Почти всегда при проектировании здания первостепенным моментом является его пожарная безопасность. Стоимость строительных материалов обычно тщательно учитывается, но ее влияние на текущие расходы, как правило, упускается из виду. Во многих странах размер противопожарной страховки и страховые премии одинаково зависят от выбора стройматериала. Используя огнестойкие материалы, можно воспользоваться наиболее выгодными страховыми тарифами и сэкономить значительные суммы за счет эксплуатационных расходов.

Горючие и негорючие

К негорючим, как правило, относятся так называемые минеральные материалы: природные камни, бетоны и растворы на минеральных связующих, керамические и стеклянные материалы, металлы.

Горючие - материалы на основе органических, растительных компонентов. Это материалы из древесных волокон, большинство синтетических, пластмассовых материалов.

Горючие строительные материалы подразделяются:

слабо горючие (Г1);

умеренно горючие (Г2);

нормально горючие (Г3);

сильно горючие (Г4).

Для негорючих строительных материалов другие показатели пожарной опасности не определяются и не нормируется. Материалами типа Г1 и Г2 являются некоторые органоминеральные материалы, которые не поддерживают горение. При действии открытого огня они тлеют, не дают открытого огня или обугливаются. После устранения источника огня тление прекращается. К таким материалам относят фибролит, арболит, некоторые органические (органо-силикатные) композиции, а также древесина, поропласты, пропитанные антипиренами.

Ряд органических материалов при действии огня не дают открытого пламени, но спекаются, оплавляются и могут выделять при этом дым с целым "букетом" вредных для здоровья человека газов. Если, например, древесина, пенополистирол при горении выделяют практически только два вида газов (СО - угарный газ, СО2 - углекислый газ), то ряд пластмасс выделяет фенол, оксиды серы, фосфора и другие вредные вещества. Горючесть не следует отождествлять с огнестойкостью. Известно, что сооружения, выполненные из металлов, тонкостенного железобетона (армоцемента, фибробетона), не говоря о деревянных, пластмассовых конструкциях, не отличаются высокой огнестойкостью.

Под огнестойкостью следует понимать способность строительной конструкции или материала сопротивляться воздействию огня и воды при пожаре. Предел огнестойкости - это время в минутах (часах) с момента начала пожара до выхода конструкции из строя (до потери несущей способности, обрушения, достижения необратимых деформаций или до образования сквозных трещин), или прогрева до повышения температуры на противоположной от огня поверхности порядка 220°С, выше которой возможно самовоспламенение органических материалов. Например, предел огнестойкости элементов деревянного дома - 15-20 мин, стального каркаса ~ 30 мин.

Приемы повышения огнестойкости строительных конструкций

· газовые смеси (СО₂, аргон, азот, фреоны);

· вода;

· вода с пенообразователями;

· порошки специального химического состава;

· аэрозольные системы;

· системы тонкодисперсной воды.

Самым распространенным средством пожаротушения в силу дешевизны и эффективности по-прежнему является вода. Однако традиционные водяные системы пожаротушения хоть и очень надежны, но имеют ряд недостатков.

Проблема состоит в том, что они потребляют огромное количество воды, так что их использование требует наличия емкостей и резервуаров. Кроме того, обычное распыление вызывает затопление помещения, что приносит большие убытки, особенно в современных зданиях, переполненных электрокабелями и сложной оргтехникой.

Новые технологии тушения пока медленно внедряются в практику. Применение безводных средств ограничено по ряду соображений - порошковые, газовые, аэрозольные системы хотя и обладают очень высокой эффективностью, но дороги и небезупречны с точки зрения экологии. В настоящее время все более популярным становится метод тушения тонкораспыленной водой (ТРВ) с помощью микрокапель величиной менее 200 микрон - метод более экономичный и эффективный, чем обычное разбрызгивание.

Пассивная огнезащита

Помимо высокотехнологичных и, зачастую, дорогостоящих автоматических систем пожаротушения существуют решения, называемые пассивной противопожарной защитой. В первую очередь, они основаны на использовании материалов, предотвращающих возгорание и препятствующих распространению огня, повышающих огнестойкость металлических строительных сооружений, инженерных систем и конструкций из древесины, бетона, железобетона.

Наиболее простые в реализации способы повышения огнестойкости строительных конструкций и элементов внутренней отделки основаны на пропитке защищаемых поверхностей специальными огнезащитными составами (пропитки, краски и лаки) и огнестойкими штукатурками.

Антипиреновые пропитки (например, соли борной кислоты, соли фосфорной и кремниевой кислот: диаммоний фосфат, аммофос, сернокислый аммат) препятствуют горению и тлению защищаемого материала. Пропитки предназначены, в основном, для обработки древесины и тканей.

В отличие от пропиток, лаки и краски не проникают в структуру материала, а создают огнезащитное покрытие. Рекомендуемая толщина слоя краски - не менее 200 мкм. В качестве основания под краску могут использоваться огнестойкие герметики, пасты, шпаклевки и штукатурные растворы на основе жидкого стекла, строительного гипса, глиноземистого цемента и т.п. Толщина слоя огнезащитных паст обычно не превышает 0,5-1 см, штукатурок - 2-4 см.

Следует отметить, что антипиреновые пропитки и лаки имеют определенный срок действия, так что деревянные конструкции по истечении этого срока должны обрабатываться повторно.

Неплохо зарекомендовали себя огнезащитные краски и пропитки таких производителей, как Nullifire (Великобритания) или Рогнеда (Россия). Продукция этих производителей используется для обработки деревянных конструкций как в самом здании (подвалы, чердаки), так и снаружи, металлических поверхностей (дымоходы, воздуховоды), для защиты кабелей и кабельных проходов, силовых коробов, синтетических ковровых покрытий (ковролин).

Также широко применяются огнезащитные конструкции (экраны) или покрытия на основе негорючих теплоизолирующих и теплопоглощающих материалов. Огнезащитное действие экранов основано на их высокой огнестойкости и сохранении свойств и структуры при высоких температурах. Наиболее распространены экраны на основе перлита, вермикулита и изоляции на основе каменной ваты.

Вспученный вермикулит - материал, полученный путем измельчения и кратковременного обжига в печах природного вермикулита.

Применяется при производстве теплоизоляционных изделий, в качестве заполнителя для вермикулитбетонов и добавок в декоративные штукатурные растворы.

Вспученный перлит получают путём измельчения и обжига перлита, обсидиана и других вулканических горных пород стекловидного строения. На основе его смеси с вяжущим веществом получают растворные и бетонные смеси, из которых формируют теплоизоляционные изделия (плиты, скорлупы, сегменты, кирпич) или выполняют теплоизоляционные, звукопоглощающие и декоративные штукатурки.

Основной компонент каменной ваты - волокна, получаемые из расплава горных пород базальтовой группы. Высокое качество получаемых волокон обеспечивает малый коэффициент теплопроводности, что весьма важно для огнезащитных материалов. Поскольку температура плавления волокон - более 1000°С, изоляция из каменной ваты позволяет долгое время сдерживать распространение огня и разрушение строительных конструкций. Также важно отметить, что благодаря хаотичному расположению волокон, огнезащитные изделия из каменной ваты сохраняют свою структуру даже под воздействием высоких температур.

Защита строительных конструкций

Огнезащита несущих строительных конструкций позволяет решить, пожалуй, наиболее важную проблему - увеличить предел их огнестойкости и тем самым несущую способность конструкций, предотвратить экономические и - что важнее всего - человеческие потери.

Следует сказать, что конкретные способы пассивной огнезащиты зданий напрямую зависят от материалов, использованных при строительстве.

Например, огнезащита деревянных конструкций имеет ряд особенностей. В соответствии с противопожарными нормами, деревянные строения, предназначенные для пребывания в них людей, должны быть в обязательном порядке обработаны специальными огнезащитными составами. Традиционный способ снизить опасность возгорания - обработка древесины огнезащитными составами. Это наименее затратное решение, широко применяемое, например, в дачном строительстве.

Кирпичные конструкции зданий в большинстве случаев не нуждаются в дополнительной защите: они длительное время могут выдерживать температуру до 900°С. В то же время огнестойкость бетонных и железобетонных стен, широко распространенных в строительстве, зависит от ряда факторов, в том числе от толщины защитного слоя и вида теплоизоляционного заполнителя. Наиболее распространённым способом дополнительной защиты является использование несгораемых противопожарных плит на основе каменной ваты, керамзита, вермикулита и перлита.

Металлические конструкции (из стали, чугуна и алюминиевых сплавов) наиболее уязвимы во время пожара. Металлы плохо переносят высокие температуры и действие огня. Они быстро нагреваются и снижают прочностные свойства. В частности, фактический предел огнестойкости стальных конструкций составляет от 6 до 24 мин, в то время как минимальные значения требуемых пределов огнестойкости основных строительных конструкций составляют от 15 до 120 мин.

Для повышения огнестойкости металлических конструкций применяются такие традиционные методы огнезащиты, как обработка специальными составами, обетонирование, оштукатуривание цементно-песчаными растворами, использование кирпичной кладки.

Помимо этого в практике строительства получают все большее распространение прогрессивные способы, основанные на применении облегченных облицовочных элементов, изготовленных из каменной ваты, вермикулита, гипса, перлита и различных комбинаций этих материалов (создание огнезащитных экранов). Основная функция плит состоит в том, чтобы в течение определенного времени не позволять балке нагреться до критической температуры +500°С. Этого времени должно быть достаточно для эвакуации людей. В зависимости от толщины защитного слоя обеспечивается предел огнестойкости стальных конструкций от 45 до 120 мин.

В качестве примера можно привести огнестойкие плиты CONLIT на основе каменной ваты, разработанные компанией ROCKWOOL - мировым лидером в области производства решений из негорючей теплоизоляции. Применение таких изделий, способных выдерживать температуру до 1000°С, позволяет добиться повышения предела огнестойкости конструкций до двух часов и более.

Для устройства огнестойкой изоляции вентиляционных каналов и криволинейных поверхностей могут применяться гибкие маты из каменной ваты с сетчатой оплеткой или с покрытием стекловолокнистой тканью или алюминиевой фольгой (например, WIRED MAT). Для противопожарной изоляции конструктивных элементов трубчатого сечения можно применять цилиндры из вспененного стекла или каменной ваты. Цилиндры из каменной ваты зачастую более предпочтительны, поскольку выдерживают почти вдвое большую температуру (до 650°С).

Очень важный фактор, влияющий на повышение пожаробезопасности здания в целом - обеспечение огнестойкости инженерных сетей.

Как мы уже упоминали, в условиях развивающегося пожара инженерные сети - наиболее уязвимое место и один из основных путей для распространения огня. Горючие оболочки электрических кабелей могут способствовать быстрому распространению пламени.

Для повышения огнестойкости кабелей и кабелепроводов также применяются цилиндры и гибкие маты из каменной ваты, огнезащитные составы и штукатурки. Из представленных на российском рынке, можно выделить огнезащитную краску "Протерм СЕ" (производится по лицензии фирмы Italvis Protect), "Фиброгейн" - легкая микроволокнистая огнезащитная штукатурка, производимая фирмой Projiso.

Огнезащита светопрозрачных конструкций

Химические средства огнезащиты подразделяют на обмазки, лаки и пропитки.

Обмазки представляют собой растворы на основе цемента, асбеста и других подобных материалов. Их наносят на защищаемые конструкции подобно штукатурке толстым слоем, препятствуя контакту поверхности с пламенем. Подобные составы используют в основном для защиты металлических конструкций и кирпичных стен. Обмазки могут выдерживать прямое действие огня несколько часов.

Огнезащитные лаки и краски наносятся традиционными способами и обеспечивают защиту конструкций благодаря наличию специальных веществ - антипиренов. Такие составы при температурах +200. +300° начинают пениться, препятствуя контакту огня с поверхностью. Выделяющийся при этом негорючий газ создает дополнительную изолирующую прослойку. Лаки и краски, в отличие от обмазок, имеют широкую гамму цветов и придают поверхностям декоративный вид, их можно использовать внутри жилых помещений. Используются для окраски металлических и деревянных конструкций.

Огнезащитные пропитки применяются на древесине и ткани, а также других пористых поверхностях. Бывают глубинными и поверхностными. При определенной температуре в пропитанном материале начинаются реакции замещения с поглощением энергии, что и сдерживает горение. Пропитки наносят исключительно на "открытую" древесину, не обработанную ранее лаками, красками или другими составами. Не допускается нанесение на сильно влажную поверхность. Большинство пропиток бесцветны и не изменяют естественного вида поверхности древесины, но не являются стойкими к вымыванию, что ограничивает их применение на открытых поверхностях и предполагает нанесение финишных защитных покрытий. Как правило, огнезащитные пропитки обладают также фунгицидным действием (борьба с биовредителями).

Рецептурный состав типичной огнезащитной краски

Огнезащитное покрытие представляет собой смесь связующего, пигмента и наполнителя, которая способна к самопроизвольному затвердению, причем образующаяся плёнка может служить как для огнезащиты, так и для декоративных целей. Огнезащитные краски чаще всего готовятся с использованием калиевого жидкого (силикатного) стекла. Натриевый силикат при нахождении во влажных условиях даст на поверхности больше высолов - белых налетов, чем калиевый.

В состав огнестойких силикатных красок входят (в соответствующих пропорциях) огнестойкие наполнители, белила, цветной пигмент, калиевое жидкое стекло и специальные добавки. В качестве наполнителя чаще всего используется молотый вспученный (может применяться и невспученный) вермикулит, перлит, тальк, волокна каолиновой ваты, распушённого асбеста.

Огнезащитные краски заводского производства обычно выпускаются в двухтарной упаковке. Сухую смесь смешивают с температуростойким связующим на месте производства работ. При этом краска, готовая к употреблению, сохраняет свою пригодность (жизнестойкость) в течение 6-12 часов. Окраска осуществляется по огрунтованной связующим поверхности в два слоя с помощью кисти, валика или набрызгом.

Отличие огнезащитных паст и штукатурок от обычных шпаклевок и растворов

Основное отличие огнезащитных паст и штукатурок от обычных цементно-песчаных шпаклевок и растворных штукатурных смесей - отсутствие в качестве связующего портландцемента и заполнителя в виде кварцевого песка. Как известно, портландцемент при твердении наряду с гидросиликатами, гидроалюминатами и гидроферритами выделяет гидроксид кальция, который при действии температур свыше 550°С разлагается. При тушении пожара водой (или просто в контакте с влажным воздухом) идет обратная реакция, при этом продукт гидратации увеличивается в объеме в 2 раза, из-за чего "рвет" поверхностный слой, образуются трещины, которые способствуют проникновению огня внутрь конструкции. Составы с использованием кварцевого песка также имеют низкую огнестойкость.

Огнезащитные пасты и штукатурные растворы готовят на основе силикатного жидкого стекла, строительного гипса, глиноземистого цемента, пуццолановых цементов. В качестве заполнителя используется вспученный (или невспученный) вермикулит, перлит, диатомит, трепел, вулканическая пемза, вулканический туф и др. Применяют также волокнистые наполнители: каолиновую вату и другие минеральные волокна, распушенный асбест.

Простейшие огнезащитные пасты делаются с использованием местных "тощих" глин в смеси с водным раствором сульфитно-дрожжевого щёлока (СДЩ); гипсового теста с волокнистым минеральным наполнителем и СДЩ. Их рекомендуется применять в сухих помещениях (при относительной влажности воздуха менее 65%). Значительно более эффективны огнезащитные составы с использованием вермикулита, перлита, каолиновой ваты и соответствующих связующих.

Толщина слоя огнезащитных паст обычно не превышает 0,5-1 см, штукатурок - 2-4 см.

Основные виды огнезащитных материалов

Огнезащитные краски, лаки, эмали задерживают воспламенение материалов, уменьшают распространение пламени по поверхности материалов. Они выполняют следующие функции: являются защитным слоем на поверхности материалов, поглощают тепло в результате разложения, выделяют ингибиторные газы, высвобождают воду, ускоряют образование коксового слоя на поверхности материала. Подразделяются на две группы - невспучивающиеся и вспучивающиеся.

Механизм огнезащитного воздействия вспучивающихся красок

При нагревании толщина слоя краски увеличивается в 10-40 раз. Как правило, вспучивающиеся краски более эффективны, так как при тепловых воздействиях происходит образование вспененного слоя, представляющего собой закоксовавшийся расплав негорючих веществ (минеральный остаток). Образование этого слоя происходит за счет выделяющихся при нагревании газо- и парообразных веществ. Коксовый слой обладает высокими теплоизоляционными качествами.

Характеристики огнезащитной эмали КО-1273

Эмаль огнезащитная КО-1273 предназначена для защитной и декоративной окраски деревянных, металлических, кирпичных, бетонных, асбоцементных и оштукатуренных поверхностей, эксплуатируемых как внутри помещений, так и в атмосферных условиях. Она атмосфероустойчива, не боится света, кислотных дождей, придает защищаемой поверхности гидрофобные свойства. Нанесение эмали осуществляется кистью, валиком или пневмораспылителем в 3-4 слоя с промежуточной сушкой в течение суток при температуре 18-22°. При 3-, 4-слойном нанесении и расходе не менее 0,426 кг/мІ эмаль КС-1273 после полного высыхания обеспечивает получение трудновоспламеняемой древесины. При необходимости может быть разбавлена ксилолом, разбавителем 646.

Огнезащитная краска на водной основе

Такого рода материалы далеко не редкость. Огнезащитной является водно-дисперсионная краска "Пирекс", представляющая собой суспензию синтетических полимеров с биоцидными, модифицирующими, стабилизирующими и другими добавками. Огнезащитное действие этой краски основано на том, что при высокой температуре на поверхности древесины образуется теплозащитный экран из твердой негорючей пены. Краска "Пирекс" предназначается для огнезащитной окраски деревянных, фанерных, древесно-стружечных и древесно-волокнистых поверхностей, обеспечивая I группу огнезащитной эффективности. Этой краской следует окрашивать любые деревянные поверхности, для которых существует опасность возгорания: стены, двери, потолки, стропильные системы, закрытые мансардные конструкции, стеллажи и т.п.

Также огнезащитными свойствами обладает водно-дисперсионная краска ОЗК-45, которая представляет собой суспензию пигментов, газообразующих веществ, наполнителей и целевых добавок в водных дисперсиях синтетических полимеров. Она предназначена для огнезащиты стальных конструкций до огнестойкости 0,75 ч и 1,0 ч (толщина покрытия от 0,65 мм), всех видов кабелей с ПВХ и с ПЭ оболочкой (толщина покрытия 0,6 мм), а также древесины. Расход - 300 г/мІ. Это покрытие является экологически безопасным, тонкослойным для всех видов огнезащиты, что не приводит к утяжелению строительных конструкций.

Понижение горючести материалов

Достигается путем поверхностной и глубокой пропитки их специальными составами, введения антипиренов в состав исходных композиций, использования различных минеральных наполнителей, а также путем использования разнообразных технологических приемов.

Антипирены

Это химические вещества или их смеси, препятствующие горению. В древесину антипирены вводят пропиткой в автоклавах, в горяче-холодных ваннах. При поверхностной обработке наносятся кистью или краскопультом. Антипирены неводостойки. Для защиты от выщелачивания пропитанные деревянные конструкции во влажных условиях эксплуатации следует дополнительно покрывать влагостойкими или атмосферостойкими огнезащитными красками.

Одним из лучших антипиренов является диаммоний фосфат, который при нагревании выделяет окислы фосфора, покрывающие древесину защитной пленкой, и негорючий газ аммиак. Диаммоний фосфат обычно применяется в смеси с сульфатом аммония. Хорошим антипиреном является также смесь фосфорнокислого натрия с сульфатом аммония. В качестве антипирена может быть использована и смесь буры с борной кислотой (в соотношении 1:

1). Для комбинированной защиты деревянных конструкций от огня и гниения в антипирены должны добавляться антисептики (например, фтористый натрий), не снижающие огнезащитных свойств антипиренов. Антипирены вводятся в древесину пропиткой в автоклавах или в горяче-холодных ваннах, а также при поверхностной обработке путем нанесения кистью или краскопультом.

Свойства антипиренов

Перечень свойств, которыми должны обладать антипирены, довольно обширный. Но главными среди них являются:

· Препятствовать горению и тлению защищаемого материала;

· Не вызывать коррозии металлических частей строительных конструкций;

· Их действие должно быть долговременным;

· Не повышать гигроскопичных свойств древесины;

· Не быть ядовитыми для людей и животных;

· Не оказывать негативного влияния на лакокрасочные покрытия, которыми будет декорироваться древесина;

· Обеспечивать (самостоятельно или совместно с вводимыми в одном растворе антисептиками) биостойкость пропитываемого материала;