CC BY
43
СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА
СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ
УДК 699.812:666.972.16+691.6
ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ОГНЕЗАЩИТНЫХ СОСТАВОВ ДЛЯ ДРЕВЕСИНЫ И
КОНТРОЛЯ ИХ НАЛИЧИЯ
Н.М. Панев, А.А. Воронцова, С.Н. Животягина, А.Л. Никифоров
Рассмотрены основные проблемы, связанные с применением древесины в строительстве зданий жилого и общественного назначения. Определены первоочередные задачи по созданию научной методики подбора компонентов для антипирирующих составов. Рассмотрено влияние концентрации жидкого стекла на значения кислородного индекса испытываемых образцов. Указаны недостатки существующих методик экспресс-контроля наличия антипирена в древесине. Предложена схема устройства для проведения такого экспресс-контроля методом сравнения электропроводности.
Ключевые слова: строительные конструкции из древесины, огнезащитные составы, научно-обоснованная методика, показатели пожарной опасности, жидкое стекло, кислородный индекс, электрическая проводимость.
Анализ обстановки с пожарами на территории Российской Федерации за 2016 год [1], размещенный на официальном сайте МЧС России, показывает, что большая часть всех пожаров, а, следовательно, и большая доля нанесённого ими ущерба, приходится на жилой сектор. За прошедшие годы анализ обстановки с пожарами показывает аналогичную статистику.
Следует отметить, что в жилом секторе в достаточно больших количествах используется древесина и ее производные. В силу своих поистине уникальных физико-химических свойств и особенностей строения, а также восполняемости природных запасов древесина еще долгие годы будет являться одним из наиболее востребованных конструкционных и декоративно-отделочных материалов. Основным недостатком строительных материалов на основе древесины является их повышенная пожарная опасность.
На основании вышеизложенного вполне естественным оказывается поиск путей снижения пожарной опасности древесины.
Мероприятия по снижению пожарной опасности древесины могут благоприятно сказаться на статистике пожаров и, как следствие, количестве погибших и пострадавших на пожарах, а также
снизить показатели материального ущерба. Следует отметить, что данная проблема достаточно интенсивно решается на протяжении последних 3040 лет. Так для снижения пожарной опасности строительных конструкций из древесины применяется обработка огнезащитными композициями. К сожалению, на сегодняшний день в Российской Федерации не существует нормативных документов, предписывающих собственнику объекта защиты проводить обработку в обязательном порядке. Мероприятия по обработке строительных конструкций из древесины огнезащитными средствами проводятся
исключительно на добровольной основе и являются личным выбором собственника объекта защиты.
Нами был проведен достаточно большой обзор научных публикаций за последние 50 лет, посвященных исследованиям пожарной опасности древесины различных пород, огнезащите деревянных конструкций, оценке эффективности и качества огнезащитной обработки, а также собственно разработке новых рецептур огнезащитных составов и изучению влияния данных составов на прочностные свойства древесины. Отметим, что в большинстве случаев эффект огнезащиты древесины и строительных
конструкций на ее основе достигается за счет заполнения древесных пор, содержащих воздух, негорючими веществами, блокирующими доступ окислителя к целлюлозе [3, 7, 8, 10].
В ряде работ [6, 7, 8] показано, что большинство используемых огнезащитных составов для древесины многокомпонентны. На наш взгляд это негативно отражается на их эксплуатационных свойствах и делает их малоэффективными для широкого применения.
Зачастую перечисленные причины в совокупности с высокой стоимостью огнезащитных мероприятий заставляют собственника отказаться от огнезащиты, что негативно сказывается на состоянии пожарной безопасности объектов защиты. [4, 5, 9] Излишне отмечать негативные последствия таких действий. Поэтому на сегодняшний день актуальной задачей остается разработка эффективных огнезащитных составов с приемлемой стоимостью.
Выявленные проблемы говорят о необходимости разработки научно-обоснованной методики, которая в перспективе позволит создать огнезащитный состав, не уступающий имеющимся на рынке сегодня по эксплуатационным параметрам и превосходящий существующие по экономическим показателям. Данная методика должна базироваться на комплексной оценке свойств различных индивидуальных химических веществ, входящих в состав существующих антипиренов.
В ходе данной работы нами проводится изучение и поиск веществ, эффективно снижающих пожароопасные свойства древесины,
осуществляется подбор их оптимальных концентраций. Для этого исследуются показатели пожарной опасности древесных материалов, обработанных испытываемыми веществами [2].
На начальном этапе работ исследования проводились на жидком стекле. Данный препарат
производится в Ивановской области, имеет низкую стоимость и всегда имеется в наличии в открытой розничной и оптовой продажах. В одной из предыдущих наших работ говорилось о возможности применения жидкого стекла как одной из составляющих антипирена [11]. Совместно с огнезащитным препаратом, предназначенным для пропитки тяжелых целлюлозосодержащих тканей, жидкое стекло в различных концентрациях показало
положительные результаты при огневых испытаниях обработанных им образцов древесины. В ходе испытаний отмечалась продолжительность самостоятельного горения и тления образцов после удаления источника зажигания.
На следующем этапе работы нами было изучено влияние жидкого стекла на показатель кислородного индекса.
Показатель кислородного индекса означает минимальное содержание кислорода в кислородно-азотной смеси, при котором возможно самостоятельное свечеобразное горение зажигаемого вертикально закрепленного образца в условиях специальных испытаний [2].
В ходе выполнения данного этапа исследований проводилась обработка образцов сосновой древесины размерами 70*8*3 мм водным раствором жидкого стекла с концентрацией вещества 10, 30, 50 и 100 г/л, с последующим испытанием образцов на установке для определения кислородного индекса Oxygen Index Module. Параллельно проводились испытания сухих (необработанных) образцов древесины.
Все испытания проводились на базе Ивановской пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России согласно стандартным методикам [2]. Установлено, что показатель кислородного индекса в значительной мере зависит от концентрации жидкого стекла в пропиточном растворе. Полученные результаты приведены на рисунке.
Рис. Зависимость кислородного индекса от концентрации жидкого стекла в пропиточном растворе
Из представленной зависимости видно, что увеличение содержания жидкого стекла в пропиточном растворе приводит к увеличению показателя кислородного индекса. Это означает, что жидкое стекло может быть рекомендовано к использованию в качестве индивидуального антипирена.
Еще одной проблемой, с которой мы столкнулись при исследовании вопроса огнезащиты древесных материалов, стала оценка наличия нанесенного огнезащитного состава на поверхность конструкции. В связи с большим количеством объектов защиты, на которых применяется древесина, к такому контролю предъявляются требования оперативности проведения теста, а также надежности и достоверности получаемой информации.
В настоящее время из экспресс-методов контроля согласно [3] следует использовать метод оценки качества огнезащиты древесины, обработанной пропиточными составами, при помощи малогабаритного переносного прибора ПМП-1.
Использование прибора позволяет проводить контроль качества выполненных огнезащитных работ и состояния огнезащитной обработки, при этом данный прибор можно использовать только в лабораторных условиях, так как прибор ПМП-1 в полевых условиях не сможет дать достоверный результат. Прибор ПМП-1 обладает очень высокой себестоимостью, проведение испытания с помощью данного прибора может занять много времени, а на участках, с которых отбирались пробы, необходимо снова проводить огнезащитную обработку. Также стоит отметить, что испытания образцов, отобранные по методике согласно [3], не смогут обеспечить инспектора или пожарно-технического эксперта достоверным результатом, так как методика [3] предполагает отбор 5 образцов с 1000 м2 обработанной поверхности.
В связи с вышесказанным, авторами работы предложен альтернативный метод по определению наличия поверхностной
огнезащитной обработки, основанный на измерении электрической проводимости поверхностного слоя древесины с помощью прибора, состоящего из следующих элементов: корпуса из фторопласта, латунных стержней, соединительных проводов и мультиметра. Данный прибор имеет компактные размеры, поэтому будет удобен для использования не только в лабораторных условиях, но и непосредственно на объектах.
По результатам, полученным в ходе измерения поверхностной электропроводности древесины, с помощью предложенного устройства было установлено, что на боковой поверхности
образца при проведении измерений вдоль волокон проводимость увеличилась в среднем в 5 раз, при проведении измерений поперек волокон - в 8 раз. При проведении измерений на поверхности основания образца проводимость увеличилась в среднем в 4 раза.
После проведения измерений с поверхности образца был сделан срез с целью проведения испытаний на приборе ПМП-1. В ходе проведенных испытаний было установлено, что поверхностная обработка огнезащитным составом для древесины была проведена качественно. Таким образом, в ходе проведенных исследований было установлено, что в случае качественного нанесения огнезащитного состава на деревянные конструкции поверхностное сопротивление древесины уменьшается в 4-8 раз.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что наличие антипирена в древесине можно определить, сравнивая значение сопротивления, полученное при измерениях на поверхностном слое, а также внутри объема деревянной конструкции. При этом, чем больше разница в сопротивлении сравниваемых проб, тем больше антипирена содержится в пробе. Следовательно, метод по определению наличия огнезащитной обработки, основанный на измерении сопротивления поверхностного слоя древесины, можно использовать в комплексе с экспресс-методом контроля по [3] в ходе контроля качества поверхностной огнезащитной обработки деревянных конструкций.
Достоинствами предложенного метода являются: установление наличия пропитки антипиреном непосредственно на объекте в труднодоступных местах; метод является неразрушающим, т.е. не потребуется срезать фрагмент конструкции и отправлять его на исследование в лабораторных условиях; может быть использован непосредственно в момент или после проведения огнезащитных работ; малозатратный метод.
Таким образом, в ходе работы планируется выполнение широкого спектра исследований, опора на результаты которых в перспективе позволит не только разработать научную методику подбора компонентов для огнезащитных композиций, предназначенных для древесных материалов, но и создать на основе данной методики новый высокоэффективный композиционный
антипирирующий состав, не уступающий имеющимся сегодня на рынке аналогам по технологическим и экономическим показателям. В ходе исследований планируется выполнение кандидатских и магистерских диссертаций, выпускных квалификационных работ на кафедре, а также патентная проработка.
Библиографический список
1. Анализ обстановки с пожарами и последствиями от них на территории Российской Федерации за 2016 год. Официальный сайт МЧС России, ссътка: кПр://м>м>м>. mchs.gov. ru/activities/stats/Pozhari/2016_god.
2. ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов».
3. ГОСТ Р 53292-2009 «Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний».
4. Голованов В.И. и др. Строительные конструкции и материалы: исследование огнестойкости, пожарной опасности, средств огнезащиты / В.И. Голованов // Пожарная безопасность. - 2012. - № 2. - С. 79-88.
5. Оценка качества огнезащиты и установление вида огнезащитных покрытий на объектах: руководство.
- М: ВНИИПО, 2011. - 39 с.
6. Патент РФ №2079403.
7. Патент РФ №2510751.
8. Патент РФ №2206444.
9. Сивенков А.Б. Влияние физико-химических характеристик древесины и ее пожарную опасность и эффективность огнезащиты: дис. докт. техн. наук / А.Б. Сивенков. - 2015, М - 289 с.
10. Собурь С.В. Огнезащита материалов и конструкций: Справочник. - 5-е изд. (с изм.) / С.В. Собурь.
- М.: ПожКнига, 2014. - 256 с.
11. Панев Н.М., Никифоров А.Л., Тимофеева С.В., Мочкаев С.И. Разработка малобюджетных огнезащитных составов для древесины на основе использования отечественного сырья / Н.М. Панев, А.Л. Никифоров, С.В. Тимофеева, С.И. Мочкаев // Пожарная и аварийная безопасность: материалы IX Международной научно-практической конференции. - Иваново: Ивановский институт ГПС МЧС России, 2014. - 412 с.
References
1. Analiz obstanovki s pozharami i posledstviyami ot nih na territorii Rossijskoj Federacii za 2016 god. Oficial'nyj sajt MCHS Rossii, ssylka: http://www.mchs.gov.ru/activities/stats/Pozhari/2016_god.
2. GOST 12.1.044-89 «Pozharovzryvoopasnost' veshchestv i materialov».
3. GOST R 53292-2009 «Ognezashchitnye sostavy i veshchestva dlya drevesiny i materialov na ee osnove. Obshchie trebovaniya. Metody ispytanij».
4. Golovanov V.I. i dr. Stroitel'nye konstrukcii i materialy: issledovanie ognestojkosti, pozharnoj opasnosti, sredstv ognezashchity // Pozharnaya bezopasnost'. - 2012. -№ 2. - S. 79 - 88.
5. Ocenka kachestva ognezashchity i ustanovlenie vida ognezashchitnyhpokrytij na ob"ektah: rukovodstvo. M: VNIIPO, 2011. 39 s.
6. Patent RF№2079403.
7. Patent RF №2510751.
8. Patent RF №2206444.
9. Sivenkov A.B. Vliyanie fiziko-himicheskih harakteristik drevesiny i ee pozharnuyu opasnost' i ehffektivnost' ognezashchity. Dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni doktora tekhnicheskih nauk. - 2015, M, 289 s.
10. Sobur' S.V. Ognezashchita materialov i konstrukcij: Spravochnik. - 5-e izd. (s izm.) - M.: PozhKniga, 2014. - 256 s., il.
11. Panev N.M., Nikiforov A.L., Timofeeva S.V., Mochkaev S.I. Razrabotka malobyudzhetnyh ognezashchitnyh sostavov dlya drevesiny na osnove ispol'zovaniya otechestvennogo syr'ya. - Pozharnaya i avarijnaya bezopasnost': materialy IX Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, Ivanovo, 20-21 noyabrya 2014 g. / pod obshchej redakciej kand. tekhn. nauk, doc. I.A. Malogo. - Ivanovo: Ivanovskij institut GPS MCHS Rossii, 2014. - 412 s.
PROBLEMS OF DEVELOPMENT OF FIRE-RETARDANTS FOR WOOD AND CONTROL OF ITS
APPLICATION
Main problems of application of wood for construction of buildings for residential and public use are examined. First-time tasks to create scientific-based methodology for the selection of components for fire-retardants are determined. Influence of the concentration of liquid glass to the values of oxygen index of tested specimens is investigated. Defects of existing methodologies for express-control of presence of fre-retardants in wood are shown. Principle of equipment for this express-control by the method of comparison of electrical conduction ratings is proposed.
Keywords: wooden structural elements, fire protection compositions, scientific-based methodology, ratings of fire hazard, liquid glass, oxygen index, electrical conduction.
Панев Никита Михайлович,
адъюнкт,
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Россия, Иваново,
e-mail: [email protected],
Panyov N.M.,
post-graduated student,
Ivanovo Fire And Rescue Academy of The State Fire Service of EMERCOM of Russia, Russia, Ivanovo.
Воронцова Анна Анатольевна,
старший эксперт сектора судебных экспертиз,
СЭУ ФПС «Испытательная пожарная лаборатория по Ивановской области»,
Россия, Иваново,
e-mail: vorontsova_a_a@mail. ru,
Vorontsova A.A.,
Senior expert of the sector of judicial expertises,
Judicial-expert institution of The State Fire Service «Test Fire Laboratory of The Ivanovo
Region»,
Russia, Ivanovo.
Животягина Светлана Николаевна,
старший преподаватель кафедры пожарной безопасности объектов защиты, к.х.н.,
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Россия, Иваново,
e-mail: [email protected],
Zhivotiagina S.N.,
senior lector of the department offire safety in protective objects, candidate of chemical sciences,
Ivanovo Fire And Rescue Academy of The State Fire Service of EMERCOM of Russia, Russia, Ivanovo.
Никифоров Александр Леонидович,
профессор кафедры пожарной безопасности объектов защиты, доктор технических наук, старший научный сотрудник, Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Россия, Иваново, e-mail: [email protected]. Nikiforov A.L.,
professor of the department offire safety in protective objects, doctor of technical sciences, senior researcher,
Ivanovo Fire And Rescue Academy of The State Fire Service of EMERCOM of Russia, Russia, Ivanovo.
© Панев Н.М., Воронецова А.А., Животягина С.Н., Никифоров А.Л., 2017 11
