Диссертация (Пожарная опасность объектов социального назначения с использованием напольных покрытий-линолеумов), страница 6

Дляоценкипожарнойопасностиполимерныхматериаловбыл
предложенобобщенный критерий, названный индексом распространения пламени I [70].Этот критерий I определяется с учетом количества тепла Qв,
необходимогодля воспламенения, количества тепла Qсг, выделяемого при горении, а такжескорости распространения пламени υрп
к поверхности. Критерий применим коднородным и многослойным композиционным
материалам с различнымитеплофизическими свойствами. Аналитическое выражение в общем виде:(1.1)Горючие материалы согласно этой методике испытания подразделяют наматериалы с медленным (I< 20) и быстрым (I >20) распространением пламени поповерхности.

Материалы с I<20 горят и распространяют пламя только в зоневоздействияпламенииспытываютнаискоростьвысокихтемператур.распространенияСтроительныепламенивматериалысоответствиисГОСТ 30444 (Р 51032-97) «Материалы строительные. Метод испытания нараспространение пламени» [76]. В соответствии с этим стандартом различаютгруппы материалов по распространению пламени (таблица 1.7).33Таблица 1.7-Группы материалов по распространению пламениГруппа распространения пламениКритическая поверхностная плотностьтеплового потока, кВт/кв.мРП1РП2РП3РП411,0 и болееот 8,0, но менее 11,0от 5,0, но менее 8,0менее 5,0При температуре выше 300 °С материалы на основе ПВХ воспламеняются.Теплота сгорания равна 18017 кДж/кг. У большинства линолеумов пламядовольно быстро распространяется по поверхности материала.

Примерныеданные по индексу распространения пламени и классу опасности НП на основеПВХ приведены в таблице 1.8 [2].Таблица 1.8- Данные по индексу распространения пламени покрытий напольныхна основе ПВХМатериалКритическаятемпература,°С480Классраспространенияпламени2Индексраспространенияпламени-ПВХ антипированный1803-ПВХ со вспененным слоем135368ПВХ многослойный с печатнойпленкой405-ПВХ на пластификаторе ТФФ(ТУ 400-1/411-26-81)35023,4ПВХ линолеум антистатическийГ)ТоксичностьВажность токсичности во многих случаях становится превалирующей.Возможность отравления при пожаре повышается из-за роста примененияполимеров в строительстве.

В продуктах пиролиза полимерных материалов часто34присутствуют угарный и углекислый газ, синильная и соляная кислота, оксидыазота, пропеналь.Недостаток кислорода и высокая температура увеличивают токсичностьпродуктов разложения, поэтому в некоторых странах при оценивании пожарнойопасности применяется токсикологическая оценка материалов.Её производят по показателю «максимального индекса токсичности» сумма отношений концентраций газов, образуемых при сгорании единицы массыобразца к опасным концентрациям этих веществ, из-за которых происходитгибель человека при 30-минутном пребывании в помещении [2].Было предложено оценивать материалы по удельным индексам токсичности(ИТуд).

Индекс ИТуд определяет концентрацию веществ, образующихся встандартных условиях горения материалов, предельно допустимую концентрациювеществ, жизненно важную ([О2]жв и реально наблюдаемую ([О2]t) концентрациикислорода [77]:(1.2)где X — продукт сгорания, образующийся при сгорании 1 г материала ираспределения в 1м3 окружающей среды, млн-1;К —константа, учитывающая выделение веществ при горении с единицыповерхности в единицу объема окружающей среды.ИТ изменяется от зависимости от параметров горения. Максимальныезначения ИТуд определяют потенциальную пожароопасность материалов.Практически чаще используют для характеристики токсичности продуктовинтегральный критерий Wcl50(в мг или г), показывающий количество вещества,при сгорании которогопродуктовгорения,в определенном объеме создается концентрациявызывающаягибель50%животных(«летальнаяконцентрация») [77].Он рассчитывается путем статистической обработки экспериментальныхрезультатов путем выявления зависимости токсичности продуктов горения отмассы сжигаемого материала.35Токсичность строительных материалов определяется в соответствии с ГОСТ12.1.044 [78].

В соответствии с этим стандартом различают группы материалов потоксичности (таблица 1.9).Таблица 1.9- Группы материалов по токсичностиКласс опасностиЧрезвычайноH CL50 , г/ м3, при времени экспозиции, мин5153060До 25До 17До 13До 1025-7017-5013-4010-3070-21050-15040-12030-90Св. 210Св. 150Св. 120Св. 90опасные (Т 4)Высоко опасные(Т3)Умеренно опасные(Т 2)Малоопасные(Т1)Для снижения негативного влияния соляной кислоты, выделяющейся пригорениихлорсодержащихвеществ,вкомпозициидобавляютвещества,связывающие его.Для этого используют соединения щелочных и щелочноземельных металловс размером частиц менее 0,5 мкм.

В качестве соединений, легко реагирующих схлористымводородомсобразованиемнелетучегоостатка,используюторганические соединения азота[79].В таблице 1.10 приведены допустимые опасные концентрации газов,выделяющиеся при горении и тлении ПВХ материалов.36Таблица 1.10-Допустимые опасные концентрации газов (по санитарным нормам),выделяющиеся при разложении ПВХ материаловГазКонцентрация, мг/лДиоксид углерода9,85Оксид углерода0,02Метан, этан, пропан, бутан (в пересчете на углерод)0,3Этилен, пропилен, бутилен0,1Хлористый водород0,005Хлор0,001Д) ДымообразованиеОптические свойства дыма определяются способностью к поглощению ирассеиванию света, из-за чего понижается видимость и затрудняется эвакуациялюдей при пожаре.

Дым и токсичные продукты пиролиза, выделяющиеся припожаре, считаются главной причиной гибели людей (до 80 % погибающих напожарах) [80].Коэффициент дымообразования - показатель, характеризующий оптическуюплотностьдыма,которыйобразуетсяприпламенномгоренииилитермоокислительной деструкции (тлении) определенного количества твердоговещества (материала) в условиях специальных испытаний.Группы строительных материалов по дымообразующей способностиустанавливают по ГОСТ 12.1.044 [79].По величине этого показателя материалы классифицируются следующимобразом [79]:1)смалойдымообразующейспособностью(Д1)-коэффициентдымообразования до 50 м2/кг включительно;2)с умеренной дымообразующей способностью (Д2) - коэффициентдымообразования свыше 50 до 500 м2/кг включительно;373)свысокойдымообразующейспособностью(Д3)коэффициент-дымообразования свыше 500 м2/кг.Анализ опубликованных в печати данных о дымообразованиипри горенииполимеров показывает, что количество и природа дыма зависят от химическогостроения полимеров и состава материалов, от коэффициента избытка воздуха ихарактера процесса горения.

У ПВХколичество дыма возрастает притермоокислительной деструкции [81].ГорениематериаловнаосновеПВХсопровождаетсяусиленнымдымовыделением. При тлеющем горении поливинилхлорида образуется туман,содержащий хлороводород. В режиме пламенного горения образуется дым,состоящий из сажи и небольших включений соляной кислоты. Данные подымообразующей способности материалов на основе ПВХ приведены в таблице1.11 [2].Таблица 1.11- Данные по дымообразующей способности материалов на основеПВХМатериалРежим испытанийКоэффициентдымообразования,Нп*м2/кгКлассификация подымообразующейспособностиПрофилиТление515ВысокаяГорение841Тление202горение272Тление181горение469Линолеумбезосновный (ТУ 2129-76-79)Линолеум натканевой основе(ГОСТ 7251-77)УмереннаяУмереннаяВсе виды алкидного линолеума относятся к сгораемым материалам свысокой дымообразующей способностью.

Теплота их сгорания 20 950 кДж/кг.38Почтивсевидылинолеумовявляютсясгораемымиматериалами:воспламеняются при температуре выше 200 °С и горят с выделением 21370кДж/кг теплоты.Они склонны к тепловому самовозгоранию (температура самонагревания 80°С). При температуре свыше 200 °С воспламеняются, а при 380 °Ссамовоспламеняются [82].1.4.Анализ моделей термодеструкцииОпубликованомножестворабот,посвященныхматематическомумоделированию процесса терморазложения в твердых телах.ВработахО.Ф.Шленскогодляописанияматематическоймоделитерморазложения одностадийной гомогенной химической реакции используетсяуравнение аррениусовского типа [83]:m  m n exp k ,0(1.3)где n- порядок реакции;mM- относительная масса образца (%);M0M 0 -масса образца до начала разложения;M- масса образца на текущий момент времени;m 0 - постоянная интегрирования, определяемая начальным условием;k  k 0 exp E / RT ,(1.4)где k 0 - предэкспоненциальный множитель (1/мин);E-энергия активации процесса (Дж/моль);R – универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль*К));Энергия активации и предэкспоненциальный множитель вычисляются изусловия наилучшего описания эксперимента по уравнению (1.3).39При этом адекватность описания процесса терморазложения по даннойзависимости ограничена небольшим участком и не может использоваться приописаниикритическихсостоянийсистемыФХС,например,вмоментсамовоспламенения, когда функциональная связь между параметрами нарушена.В работах В.М.

Юдина процесс термодеструкции описывается уравнением[83]:d E n A 0   g  exp ,dT RT (1.5)где A - предэкспоненциальный множитель (1/мин); g - гравиметрическая плотность материала, полученная путем нагреваматериала до прекращения процесса разложения при стационарной температуреТ.Вуравнении(1.5)неучитываетсянестационарностьпроцессатепломассопереноса, хотя она является важнейшей характерной особенностьюпроцессов горения и создает критические условия, когда небольшие изменениявнешних условий могут перевести стационарный режим окисления с малойскоростью реакции в режим, когда ее скорость изменяется «катастрофически»(переход в стадию горения).Независимо от химической природы основную роль в процессах горенияиграют критические условия распространения зоны реакции в пространстве.Наибольшее влияние на них оказывает температура.

К критическим явлениямтеплового характера относятся воспламенение и самовоспламенение.В монографии Ю.В. Полежаева и Ф.Б. Юревича [83] используется модельтермического разложения материалов следующего вида:d E  A n exp ,d RT (1.6)В ней подвергается анализу одномерная нестационарная математическаямодель теплопереноса в разлагающемся материале, при этом одни параметрыявляются функциями температуры, а другие – времени, в данной модели также не40учитывается состояние системы в момент самовоспламенения продуктовтермодеструкции.Один из основных опасных факторов пожара- дымообразование нерассматривается вообще ни в одной модели термодеструкции.Это актуализирует поиск решения проблемы- необходимо построить модельтермодеструкции, учитывающую нестационарность процесса тепломассопереносаи дымообразования как основного фактора пожарного риска.411.5.Выводы1.Рассмотренысвойстваматериалов наосновеПВХотносительнопожароопасности.