Диссертация (Огнестойкость ограждающих деревянных легких каркасных конструкций с полимерной теплоизоляцией)

1МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙАкадемия Государственной противопожарной службыНа правах рукописиКруглов Евгений ЮрьевичОГНЕСТОЙКОСТЬ ОГРАЖДАЮЩИХ ДЕРЕВЯННЫХЛЕГКИХ КАРКАСНЫХ КОНСТРУКЦИЙС ПОЛИМЕРНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЕЙСпециальность: 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность(отрасль строительство, технические науки)ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорБорис Борисович СерковМосква – 20172ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………..4ГЛАВА 1.

МАЛОЭТАЖНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО ДЕРЕВЯННЫХЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ…………………………………………………………121.1. Развитие малоэтажного строительства в России и за рубежом………………121.2. Пожарная опасность и огнестойкость легких деревянных каркасныхконструкций (ЛДКрК)………………………………………………………………...19ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ……………………………322.1. Объекты исследования…………………………………………………………...322.2. Методы исследования……………………………………………………………34ГЛАВА 3.

ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ……………………………………………….40ГЛАВА 4. ТЕРМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ ПОЛИМЕРНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИПОНИЖЕННОЙ ГОРЮЧЕСТИ……………………………………………………...59ГЛАВА 5. ОГНЕСТОЙКОСТЬ ОГРАЖДАЮЩИХ ЛЕГКИХ ДЕРЕВЯННЫХКАРКАСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ…………………………………………………….765.1. Определение фактического предела огнестойкости ограждающих ЛДКрК ивклад в огнестойкость ее составляющих элементов……………………...…………805.2.

Теплофизические и теплозащитные свойства ограждающих ЛДКрК исоставляющих ее элементов………………………………………………………….943ГЛАВА 6. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОГНЕСТОЙКОСТИОГРАЖДАЮЩИХ ЛЕГКИХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ СПОЛИМЕРНОЙ ТЕЛПОИЗОЛЯЦИЕЙ………...…………………………….…..104ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………116СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………....…...118Приложение А ПРОТОКОЛЫ ИСПЫТАНИЙ.......................................................129Приложение Б АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ…………………………………………..….1444ВВЕДЕНИЕПрименение натуральной древесины для строительства зданий и сооруженийразного назначения имеет многовековую историю.

Горючесть и высокая пожарная опасность древесины надолго ограничили еѐ применение малоэтажным домостроением. Индустриальное производство новых конструкционных материалов издревесины открыло перспективы применения прогрессивных каркасных и каркасно-панельных технологий в строительстве не только малоэтажных, но исреднеэтажных и даже высотных зданий. По сравнению с конструкциями из других материалов (кирпича, железобетона или металла) деревянные конструкцииобладают большим преимуществом по ряду показателей. Помимо того, что данный сырьевой ресурс является возобновляемым и экологически безопасным, апроизводство продукции из древесины менее энергозатратно, следует отметитьстойкость данного материала к агрессивным средам, хорошие звуко- и теплоизолирующие свойства, высокую механическую прочность при относительно небольшой плотности.

Соответственно, меньший вес деревянных конструкций приводит к снижению нагрузки здания на фундамент и сбережению трудозатрат наего возведение.В мире широкое распространение получило строительство мало- и среднеэтажных деревянных зданий и сооружений легкого каркасного типа, потребностьв которых постоянно возрастает. В Российской Федерации наблюдается высокийтемп малоэтажного строительства торговых центров, офисов и жилых зданий сограждающими и несущими легкими деревянными каркасными конструкциями(ЛДКрК). Их обычно относят к V степени огнестойкости, предел которой по закону РФ № 123-ФЗ не нормируется. Анализ пожаров, происшедших в зданиях сприменением деревянных конструкций, свидетельствует о том, что пожарнаяопасность таких объектов обусловлена образованием высокой скоростью тепловыделения при горении древесины, интенсивной динамикой развития пожара, со-5зданием условий для объѐмной вспышки, быстрым наступлением критическихзначений для человека опасных факторов пожара (ОФП), в частности, высокойдымообразующей способностью и токсичностью продуктов горения.

Согласностатистическим данным, 80% пожаров происходят в жилом секторе, где гибнетоколо 90%, от общего количества погибших при пожаре по стране.ЛДКрК являются многослойными и состоят из деревянного каркаса и обшивок (облицовочных плит) пространство между ними может быть пустым или заполнено теплоизоляционным материалом (ТИМ).Важной проблемой в строительстве деревянных зданий и сооружений каркасного типа является обеспечение не только требуемого уровня огнестойкости ипожарной безопасности, но и обеспечение их эффективной теплозащиты.

В условиях холодного климата России проблема энергосбережения за счет снижения потери тепла через ограждающие конструкции зданий разного назначения особенноактуальна. Она рассматривается как приоритетная в Государственной программеРФ «Энергосбережение и повышение энергоэффективности на период до 2020 года».Актуальным является определение таких неизученных ранее показателейпожаробезопасности, как огнестойкость новых вариантов конструктивного исполнения ЛДКрК, характеристик тепловыделения, рекомендуемых к применениюматериалов, показателей их пожарной опасности, усадки, коэффициента теплопроводности и пр.Перспективным направлением в решении проблемы одновременного повышения огнестойкости и эффективности теплозащиты деревянных зданий и сооружений легкого каркасного типа является применение инновационных облицовочных и теплоизоляционных материалов нового поколения с высокими пожарнотехническими характеристиками, а также новых эффективных средств огнезащиты.

Успешное решение этой проблемы требует комплексного анализа поведенияпри пожаре всех составляющих элементов деревянных конструкций, знания базовых характеристик материалов этих элементов, углубленного изучения закономерностей их термического разрушения.6Актуальность темы диссертационного исследования подтверждается тем, чтоона находится в согласии с последними Постановлениями Правительства РФ(№868 от 10.05.2016г. и №940/пр от 14.12.2016г.) и дорожной карты по господдержке развития деревянного домостроения.Целью работы является научное обоснование обеспечения пожарной безопасности и повышения огнестойкости ограждающих ЛДКрК за счет применениясовременного негорючего облицовочного стекломагнезитового материала, инновационного трудногорючего полимерного пенокомпозита «PENOCOM» , карбонизующегося типа в качестве теплоизоляции, а также обработки деревянных элементов новыми огнезащитными средствами.Научная концепция исследования: для прогнозирования уровня пожарнойбезопасности и огнестойкости ограждающих ЛДКрК необходимо знание свойств,термического поведения и взаимного влияния всех элементов указанных конструкций.Поставленная цель предопределила следующие задачи исследования:- провести анализ научно-технической литературы о применении и свойствахсовременных облицовочных и теплоизоляционных материалов при строительствемалоэтажных деревянных каркасных объектов;- определить с помощью стандартного проточного калориметра OSU (ASTME 906) характеристики тепловыделения при горении древесины хвойных и лиственных пород элементов конструкций в зависимости от разных факторов: плотности внешнего радиационного теплового потока, наличия локального источниказажигания, влажности образцов, типа огнезащитной обработки древесины;- методами термического анализа определить механизм и эффективные макрокинетические параметры термического и термоокислительного разложения полимерного пенокомпозита «PENOCOM», формоустойчивость при повышеннойтемпературе в сравнении с другими видами теплоизоляции;- провести огневые испытания в условиях стандартного режима пожарафрагментов ограждающих деревянных конструкций с различной комбинацией со-7ставляющих элементов, определить фактический предел огнестойкости ограждающих конструкций и вклад каждого составляющего элемента;- разработать модель теплопередачи в ограждающей деревянной легкой каркасной конструкции.

Методом конечных элементов с привлечением программного комплекса ANSYS Mechanical провести теплотехнический расчет некоторыхмногослойных вариантов систем конструкций с полимерной и неорганическойтеплоизоляцией. Сравнить результаты расчета и эксперимента.Объектом исследования являются образцы древесины двух хвойных и двухлиственных пород; трех- и четырехслойные ограждающие деревянные ненесущиекаркасные конструкции с различной комбинацией облицовок и теплоизоляции;огнезащитные средства для древесины.Предметом исследования является определение огнестойкости ограждающих деревянных легких каркасных конструкций, материальных характеристикэлементов конструкций, эффективности огнезащитных средств.Экспериментальное исследование базируется на анализе фундаментальныхработ в области пожарной опасности и огнестойкости строительных объектов (втом числе деревянных) отечественных и зарубежных ученых, таких, как ЯковлевА.И., Ройтман М.Я., Кошмаров Ю.А., Романенко И.Г., Ройтман В.М., СтраховВ.Л., Гаращенко А.Н., White R.H., Babrauskas V., Takeda H., Janssens M.L., KonigJ., Mehaffey J.R., и др.