Диссертация (1172918), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В качестве неплавкойтеплоизоляции внешних стен малоэтажных деревянных легких каркасных зданийдо сих пор используют эковату – измельченную, пушистую и подвижную целлюлозную массу из отходов макулатуры, обработанной антипиренами [35,36].В качестве неплавкой трудносгораемой теплоизоляции английской компанией Kingspan был испытан ТИМ под маркой Thermawall TW 55 на основе пенополиизоцианурата PIR (ПИР). Материал имеет закрытую пористость, характеризуется очень низким коэффициентом теплопроводности λ = 0,022 Вт/м×K.
Ограждающие деревянные каркасные конструкции, включающие 12,5 мм ГВЛ; 60 ммThermawalls TW 55, 11 мм OSB (каркас из древесины сечением 89×38 мм) при31стандартном режиме пожара показал предел огнестойкости 38 мин. При нагружении 11 кН/м получен надежный результат REI – 30 [37,38]. Полимерный ТИМ неуступал по огнестойкости стекловолокнистой теплоизоляции.Повышение огнестойкости деревянных каркасных конструкций может бытьдостигнуто за счет применения различных огнезащитных средств или облицовканегорючими листами [38, 39, 40, 41, 42]. Особое внимание в последнее время уделяется применению наиболее эффективных огнезащитных составов вспучивающегося типа. Анализу оценки огнезащитной эффективности вспучивающих составов (покрытий) посвящено много работ экспериментального и теоретическогоплана.
Математическое моделирование тепло и массопереноса в подобных огнезащитных покрытиях позволяет выявить влияние различных факторов (теплофизических свойств материалов, кратность вспучивания, толщины, влагосодержанияи пр.) на эффективность огнезащиты и огнестойкость различных объектов [43,44].Анализ опубликованных работ позволяет сделать вывод, что для повышенияогнестойкости и пожарной безопасности ограждающих легких деревянных каркасных конструкций за счѐт применения в качестве элементов материалов новогопоколения, в том числе полимерной теплоизоляции карбонизующего типа, является весьма актуальной проблемой.32ГЛАВА 2.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ2.1. Объекты исследованияВ работе исследовали образцы хвойных (ель, сосна, лиственница) и лиственных(береза, дуб) разновидностей древесины из средней полосы России, используемых вкачестве деревянных элементов ограждающих каркасных конструкций. Перед экспериментом образцы размером 150×150×10 мм высушивали в шкафу до постоянноймассы при температуре 60 °С. Контроль осуществляли измерением влажности с помощью игольчатого влагомера. Высушенные образцы хранили в герметичной упаковке.В качестве огнезащитных средств для древесины исследовали составы, разработанные ранее при участии Академии ГПС МЧС РФ совместно с другими организациями: пропиточный состав «КСД-А» (марка - 1), а также покрытие вспенивающегося типа на основе модифицированных полисахаридов растительного сырья.
Составыпоказывали I группу огнезащитной эффективности по ГОСТ Р 53295 – 2009.Образцы, в виде фрагментов моделирующих ненесущие ограждающие легкиедеревянные каркасные конструкции (перегородки, стены) представляли собой трехи четырехслойные системы с разной комбинацией обшивок и теплоизоляции. В качестве ТИМ исследовали образцы полимерной теплоизоляции «PENOCOM» разнойтолщины и объемной плотности, а также исследовались образцы минеральной«Rockwool Light Batts Scandic» (ρ = 36 кг/м3). В некоторых опытах для сравнения ис-33пользовали беспрессовый самозатухающий пенополистирол ПБС – С25 с ρ = 15 кг/м3(ГОСТ 25588-86) и ППС – 10 (ρ = 10 кг/м3) Хабаровского завода стройматериалов.Ранее было высказано предположение перспективности применения в строительстве неплавкого коксующегося, трудносгораемого полимерного пенокомпозита«PENOCOM» [45].Разработанный в РФ инновационный пенокомпозит «PENOCOM» сертифицирован как слабогорючий материал Г1, умеренновоспламеняемый В2 и с умереннойдымообразующей способностью Д2.
Он является экологически безопасным при изготовлении и эксплуатации (концентрация выделяемых токсичных веществ намногониже ПДК – предельно допустимой концентрации). При длительном (до 2–х часов)воздействии открытого пламени пропановой горелки (1500 °С) не разрушается, атолько коксуется. Важно подчеркнуть, что этот инновационный материал при огневом воздействии коксуется, а образовавшийся обугленный слой (пенококс) не тлеетпосле удаления источника нагрева. Материал устойчив к кислотам и щелочам, неподвергается воздействию грызунов. Имеет низкий коэффициент теплопроводности.При плотности пенокомпозита 55 кг/м3 его коэффициент теплопроводности с повышением температуры от 0 до +50 °С изменяется от 0,0326 до 0,0391 Вт/м·К [45,46].Пенокомпозит разработан и промышленно выпускается в ООО «PENOCOM» (г.Москва) с 2012 г.
Данный материал изготавливается на основе отечественного сырьяпо заливочной технологии путем смешения двух жидких композиций в формах любых размеров и конфигураций. Процессы вспенивания и отверждения завершаютсяспустя 2–3 мин после начала смешения компонентов. Технология изготовления материала «PENOCOM» является энергосберегающей, т.к. не требует применения тепла и давления. Изготовление данного материала возможно как в стационарных заводских условиях в виде плит большого размера и изделий любых конфигураций(скорлуп и пр.), так и непосредственно на месте применения, т.е. на строительныхплощадках, в том числе и при отрицательных температурах наружного воздуха.34Материал из базальтового волокна «Rockwool Light Batts Scandic» (ρ = 36 кг/м3)является негорючим материалом (НГ по ГОСТ 30244–94), не впитывает влагу извоздуха, имеет низкую теплопроводность (λ = 0,036 Вт/м×К), высокий коэффициентпаропроницаемости (0,25 мг/м×ч×Па), что позволяет «дышать» конструкции и препятствует конденсации внутри неѐ влаги.В качестве облицовок (отделочных материалов) в фрагментах ограждающихконструкций применяли 9 мм листы гипсокартона ГКЛ, фирмы Knauf (ГОСТ 6266 97) с плотностью ρ = 1041 кг/м3, а также 9 мм плиты OSB фирмы «Кроношпан» с ρ =654 кг/м3.Образцы стекломагнезитовых листов (СМЛ) южно-корейского производстваимели толщину 6 мм и 10 мм и плотность 931 и 816 кг/м3 соответственно.В работе кроме того использовали отделочный материал из древесины сосны ввиде имитации бруса с толщиной 20 мм и ρ = 375 кг/м3.2.2.
Методы исследованияВ этом разделе представлены методы изучения свойств элементов конструкцийи огнестойкости фрагментов ограждающих ЛДКрК в целом.За рубежом одним из важнейших показателей, используемых для классификации и сертификации пригодности материалов в тех или иных областях техники, являются характеристики тепловыделения при горении в разных условиях теплового иогневого воздействия. Приняты с этой целью международные и национальные стандарты, на основе разработанных мало-средне и крупномасштабных установок (ISO –5660, ASTM E 906, SBI EN 13823, ISO 9705).35В настоящей работе для определения характеристик тепловыделения при горении древесины основного элемента деревянного каркаса использован стандартныйпроточный калориметр OSU HRR – 3 фирмы Atlas (ASTM E 906), который был разработан в Университете штата Огайо (Ohio State University), США (Рисунок – 2.1).Определение характеристик тепловыделения основано на принципе измерения температуры отходящих газов – продуктов сгорания при воздействии на материал образца лучистого теплового потока от 5 до 80 кВт/м2.
В настоящее время в РФ этотстандарт включен в требования правил пожарной безопасности АП – 25 в авиастроении. Основными классификационными параметрами для отбора материалов являются максимальная скорость и общее тепловыделение за период пламенного горения (2мин.).абРисунок 2.1 – Проточный калориметр (ASTM E906): а – общий вид;б – реакционная огневая камераС целью изучения термического поведения ТИМ в широком интервале температур (20 - 1000 °С) в разных средах (воздух, инерт) использованы методы термического анализа [47,48]. Формоустойчивость ТИМ (линейную усадку) определяли принагревании ТИМ на воздухе в муфельной печи со скоростью нагрева температуры 12град/мин (Рисунок 2.2) [49].36Рисунок 2.2 – Муфельная печь и тепловая камераМеханизм и макрокинетические параметры пиролиза и ТОД полимерных ТИМопределяли по ТГ, ДТГ и ДСК кривым разложения, полученным с помощью приборов Mettler и Du Pont 9900 при нагревании образцов (3-4 мг) со скоростью 5, 10, 20град/мин в потоке аргона и на воздухе (50 мл/мин) (Рисунок 2.3).Для установления физического механизма разложения пенокомпозита и расчетакинетических параметров использована методология, описанная в работе [50].Рисунок 2.3 – Установка Du Pont 9900 для проведения термического анализаНа установке «огневая печь» были проведены испытания огнестойкости 7 систем ограждающих легких деревянных каркасных конструкций с различной комби-37нацией обшивок (облицовочных плит) и ТИМ: полимерного пенокомпозита«PENOCOM» и базальтоволокнистой теплоизоляции «Rockwool Light» (Рисунок –2.4).1А–А234Рисунок 2.4 – Схема маломасштабной огневой установки: 1– газовая горелка; 2 – вытяжнойтрубопровод; 3 – огневая камера; 4 – проем для установки испытуемых образцовКорпус малой огневой печи размером 1030 1200 905 мм выполнен изкрасного кирпича.
Внутри печи расположена огневая камера с габаритами 500 × 390× 400 мм. На лицевой стороне печи в кирпичной кладке, для сообщения с огневойкамерой в проем прямоугольной формы, размером 370 300 мм устанавливаетсяиспытуемый образец ЛДКрК. С тыльной стороны в кирпичной кладке печивмонтирована газовая горелка, а также трубопровод с принудительной подачейвоздуха, на котором расположен регулирующий кран подачи воздуха дляобеспечения нормального горения пламени. В верхней части печи находитсявытяжной трубопровод с регулирующейся заслонкой (Рисунок 2.5).38Рисунок 2.5 – Вид маломасштабной «Огневой печи»В камере с помощью специально регулируемой газовой горелки устанавливалистандартный температурно–временной режим пожара в соответствии с ГОСТ30247.0 и ГОСТ 30247.1–94 [51,52]:T = 345 lg (8 + 1) + T0, °Cгде Т и Т0 – текущая и начальная температура в огневой камере; τ – время, мин.Изменение плотности теплового потока в огневой камере печи при стандартномтемпературном режиме пожара определяли с помощью датчика Карно.Показания температуры в печи и в соответствующих контрольных точках наподвергаемой огневому воздействию и необогреваемой поверхностях конструкции, атакже внутри неѐ регистрировались автоматически в процессе испытания, с помощью прибора ИРТМ.Предел огнестойкости ограждающей конструкции определяли по признакам ЕI:времени потери целостности (Е) и теплоизолирующей способности (I – время достижения критической максимальной температуры 180 °С на необогреваемой стороне конструкции).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
