Средства для повышения степени огнестойкости

Повышение огнестойкости перечисленных конструкций до требуемого уровня осуществляется с помощью соответствующей огнезащиты.

Согласно действующим нормативам пожарной безопасности, понятие «огнезащита» предполагает использование различных средств огнезащиты: огнезащитных составов или материалов, так называемая «пассивная огнезащита». При этом под активной огнезащитой понимается использование систем пожарной сигнализации, автоматического пожаротушения.

Защита объектов от огневого воздействия осуществляется следующими способами:

§ бетонирование, оштукатуривание, обкладка кирпичом (конструктивный способ);

§ облицовка объекта огнезащиты штатными материалами или установка огнезащитных экранов (конструктивный способ);

§ нанесение непосредственно на поверхность объекта огнезащитных покрытий (окраска, обмазка, напыление);

§ пропитка поверхностных слоёв конструкций огнезащитным составом;

§ комбинированный (композиционный) способ, представляющий собой рациональное сочетание различных способов. Первый из них традиционно используется для строительных конструкций, к которым не предъявляется требование пониженной массы.

Основными компонентами средств огнезащиты являются:

А. Термостойкие заполнители:

Ø вермикулит вспученный и невспученный (сырье);

Ø перлит вспученный и невспученный (сырье);

Ø керамзит;

Ø минеральные волокна из базальта, а также каолиновые, кремнеземистые и кварцевые волокна.

Вспученный вермикулит представляет собой пористый материал, получаемый при высокотемпературном нагреве гидратированных биотитовых и флогопитовых слюд. Насыпная плотность вермикулита фракции
1 или 2 мм, применяемого в производстве огнезащитных материалов, составляет 100−150 кг/м³, а его теплопроводность 0,05−0,07 Вт/(м∙К). Вермикулит является наиболее термостойким из всех широко применяемых наполнителей. Его огнеупорность составляет 1270−1430 ºС. Использование вермикулита более предпочтительно для огнезащиты на объектах, защищаемых от продуктов горения углеводородных топлив, и там, где требуются наибольшие пределы огнестойкости. Важным свойством вермикулита, определяемым особым строением вспученных гранул, является его способность запирать поры в бетоне или штукатурке при инфильтрации влаги.

Перлит − материал, получаемый вспучиванием природных водосодержащих стекол. Для производства огнезащитных штукатурок применяют перлитовый песок фракций до 2 мм с насыпной плотностью
70−150 кг/м³. Теплопроводность перлита в сухом состоянии составляет 0,05−0,07 Вт/(м∙К). Огнестойкость 900−1000ºС.

В качестве вяжущего для производства огнезащитных штукатурок на основе вермикулита, перлита и минеральных волокон используются гипсовые, цементные, цементно-известковые, цементно-ангидритные вяжущие. На основе перлита и вермикулита с гипсовым вяжущим изготавливают легкие штукатурки с плотностью от 300 кг/м³, теплопроводностью от 0,08−0,09 Вт/(м∙К) и пределом огнестойкости до 3 ч. Главным недостатком таких штукатурок является невысокая влагостойкость, что определяет область их применения только внутри помещений. Штукатурки этого типа, например марки САЕСО-300, широко используются в Великобритании и ЕС для защиты металлоконструкций и железобетона.

Огнезащитные штукатурки на основе вермикулита и цементного вяжущего могут иметь плотность от 450до 1200 кг/м³, теплопроводность 0,08−0,3 Вт/(м∙К) и являются наиболее универсальными. Область их применения наиболее широка − это не только огнезащита гражданских объектов, но и объектов энергетики, морских судов, нефте- и газодобывающих платформ. В случае непосредственного воздействия на огнезащитное покрытие атмосферных осадков, воды или морских волн требуется нанесение поверх огнезащитного материала специального защитного покрытия.

Б. Неорганические вяжущие вещества (воздушные, гидравлические и кислотоупорные):

Ø жидкое стекло натриевое;

Ø природный двуводный гипс и природный ангидрит;

Ø портландцемент;

Ø глиноземистый цемент;

Ø фосфатные вяжущие (растворы фосфатов и фосфорных кислот).

Вспучивающиеся покрытия на основе минеральных вяжущих. Примером такого материала является композиция ОФП-ММ на основе жидкого натриевого стекла с асбестовым наполнителем. Основным достоинством этого материала является его низкая стоимость.

Штукатурки на основе минеральных волокон. В этих штукатурках в качестве огнестойкого наполнителя используется минеральная вата в виде гранул с характерным размером 3–7 мм. Внутри гранул сцепление между волокнами обеспечивается, как правило, естественными силами сцепления. Между собой гранулы могут соединяться цементно-полимерным вяжущим, жидким стеклом и т.д. Штукатурки на основе минеральных волокон имеют лучшие теплофизические характеристики, чем вермикулитовые или перлитовые штукатурки, но они дороже в производстве и имеют более высокую трудоемкость при выполнении огнезащитных работ. Штукатурки на основе минеральных волокон чаще применяются в тех случаях, когда дополнительная нагрузка на конструкцию критична и нежелательна. Эти штукатурки ввиду их низкой теплопроводности могут использоваться для комплексной тепло- и огнезащиты. Срок службы огнезащитных штукатурок на основе вермикулита, перлита, минеральных волокон и полимерцементных, гипсовых, гипсоцементных вяжущих составляет не менее 10–15 лет.

В. Органические (полимерные) связующие:

Ø меламиноформальдегидная смола;

Ø аминосмолы;

Ø эпоксидные смолы в смеси с аминосмолами и др.;

Ø латексы сополимеров хлористого винила с винилиденхлоридом, бутадиена со стиролом и др.

Дерево, а также композиционные полимерные материалы подвергаются термическому разложению с выделением парогазовой смеси сложного состава и образованием пористого кокса. Это приводит к потере их прочности и жесткости.

Для стали характерно снижение жесткости и прочности с последующим переходом в пластичное состояние.

При нагреве бетон уменьшает свою жесткость и прочность. Кроме того, происходит его дегидратация, сопровождающаяся переносом массы пара. Бетон повышенной влажности испытывает взрывообразное разрушение при огневом воздействии. Конструкции без огнезащиты деформируются и разрушаются под действием напряжений от внешних нагрузок и температуры. Огнезащита, блокирующая тепловой поток от огня к поверхности конструкций, позволяет сохранить их работоспособность в течение заданного времени. Вспучивающиеся покрытия на органических связующих увеличивают толщину вследствие образования пенококса, который постепенно выгорает и в конце огневого воздействия может механически отрываться от конструкции.

Для покрытий на минеральных вяжущих, содержащих в своем составе связанную воду, характерно выделение и перенос массы пара, что приводит к блокированию теплового потока в защищаемую конструкцию и замедляет рост её температуры.

Для вспучивающихся покрытий на минеральных вяжущих характерно как увеличение толщины при нагреве, так и блокирование теплового потока в защищаемую конструкцию за счёт выделения и переноса массы пара.

 

Для огнезащиты из термостойких волокнистых или пористых материалов характерно поглощение и низкая интенсивность переноса теплоты теплопроводностью, конвекцией и излучением при сохранении исходной формы. Композиционная огнезащита позволяет усилить физические эффекты блокирования теплового потока в защищаемую конструкцию, реализуемые при использовании простых способов огнезащиты.

В настоящее время в качестве конструктивного способа огнезащиты металлических конструкций, а также бетона и железобетона наиболее широко используются штукатурки на основе вермикулита, перлита и минеральных волокон. Они позволяют достигать пределов огнестойкости
до 3 ч и более, недороги и технологичны в применении.

Конкретный выбор типа огнезащиты и ее толщины должен осуществляться в соответствии с техническим проектом, СНиП, НПБ, а также на основе технико-экономического анализа с учетом заданного предела огнестойкости конструкций, их геометрии, величины нагрузки, условий эксплуатации объекта, эстетических требований, а также требований по долговечности.

Противопожарные преграды

К противопожарным преградам относятся противопожарные стены, перегородки, перекрытия, зоны, тамбуры-шлюзы, двери, ворота, окна, люки, клапаны. Противопожарные стены, перегородки, тамбуры-шлюзы, конструкции противопожарных зон, а также заполнения световых проемов в противопожарных преградах выполняют из негорючих материалов.

Противопожарные зоны

Для разделения зданий на пожарные отсеки допускается вместо противопожарных стен предусматривать противопожарные зоны.

В зданиях всех степеней огнестойкости допускается проектировать противопожарные зоны первого типа, которые выполняют в виде вставки, разделяющей здание по всей ширине, длине и высоте. Такая вставка представляет собой часть объема здания, образованную противопожарными стенками второго типа, которые отделяют вставку от пожарных отсеков. Ширина противопожарной зоны – не менее 12 м. В покрытии противопожарной зоны допускается применять утеплитель из трудногорючих и кровлю из горючих материалов. В противопожарных стенах зоны допускается устройство проемов, заполненных противопожарными дверями, воротами и т.п.

В помещениях, расположенных в пределах противопожарной зоны, не допускается применять или хранить горючие газы, жидкости и материалы, а также предусматривать процессы, связанные с образованием горючих пылей.

Противопожарную зону второго типа проектируют шириной не менее 6 м в виде полосы покрытия и стен. Допускается в покрытии зоны применять утеплитель из минераловатных плит и изготавливать кровлю из горючих материалов при устройстве на границах зоны покрытия гребней высотой не менее 0,6 м. На границах зоны с пожарными отсеками предусматривают вертикальные диафрагмы в пределах высоты несущих конструкций покрытия, но не менее чем на высоту 1,5 м, и дренчерные водяные завесы. В пределах зоны проектируют пожарные лестницы для подъема на кровлю, а в наружных стенах зоны – двери или ворота.

Противопожарные стены

По размещению в здании противопожарные стены могут быть внутренними и наружными, продольными и поперечными. Внутренние противопожарные стены предназначены для ограничения распространения пожара внутри здания, а наружные – между зданиями. Противопожарные стены расположены в плане перпендикулярно к продольной оси здания, продольные – параллельно ей.

В современных зданиях противопожарные стены, как правило, размещают в осях температурных швов между колоннами. В этом случае фермы, балки, прогоны и другие несущие конструкции покрытий и перекрытий должны опираться на колонны или консоли и не перерезать противопожарных стен. Однако допускается перерезание противопожарных стен негорючими фермами, балками, прогонами с опиранием на колонны, расположенные за этими стенами. Образующиеся в стене дыры заделывают раствором, обеспечивающим предел огнестойкости не менее 2,5ч. Горючие балки могут либо опираться на консоль или колонны, примыкающие к противопожарной стене, либо заделываться в противопожарную стену при условии, что толщина стены между торцами балок будет соответствовать требуемому пределу огнестойкости 2,5 ч.

Противопожарные стены должны опираться на фундаменты, возводиться на всю высоту здания и пересекать все конструкции и этажи. Допускается устанавливать противопожарные стены непосредственно на конструкции каркаса здания или сооружения, выполненные из негорючих материалов. При этом предел огнестойкости каркаса (вместе с его заполнением и узлами креплений) должен быть не менее требуемого предела огнестойкости соответствующего типа противопожарной стены.

Противопожарные стены должны возвышаться над кровлей: не менее чем на 0,6 м, если хотя бы один из элементов чердачного и бесчердачного покрытия, за исключением кровли, выполнен из горючих материалов;
не менее чем на 0,3 м, если элементы чердачного и бесчердачного покрытия, за исключением кровли, выполнены из негорючих материалов.

В зданиях с наружными стенами, выполненными с применением горючих и трудногорючих материалов, противопожарные стены должны пересекать эти стены и выступать за наружную плоскость стены не менее чем на 0,3 м. При устройстве наружных стен из негорючих материалов с ленточным остеклением противопожарные стены должны разделять остекление. При этом допускается, чтобы противопожарная стена не выступала за наружную поверхность стены.

При разделении здания на пожарные отсеки противопожарной должна быть та стена более высокого и более широкого отсека. Допускается в наружной части противопожарной стены размещать окна, двери и ворота с ненормируемым пределом огнестойкости на расстоянии над кровлей примыкающего отсека более 8 м по вертикали и 4 м от стен по горизонтали.

В противопожарных стенах допускается устанавливать вентиляционные и дымовые каналы так, чтобы в местах их размещения предел огнестойкости противопожарной стены с каждой стороны канала был не менее 2,5ч.

При размещении противопожарных стен или противопожарных перегородок в местах примыкания одной части здания к другой под углом необходимо, чтобы расстояние по горизонтали между ближайшими гранями проемов, расположенных в наружных стенах, было не менее 4 м, а участки стен, карнизов и свесов крыш, примыкающих к противопожарной стене или перегородке под углом, на длине не менее 4 м, были выполнены из негорючих материалов.

Противопожарные стены бывают самонесущими, несущими и ненесущими. Их рассчитывают на устойчивость против опрокидывания при воздействии ветровой нагрузки и как центрально сжатые при возможном одностороннем обрушении перекрытий, покрытий и других конструкций зданий и сооружений при пожаре.

Самонесущие противопожарные стены воспринимают нагрузку только от собственного веса по всей высоте здания и ветровую нагрузку. Такие стены опирают на самостоятельные фундаменты и располагают, как правило, между двумя рядами колонн. Поскольку предел огнестойкости противопожарных стен должен быть 2,5 ч, то нередко самонесущие стены, особенно в их верхней части, принимают малой толщиной и для устойчивости закрепляют за конструкции перекрытий и покрытий. Такое решение можно считать правильным только в том случае, если предел огнестойкости указанных конструкций не менее 2,5 ч. Если же предел огнестойкости менее 2,5 ч, то противопожарную стену следует рассчитывать на устойчивость от собственного веса и ветровую нагрузку при разрушении, а также на устойчивость связей с указанными перекрытиями и покрытиями.

Несущие противопожарные стены воспринимают нагрузку только от собственного веса и ветра в пределах одного этажа или одной панели каркасных зданий при высоте этажа не более 6 м. При большой высоте этажа стены такого типа условно относятся к самонесущим. Ненесущие противопожарные стены опирают на фундаментные балки или фундаменты, а навесные крепят к колоннам. Предел огнестойкости фундаментных балок и колонн, как и ненесущих противопожарных стен, должен быть не менее 2,5 ч. Защита узлов крепления конструкций навесных противопожарных стен к колоннам должна обеспечивать их прочность во время пожара в течение 2,5 ч.

Несущие противопожарные стены воспринимают, кроме собственного веса, нагрузку от покрытий, кранов и т.д. На такие стены могут опираться фермы, балки, прогоны и другие конструкции покрытий и перекрытий. При обрушении или выгорании во время пожара наружных стен, перекрытий и покрытий с одной стороны самонесущие и ненесущие противопожарные стены превращаются в свободно стоящие; их опрокидывающей силой может явиться давление ветра. В зданиях с негорючими наружными стенами и чердачными перекрытиями, разрушение которых маловероятно при пожаре, но с горючими покрытием опрокидывание противопожарной стены от ветровой нагрузки возможно при пожаре только в пределах чердака или технического этажа.

Перегородки

В качестве противопожарных допускается применять перегородки из гипсокартонных листов с каркасом из негорючих материалов с пределом огнестойкости не менее 1,25 ч. Предел огнестойкости узлов сопряжения этих перегородок с другими конструкциями должен быть не менее
1,25 ч. В зданиях категорий А, Б и В коридоры разделяют через каждые
60 м противопожарными перегородками второго типа с дверями третьего типа. В зданиях всех степеней огнестойкости для выделения рабочих мест в пределах помещения допускается применять перегородки с ненормируемыми пределами огнестойкости и пределами распространения огня: остекленные или с сеткой при высоте глухой части не более 1,2 м, сборно-разборные и раздвижные. Противопожарные перегородки в производственных и любых других помещениях с подвесными потолками должны разделять пространства над ними.

Из коробчатого или расположенного в два слоя швеллерного профильного стекла перегородки проектируют: для всех помещений категорий В (при наличии автоматических средств пожаротушения), Г и Дкроме коридоров и вестибюлей; для всех помещений вспомогательных зданий промышленных предприятий и общественных зданий, кроме коридоров, фойе и вестибюлей. Не допускается устройство таких перегородок в помещениях категорий А и Б.

Колонны

В зданиях II степени огнестойкости производственного и складского назначения допускается применять колонны с пределом огнестойкости 0,75ч. Колонны этажерок и площадок, размещаемых в зданиях I–III степеней огнестойкости, следует проектировать негорючими, а в зданиях
IV степени огнестойкости – негорючими или трудногорючими. Перекрытия этажерок и площадок, размещаемых в зданиях I–II степени огнестойкости, необходимо проектировать негорючими, а в зданиях III–IV степени огнестойкости – негорючими или трудногорючими.

Для конструкций стальных этажерок, размещаемых в зданиях с помещениями категорий А, Б и В, следует предусматривать огнезащиту, обеспечивающую предел огнестойкости этих конструкций не менее
0,75 ч. При этом должны быть предусмотрены средства автоматического пожаротушения. В помещениях категорий А и Б предусматривают защиту отдельных стальных конструкций от искрообразования.