеться, - наповнювач». За основу покриття взято рГдке скло, тому що воно мае так позитивш характеристики як доступшсть, пов'язана з проявом рщким склом в'яжучих властивостей, - здатностi до мимовшьного твердiння з утворенням штучного силжатного каменю. Додавання в рiдке скло таких компоненпв як перлiт, графи i епоксидна смола, беручи до уваги 1х позитивш характеристики щодо ди високих температур, дозволило отримати нову вогнезахисну речовину. Для вогневих випробувань використовували установку з визначення коефщента димоутворення речовин та матерiалiв. Суть методу випробувань полягала у визначенш оптично! густини диму, який утворюеться шд час полуменевого горшня або тлшня зразка. Випробування проводили у двох режимах. У режимi тлшня на зразок дiе тепловий попк поверхневою густиною 35 кВт/м2, а у режимi полуменевого горшня - тепловий потш та полум'я газового пальника. Дослщження з визначення димотвГрно! здатностi показали, що надаш зразки матерiалу «Сумш для виготовлення вогнезахисного покриття ВПЕ-1» належить до матерiалiв Гз помГрною димотвГрною здатшстю Д2. За результатами випробувань токсичносл продукпв горшня виходить, що об'ект випробувань належитья до класу малонебезпечних. Наукова новизна. З урахуванням теоретичних передумов проведено вибГр вихГдних компоненпв для ново! захисно! речовини. Практична значим^ть. Розроблено новий негорючий склад, що спучуеться, який дозволяе перевести горючГ матерГали в групу важкогорючих i посилити захист будГвельних конструкцш вщ впливу високих температур. На розроблену захисну композицш одержано патент Украши на корисну модель.
Ключов1 слова: пожежа; вогнезахист речовини що спучуються; вогнезахист деревини; димоутворення; токсичшсть
ОЦЕНКА ДЫМОСОЗДАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ И ТОКСИЧНОСТИ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ВПЭ-1
БЕЛИКОВ А. С.1, д-р техн. наук, проф., ШАЛОМОВ В. А.2, канд. техн. наук, доц., КОРЖ Е. Н.3, аспир., РАГИМОВ С. Ю.4, канд. техн. наук, доц.
*Кафедра безопасности жизнедеятельности, Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, Днипро, 49005, Украина, тел. +38 (056) 756-34-73, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0001-5822-9682
2Кафедра безопасности жизнедеятельности, Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, Днипро, 49005, Украина, тел. +38 (056) 756-34-57, e-mail: [email protected], ORCIDID: 0000-0002-6890-932Х
3Кафедра безопасности жизнедеятельности, Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, Днипро, 49005, Украина, тел. +38 (056) 756-34-57, e-mail: [email protected] ORCID ID: 0000-0002-2421-3137
4Кафедра организации и технического обеспечения аварийно-спасательных работ, Национальный университет гражданской защиты Украины, ул. Чернышевская, 94, Харьков, Украина, 61023, тел +38 (057) 370-50-52, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0003-0572-4465
Аннотация. Постановка проблемы. Разработка защитного состава для строительных конструкций при действии высоких температур и изучение его дымообразующей способности и токсичности. Проведен аналитический обзор основных групп защитных средств, снижающих горючесть деревянных строительных конструкций, дана оценка их технических характеристик, а также в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89 «ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и матералов. Номенклатура показателей и методы их определения» определены огнезащитные и санитарно-технические показатели разработанного защитного покрытия. Результаты. Разработана композиция защитного вспучивающегося покрытия, образующего на защищаемой поверхности тонкий непрозрачный слой, препятствующий воспламенению и распространению пламени по деревянной конструкции. Подбор состава огнезащитной композиции проводился по схеме «вяжущее - вспучивающаяся добавка -наполнитель». За основу покрытия взято жидкое стекло, потому что оно имеет такие положительные характеристики как доступность, связаная с проявлением жидким стеклом вяжущих свойств, - способности к самопроизвольному твердению с образованием искусственного силикатного камня. Добавление в жидкое стекло таких компонентов как перлит, графит и эпоксидная смола, учитывая их положительные характеристики по воздействию высоких температур, позволили получить новый огнезащитный состав. Для огневых испытаний использовали установку по определению коэффициента дымообразования веществ и материалов. Суть метода испытаний заключалась в определении оптической плотности дыма, который образуется во время пламенного горения или тления образца. Испытания проводили в двух режимах. В режиме тления на образец действует тепловой поток поверхностной плотностью 35 кВт/м2, а в режиме пламенного горения - тепловой поток и пламя газовой горелки. Исследования по определению дымообразующей способности показали, что представленные образцы материала «Смесь для изготовления огнезащитных покрытий ВПЭ-1» относятся к материалам с умеренной дымообразующей способностью Д2. По результатам проведенных испытаний токсичности продуктов горения объект испытаний относится к классу малоопасных. Научная новизна. С учетом теоретических предпосылок проведен выбор исходных компонентов для нового защитного состава. Практическая значимость. Разработан новый негорючий вспучивающийся состав, который позволяет перевести горючие материалы в группу трудногорючих и повысить защиту строительных конструкций от действия высоких температур. На разработанную защитную композицию получен патент Украины на полезную модель.
Ключевые слова: пожар; вспучивающиеся огнезащитные составы; огнезащита древесины; дымообразование; токсичность
ESTIMATION OF THE SMOKE-CREATING ABILITY AND TOXICITY OF PROTECTIVE COATING VPE-1
BELIKOV A. S.1, Dr. Sc(Tech), Prof, SHALOMOV V. A.2, Cand. Sc.(Tech), Assoc. Prof, KORZH E. N.3, Graduate Student, RAGIMOV S. Yu.4, Cand. Sc.(Tech), Assoc. Prof
'Department of Life Safety, State Higher Education Establishment «Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture», 24-A, Chernishevskogo st., Dnipro, 49005, Ukraine, tel. +38 (056) 756-34-73, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0001-5822-9682
2Department of Life Safety, State Higher Education Establishment «Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture», 24-A, Chernishevskogo st., Dnipro, 49600, Ukraine, tel. +38 (056) 756-34-57, e-mail: [email protected], ORCIDID: 0000-0002-6890-932Х
3Department of Life Safety, State Higher Education Establishment «Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture», 24-A, Chernishevskogo st., Dnipro, 49600, Ukraine, tel. +38 (056) 756-34-57, e-mail: [email protected] ORCID ID: 0000-0002-2421-3137
4Department of Organization and technical support rescue operations National University of Civil Defence of Ukraine, st. Chernyshevsky 94, Kharkiv, 61023, Ukraine, tel. +38 (057) 370-50-52, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0003-0572-4465
Abstract. Purpose. Development of protective structure for building structures under the influence of high temperatures and studying its smoke-forming ability and toxicity. Method. In carrying out the research conducted an analytical review of major groups of protective agents that reduce the combustibility of wooden construction structures, gave an assessment of their technical characteristics, as well as in accordance with GOST 12.1.044-89 "OHSAS. Fire and
explosion of substances and materials. Nomenclature of indicators and methods for their determination", fire protection and sanitary-technical indicators of the developed protection coating are determined. Results. The authors developed a composition of flame-retardant coating that forms on a surface that "protects" a thin non-transparent layer that prevents inflammation and the spread of flame on a wooden structure. The selection of composition of fire protection composition was carried out according to the scheme "compound - the additive that is flowing - the filler". The basis of the coating is liquid glass, because it has such positive characteristics as accessibility, due to the manifestation of liquid glass adhesive properties -the ability to spontaneous hardening with the formation of artificial silica. Adding to the liquid glass such components as perlite, graphite and epoxy resin, taking into account their positive characteristics regarding the effect of high temperatures, allowed to obtain a new flame retardant composition. For firing tests, an installation was used to determine the coefficient of smoke formation of substances and materials. The essence of the test method was to determine the optical density of smoke that occurs during flame combustion or corrosion of the sample. Tests are conducted in two modes. In the mode of decay, for example, there is a heat flux with a surface density of 35 kW/m2, and in the mode of flame combustion - the heat flow and the flame of the gas burner. The conducted studies on determining the smoke-forming ability have shown that the samples provided by the material "Mixture for the production of fireproof coating VPE-1", belong to materials with moderate smoke-forming ability D2. According to the results of the testing of the toxicity of combustion products, it turns out that the object of testing is a little dangerous to the class. Scientific novelty. Taking into account the theoretical preconditions, the choice of output components for a new fire protection composition has been carried out. Practical meaningfulness. A new nonflammable spillway structure has been developed that allows the transfer of combustible materials to a group of severely damaging substances and increases the protection of building structures against the effects of high temperatures. The developed protective composition received the patent of Ukraine for a useful model.
Keywords: fire; extinguishing flame retardants; fire protection of wood; smoke formation; toxicity
Постановка проблеми. Зпдно з1 статистичними даними, упродовж 9 мюящв 2017 року в Укршш в середньому виникало щодня до 260 пожеж, унаслщок яких гинуло пятеро i отримували травми четверо людей, вогнем знищувалося або пошкоджувалося 73 6уд1вл1 та 12 одиниць техшки. Щоденш економ1чш втрати вщ пожеж становлять суму 21 млн 669 тис. грн [2].
Одна з жахливих пожеж 2017 року вщбулася в м. Одеса в шч на 16 вересня -загор1вся один ¡з корпуав дитячого табору "В1ктор1я". Вогонь повнютю знищив один ¡з дерев'яних корпуав. У момент загоряння там перебували 42 дитини. Д1тей евакуювали, однак трьох д1вчаток урятувати не вдалося. Одшею з головних причин пожеж вважаеться неяюсне нанесення вогнезахисних композицш.
У зв'язку з цим цшком актуальним бачиться прагнення уникнути цього лиха за допомогою спещальних заход1в, вартють яких складае до 15 % повно! вартосп споруд та до 35 % вартосп конструкцш, що тдлягають вогнезахисту. Бшьш за все забезпечуеться пожежна безпека несних, горищних, огороджувальних конструкцш з деревини.
Мета статть У науково-дослщнш лабораторп кафедри безпеки
життед1яльносп ДВНЗ «Придншровська державна академ1я буд1вництва та
арх^ектури» ведуться роботи з тдвищення вогнестшкосп будiвельних конструкцш. На разi розроблено низку ефективних вогнезахисних речовин, яю застосовуються ниш на об'ектах народного господарства з метою зниження !х пожежно'1 небезпеки.
Виклад матер1алу. В результат! проведение дослщжень було визначено речовини захисного покриття для тдвищення експлуатацшних властивостей дерев'яних конструкцш в осередку дп високих температур.
З урахуванням захисно'1 здатносп покриття та атмосферостшкосп в сумш композицп було запропоновано ввести ^м рщкого скла епоксидну смолу, що дозволило за високо'1 вогнезахиснш здатносп покриття за дп високих температур (10-15 раз), тдвищити атмосферостшюсть в 1,5 раза.
Для визначення безпечного
застосування покриття проведено досшдження iз визначення димотвiрноi здатносп та токсичность Загальний вигляд установки наведено на рисунку 1.
Для випробувань використовували установку з визначення коефщента димоутворення речовин та матерiалiв зпдно з п. 4.18 ГОСТ 12.1.044-89 (атестат № 18/2516, термш дп атестата до 11.2018 року) [1].
Рис. 1. Установка для термогравгметричних досл1джень ефективностг вогнезахисту засоб1в для вогнезахисту деревини
Суть методу випробувань полягала у визначенш оптично! густини диму, який утворюеться тд час полуменевого горшня або тлшня зразка. Випробування проводять у двох режимах. У режим1 тлшня на зразок д1е тепловий потш поверхневою густиною 35 кВт/м2, а у режим1 полуменевого горшня - тепловий потш та полум'я газового пальника.
Коефщ1ент димоутворення (Dm) в м2/кг визначаеться за формулою [4; 5]:
V Т вт = — ■ 1пТ
т Ьт ТтП
(1)
де V - об'ем камери вим1рювання, 0,52 м
3 т ■
; Ь - шлях проходження промшня св1тла в
Т0
диму, 0,8 м; т - маса зразка, кг;
Тт
та
вщповщно значення початкового кшцевого св1тлопропускання, %.
Результати випробувань 1з визначення коефщ1ента димоутворення зпдно з п. 4.18 ГОСТ 12.1.044-89 зразюв матер1алу «Сум1ш для виготовлення вогнезахисного покриття ВПЕ-1», наведено у таблиц 1.
Максимальна похибка вим1рювання маси склала ± 0,001 г.
Середне значення коефщ1ента димоутворення випробуваних зразюв у режим1 тлшня становить 193 м2/кг, в режим1 полуменевого горшня - 113 м2/кг. На тдстав1 п. 2.14.2 ГОСТ 12.1.044-89 надаш зразки матер1алу «Сум1ш для виготовлення вогнезахисного покриття ВПЕ-1» належить
до матер1ал1в 1з пом1рною димотв1рною здатшстю Д2.
Показники токсичносп пол1мерних матер1ал1в були визначеш у Державному пщприемст «Украшський науково-дослщний шститут медицини транспорту» (ДП УкрНД1 МТ).
Таблиця 1 Результати випробувань 1з визначення
Номер Режим Маса Свклопропуска Коефнщент
зразка випробув зразка, кг ння, % димоутворення фЩ
ання почат кове кшце ве для кожного зразка, м2*кг-1
1 Ттння 0,002343 100 50 192,3
2 0,002361 100 48 202,1
3 0,002336 100 52 182,0
4 0,002357 100 49 196,7
5 0,002348 100 50 191,9
Середне значення (округлено до цтого числа) 193
6 Горшня 0,002349 100 67 110,8
7 0,002352 100 66 114,8
8 0,002344 100 67 111,1
9 0,002337 100 68 107,3
10 0,002360 100 64 122,9
Середне значення (округлено до цтого числа) 113
Зпдно з п. 4.20 ГОСТ 12.1.044-89, програма роб1т включала саштарно-х1м1чш та токсиколопчш випробування
дослщжуваного об'екта в двох температурних режимах: термо-
окиснювально! деструкцп (»450 оС) та полум'яного горшня (»750 оС). Зразки кондищювали зпдно з вимогами у лабораторних умовах протягом 14 д1б.
Результати саштарно-х1м1чних
випробувань наведен у таблиц 2.
Таким чином, у процес горшня об'екта випробувань у пов1тр1 експозицшно! камери був визначений оксид вуглецю (II) та водень хлористий у концентращях, що можуть викликати гостре отруення
експериментальних тварин, а також азоту оксиди (у перерахунку на оксид азоту (IV)), бензол, вуглець чотирихлористий, оксид вуглецю (IV), фенол 1 формальдепд. З визначених речовин бензол, водень хлористий, вуглець чотирихлористий, фенол 1 формальдегид належать до другого класу, вс шш1 речовини належать до третього та четвертого клас1в небезпеки.
Кр1м того, у ДП УкрНД1 МТ проведено токсиколопчш випробування розроблених захисних покритпв.
Мета токсиколопчних випробувань -визначення показника токсичности (НcL50), який характеризуеться як вщношення кшькосп матер1алу до одинищ об'ему
пщдослщних тварин [3].
замкнутого простору, продукти горшня якого спричинюють загибель 50 %
Таблиця 2
М1грац1я компоненте, nid час моделювання умов горшня об'екта випробувань
Компонент Вмют в продуктах горшня, мг/г Клас небезпеки за ГОСТ 12.1.007-76
Результат вим1рювання Абсолютний дов1рчий штервал (Р = 0,95) Результат вим1рювання Абсолютний дов1рчий штервал (Р = 0,95)
4500С 7500С
Азоту оксиди (у перерахунку на оксид азоту (IV)) 0,14 0,01 0,23 0,02
Ам1ак н.в.* н.в. н.в. н.в.
Бензол 2,4 0,2 0,9 0,1
Водень хлористий 1,2 0,1 0,4 0,05
Вуглець чотирихлористий 1,9 0,2 н.в. н.в.
Водень щанистий н.в. н.в. н.в. н.в.
Оксид вуглецю (IV) 460 68 680 70
Оксид вуглецю (II) 19 2 44 3
Стирол н.в. н.в. н.в. н.в.
С1рчаний анпдрид н.в. н.в. н.в. н.в.
Фенол 0,15 0,2 0,06 0,008
Формальдепд 0,09 0,01 н.в. н.в.
Хлорбензол 1,7 0,2 н.в. н.в.
Втрата маси, % 74 81
* н.в. - не визначено
У кожному температурному режим1 знаходили ряд значень залежносп загибел1 тварин вщ вщношення маси зразку до об'ему експозицшно'1 камери, який використовували для розрахунку показника токсичносп HCL50 за допомогою пробгг-анал1зу. Масову частку
карбоксигемоглоб1ну в кров1 лабораторних тварин визначали спектрофотометричним методом (ГОСТ 12.1.044-89).
Результати токсиколопчних
випробувань наведеш у таблиц 3.
Таблиця 3
Позначення температурного режиму випробування 45 00С 7500С
Результат випробування Нсь50, г/м3 Не досягнуто 157,9±9,8
НЬСО, % - 61,5±3,1
За результатами проведених
випробувань токсичносп продукпв горшня виходить, що значення HCL50 не досягнуто за температура 450 0С i максимально!' насиченосп простору випробувально'1
СПИСОК BMOPTCTAHOÏ Л1ТЕРАТУРИ
установки 160 г/м . Найменше значення HCL50 виявилось за температурного режиму 750 0С i дорiвнюe 157,9 ± 9,8 г/м3. Тому значення HCL50 за температурному режиму 750 0С використане для встановлення величини показника токсичностi продукпв горiння. Згiдно з класифiкацieю за п. 2.16.2 ГОСТ 12.1.044-89 об'ект випробувань належить до класу малонебезпечних.
Висновок. На основi проведеного анал^ичного огляду основних груп вогнезахисних засобiв, що пiдвищують межу вогнестшкосп дерев'яних будiвельних конструкцiй, розроблено новий
вогнезахисний склад, який спучуеться на основi рiдкого скла. Визначено вогнезахисш та санiтарно-технiчнi властивостi розробленого вогнезахисного покриття. Об'ект випробувань належить до класу малонебезпечних, до матерiалiв iз помiрною димотвiрного здатнiстю Д2.
1. Корольченко А. Я. Средства огнезащиты : справочник / А. Я. Корольченко, О. Н. Корольченко. - Москва : Пожнаука, 2006. - 258 с.
2. Повышение огнестойкости деревянных строительных конструкций за счет снижения горючести древесины /
А. С. Беликов, В. А. Шаломов, Е. Н. Корж, С. Ю. Рагимов // Строительство, материаловедение, машиностроение : сб. науч. тр. / Приднепр. гос. акад. стр-ва и архитектуры. - Днепр, 2017. - Вып. 98. -С. 38-45. - (Энергетика, экология, компьютерные технологии в строительстве).
3. Cadorin J. F. Influence of the section and of the insulation type on the equivalent time / Cadorin J. F., Perez Jimenez C., Franssen J. M // Proceedings of the 4th International Seminar on Fire and Explosion Hazards. University of Ulster. - 2006. - Р. 547-557.
4. Dou H. S. Simulation of detonation wave propagation in rectangular duct using three dimensional WENO scheme /
Dou H. S., Tsai H. U., Khoo B. Ch. // Combustion & Flame. - 2012. - V. 154. - P. 644-647.
5. Roitman V. M. Fire testing of Bilding Materials in View of the Moisture Factor / Roitman V. M. // First European
Symposium of Fire Safety Sicience (Abstracts). - Zurich : Zurich ETH., 2005. - P. 135-136.
REFERENCES
1. Korolchenko A.Ya. and Korolchenko O.N. Sredstva ognezashhity [Means of fire protection]. Moskva: Pozhnauka, 2006, 258 p. (in Russian).
2. Belikov A.S., Shalomov V.A., Korzh E.M. and Ragimov S.Yu. Povyshenie ognestojkosti derevyannyx stroitelnyx konstruktsj za shhet snizheniya goryuchesti drevesiny [Increase of fire resistance of wooden building structures due to reduction of flammability of wood]. Energetika, ekologiya, komp'yuternye texnologii v stroitel'stve [Energetics, ecology, computer technologies in construction]. Stroitelstvo, materialovedenie, mashinostroenie [Construction, materials science, mechanical engineering]. Pridnepr. gos. akad. str-va i arxitektury [Piydniprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. Dnipro, 2017, iss. 98, pp. 38-45. (in Russian).
3. Cadorin J.F., Perez Jimenez C. and Franssen J.M. Influence of the section and of the insulation type on the equivalent
time. Proceedings of the 4th International Seminar on Fire and Explosion Hazards. University of Ulster, 2011, pp. 547-557.
4. Dou H.S., Tsai H.U. and Khoo B.Ch. Simulation of detonation wave propagation in rectangular duct using three dimensional WENO scheme. Combustion & Flame. 2012, vol. 154, pp. 644-647.
5. Roitman V.M. Fire testing of Bilding Materials in View of the Moisture Factor. First European Symposium of Fire
Safety Sicience (Abstracts). Zurich: Zurich ETH, 2005, pp. 135-136.
Рецензент: Дерев 'янко В. М., д-р техн. наук, проф.
Надшшла до редколеги: 20.09.2017 р. Прийнята до друку: 27.09.2017 р.
