Вопросы огнезащиты деревянных строительных конструкций, а также повышения огнестойкости металлических конструкций являются основополагающими в вопросе повышения огнестойкости зданий и сооружений.
Москва бревенчатая выгорала не раз дотла.
29 мая 1737 года, в Троицын день, в одиннадцатом часу утра загорелось недалеко от Каменного моста, в доме Милославского. Жена повара зажгла в своем чулане восковую свечу перед образом, а сама пошла в кухню готовить; свеча отпала от образа и зажгла чулан. При страшном вихре пламя начало разбрасывать во все стороны, выгорел Кремль, Китай и Белый город, в Земляном выгорели Басманные улицы, старая и новая, Немецкая слобода, Слободской дворец, Лефортовская слобода. Пожар длился до четвертого часа утра 30 числа. Сгорело внутри 39 церквей, обгорели снаружи 63, монастырей — 11, дворцов — 4, богаделен — 17, частных домов — 2527, людей погибло 94 человека. Из коллегий, канцелярий, контор и приказов поступили сведения об убытках на 414825 рублей; по заявлениям частных лиц, им нанесен ущерб на 1267384 рубля.
В январе 1704 года Петр I издал указ о строении в Москве, в Кремле и Китае-городе каменных домов, о расположении их вдоль улиц и переулков, а не внутри дворов, и о продаже дворовых мест, владельцы которых были не в состоянии строить каменные дома.
В царствование Екатерины II Алексеевны Сенат распорядился в городе строить дома каменные только по плану, а в предместий и деревянные, «только чтоб между домами были сады, огороды или переулки; как в городе, так и в предместий оставить пустые места для площадей».
После пожара 1812 года также на государственном уровне стали запрещать строить дома из древесины, особенно в центре Москвы. А те дома, которые имели бревенчатые стены, должны были оштукатуриваться глиной. Городская усадьба Хрущевых на Пречистенке, Шереметевский дворец в Останкино являются примерами бревенчатого строительства с использованием оштукатуривания деревянных строительных конструкций по деревянной обрешетке.
Другим способом снижения пожарной опасности деревянных конструкций явилось нанесение на поверхность древесины известкового раствора.
Однако на научную основу дело огнезащиты строительных материалов и конструкций было поставлено только в послереволюционное время. Научными изысканиями в области огнезащиты строительных материалов и конструкций стал заниматься химический отдел Центральной научно-исследовательской лаборатории (1929 г), а затем Центрального научно-исследовательского института противопожарной обороны (ЦНИИПО, 1937 г.).
Ныне — Федеральное государственное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны МЧС России» (ФГУ ВНИИПО).
Исследования в этой области проводились с целью разработки широкодоступных огнезащитных средств, предотвращающих возможность возникновения и развития пожара.
Исследования позволили разработать ряд огнезащитных составов на основе простейших связующих, таких, как суперфосфат, глина, известь, сульфино-спиртовая барда и отходы производства по выпуску хлорированных продуктов. Эти составы широко использовались в Ленинграде и Москве для защиты чердачных помещений в жилых и общественных зданиях. В предвоенные годы в Москве было обработано 30 млн. м2, а в Ленинграде более 20 млн. м2 деревянных конструкций.
Эффективность огнезащитной обработки сгораемых материалов была проверена военным временем. В одном из зданий Ленинграда во время войны возник пожар на участке кровли от зажигательной авиабомбы. Несмотря на весьма сухую древесину и интенсивный источник зажигания, пожар не получил распространения в связи с тем, что деревянные элементы конструкций были обработаны суперфосфатной обмазкой. Хотя прошло более 10 лет с момента ее нанесения покрытие не потеряло огнезащитной эффективности.
Исследования в области огнезащиты получили наиболее широкое развитие в послевоенные годы. Было положено начало научному обоснованию огнезащитного действия различных антипиренов.
7 февраля 1949 года Комитетом по делам архитектуры при Совете Министров ССР и Министерством строительства предприятий тяжелой индустрии СССР была утверждена «Инструкция по борьбе с гниением и повышению огнестойкости деревянных элементов зданий и сооружений». Инструкцией предусматривались конструктивные мероприятия по борьбе с гниением и повышению огнестойкости деревянных конструкций, и мероприятия по антисептированию и огнезащитной обработке древесины. При этом, мероприятия по огнезащитной обработке древесины применялись только в зданиях и сооружениях со сроком службы более трех лет.
Огнезащитную обработку в это время проводили методом глубокой пропитки древесины огнезащитными составами под давлением (в автоклавах) или поверхностными средствами огнезащиты.
Состав для глубокой пропитки под давлением состоял из 77,5% фтористого натрия, 14% сернокислого аммония, 6% фосфорнокислого аммония и 2,5% фтористого натрия. В условиях, исключающих вымывание, огнезащитный состав обеспечивал огнезащиту древесины до 30 и более лет при введении на 1 м3 80-100 кг солей.
В качестве поверхностных средств огнезащиты (по убывающей степени эффективности) рекомендовались к применению:
- штукатурки слоем 20 мм или облицовки несгораемыми или трудносгораемыми материалами, равноценными по огнезащитным свойствам штукатурке;
- облицовки несгораемыми или трудносгораемыми материалами с пониженной по сравнению со штукатуркой огнезащитной эффективностью (например, сухая гипсовая штукатурка толщиной 8-10 мм);
- поверхностная пропитка и огнезащитные малярные покрытия.
Для защиты незащищенных конструкций зданий и сооружений в это время применялась краска ПХВО, а кровель — огнезащитное покрытие ХЛ. Для огнезащиты конструкций внутри зданий и сооружений рекомендовалась силикатная краска СК-ХЭМ, а для огнезащиты древесно-волокнистых пористых плит огнезащитное покрытие БХЛ. Расход красок и покрытий составлял 0,60-0,75 кг/м2.
На их основе в 50-60-х годах были разработаны огнезащитный состав ДСК-П; отделочный огнезащитный пропиточный состав ППЛ; краска ФАМ на основе мономера ФА, смолы МФК и бензосульфокислоты; краска СК-Л. Расход красок составлял от 0,3 до 0,5 кг/м2.
Для огнезащиты древесностружечных плит применялись фенолформаль-дегидные смолы (С-1, С-35), мочевиноформальдегидные смолы (М-60, М-48); отвердители смол: хлористыйаммоний, уротропин; антипирен: диаммонийфосфат технический, сульфат аммония технический; смачиватель: керосиновый контакт (контакт Петрова).
На этот период времени приходится и метод пропитки древесины в горяче-холодных ваннах. Пропитка производилась в двух ваннах. При нахождении древесины в горячем растворе антипирена из ее пор удалялся воздух и водяные пары. При охлаждении в порах древесины образовывалось разрежение, что позволяло ввести в нее большее количество раствора. В состав раствора антипирена входили: 6% диаммонийфосфата, 14% сульфата аммония, 1% фтористого натрия. Недостаток этого метода заключался в необходимости дополнительной обработки огнезащитной краской (ПХВО), так как он не позволял ввести в древесину необходимое количество антипиренов.
В конце 60-начале 70-х годов стали применять огнезащитные вспучи-вающиеся краски Пиролан-64, Альберт ДС, ДС-463, ВПД для защиты как древесины, так и металлических конструкций. В состав вспучивающихся красок входили мочевиноформальдегидная смола, фосфорнокислый аммоний, дициан-диамид, а также вещества, содержащие элементы кремния, титана с примесями железа и алюминия. Основной для их приготовления являлись карбамидные смолы.
Основные способы огнезащитной обработки древесины, рецепты защиты и правила производства работ излагались в СНиП Ш-В.7-69.
В этот период проводились также исследования по созданию лабораторных и полигонных методов оценки огнезащитной эффективности покрытий и пропиточных составов. Эти методы огневой трубы, фанерных образцов, штабелька, клети и метод испытания конструкционных элементов, с помощью которых оценивалась эффективность огнезащитных красок на основе жидкого стекла, карбамидной, фенолформальдегидной и полихлорвиниловой смол, обладающих в отличие от простейших обмазок лучшими эксплуатационными и декоративными свойствами за счет меньшей толщины и высокой адгезии к древесине. Для сравнительной оценки огнезащитной эффективности различных покрытий и пропиток был разработан и стандартизован метод испытания в керамической трубе ГОСТ 16363-76.
Как показали исследования, применение многих из разработанных ранее огнезащитных пропиток и красок не обеспечивали перевод древесины из группы сгораемых в группу трудносгораемых материалов. В то же время, группе трудносгораемых отвечали материалы и конструкции, подвергнутые глубокой пропитке автоклавным способом, а также защищенные огнезащитными красками и лаками вспучивающегося типа.
За последние три десятилетия вспучивающиеся огнезащитные покрытия получили широкое применение во многих странах. Это объясняется их низкой теплопроводностью в условиях пожара вследствие образования мелкоячеистого угольного слоя покрытия, который затрудняет прогрев древесины, удлиняя фазу ее подготовки к активному участию в процессе горения. При вспучивании происходит размягчение связующего с одновременным эндотермическим разложением антипиренов и газообразователей, что обуславливает огнезащитные свойства вспучивающегося покрытия.
Разработанная вспучивающаяся огнезащитная краска ВПД (ГОСТ 25130-82) позволила перевести древесину в группу трудносгораемых материалов. При обычных условиях эксплуатации она имела вид отделочной водоэмульсионной краски. Однако по требованиям отделки интерьеров огнезащитные покрытия должны сохранять текстуру древесины, т.е. иметь консистенцию прозрачных лаковых покрытий, вспучивающихся и обугливающихся при нагреве. Эта проблема определила перспективные направления исследований, которые включали также задачи огнезащиты металлических конструкций в соответствии с требованиями современного строительства, поставленного на индустриальную основу.
Разработанный состав огнезащитный для металла ВПМ-2 (ГОСТ 25131 −82) имел ту же основу, что и ВПД, но содержало волокнистые наполнители, что придавало ему консистенцию шпатлевки, наносимой с помощью специального распылителя на металлоконструкции толщиной до 6 мм (сырого слоя). Вспучивание и защита металла от прогрева до критической температуры, характеризующие наступление предела огнестойкости, происходят также по уже описанному механизму. Однако процесс вспенивания — это начало огнезащитного действия покрытия. Предотвратить стекание вспененного слоя, повысить время до его озоления и усадки удалось при введении в состав композиции жаростойких наполнителей и волокнистых стабилизаторов.
Исследования 80-х годов по созданию огнезащитных вспучивающихся покрытий продолжались в направлении расширения ассортимента с использованием нового, более эффективного сырья и совершенствования их свойств. Так, было разработано огнезащитное покрытие ВПМ-3, в состав которого входил новый антипирен факкор.
Антипирен факкор отличался от используемых ранее ортофосфатов пониженной растворимостью и полимерным строением, обуславливающим более высокое содержание в его составе фосфора и азота. Термические превращения факкора, характеризующиеся поглощением тепла в интервале 199-412°С, позволили использовать этот антипирен не только в покрытиях, но и для снижения горючести материалов, требующих технологической переработки при повышенных температурах.
Как показали исследования, при воздействии пламени вспучивание покрытия ВПМ-3 происходило более интенсивно, поэтому для достижения одинаковой огнестойкости металлических конструкций (0,75 ч) расход покрытия ВПМ-3 был в 1,5 раза меньше, чем покрытия ВПМ-2. Толщина сухого покрытия ВПМ-3 составляла 2-2,5 мм. Опыт его эксплуатации в течение четырех лет на металлоконструкциях чердачных помещений в условиях попеременного воздействия отрицательных и положительных температур, а также высокой влажности в отдельные сезонные периоды показал отсутствие изменений в состоянии покрытия, что позволило рекомендовать его для применения в неотапливаемых помещениях с перепадом температур и повышенной влажностью.
Однако промышленное производство ВГТМ-3 сдерживалось недостаточным объемом производства антипирена факкор.
Одним из дефицитных видов сырья во вспучивающихся покрытиях явился мелем (триаминогептазин). Его производство также ограничило выпуск ВПМ-2, ВПМ-3, ВПД. В связи с этим в 80-х годах были проведены исследования по его замене с сохранением огнезащитной эффективности покрытий.
Мелем выполнял функции термостойкого наполнителя, так как его термические превращения сопровождались образованием более конденсированной структуры, устойчивой к разложению до температуры более 700°С. Это свойство очень важно для устойчивости вспененного угольного слоя к длительному воздействию высоких температур.
Вместе с тем мелем не инертная термостойкая добавка; изменение его химической структуры сопровождается газовыделением, способствующим вспучиванию покрытия. Исходя из указанных свойств возникли предположения о возможности замены мелема на вспучивающийся графит, образующийся при обработке природного графита сильными кислотами. После отмывки и просушки он представляет собой по внешнему виду продукт, мало отличающийся от фафита. Однако в процессе нагрева происходит его бурное увеличение в объеме, сопровождающееся отщеплением присоединившихся кислотных групп, раскрывающих слоистую структуру кристаллов. Свойство вспучивания графита с образованием устойчивого к воздействию высокой температуры остатка обусловило возможность замены им мелема при одновременной корректировке рецептуры по содержанию остальных компонентов.
Данная работа послужила основанием для организации производства вспучивающегося графита начиная с 1986 г. Использование вспучивающегося графита позволило перейти к исследованиям по созданию вспучивающихся покрытий, обеспечивающих более высокий предел огнестойкости металлических конструкций, а также обладающих атмосфероустойчивостью, что необходимо для огнезащиты открытых сооружений.
В период 1983-1987 г.г. в НИИЖБе были проведены работы по подбору вспучивающихся огнезащитных составов на основе жидкого натриевого стекла и изучению их свойств. Проведенные исследования позволили разработать не содержащие органических веществ составы для защиты металлических поверхностей от быстрого прогрева при пожаре за счет эффекта вспучивания покрытия. Так, предел огнестойкости железобетонных плит перекрытий с внешним армированием при нанесении огнезащитных покрытий толщиной 3,5-4 мм был повышен до 0,75 ч, что позволило данный тип конструкций использовать во всех зданиях и сооружениях, кроме 1 степени огнестойкости.
В 80-х годах огнезащитные покрытия стали использовать для снижения пожарной опасности и кабельных коммуникаций. Было создано огнезащитное покрытие ОПК для нанесения на оболочку элеетрических кабелей (Рекомендации по применению огнезащитного покрытия ОПК или снижения пожарной опасности электрических кабелей. — М., ВНИИПО, 1983). Оно повышало их огнестойкость, т.е. время до пробоя в случае короткого замыкания, препятствовало распространению пламени вдоль кабельных потоков, способствовало локализации пожара и снижению выделения дыма, обладающего корродирующим действием на приборы, оборудование, строительные конструкции.
Проблемами получения текстильных материалов пониженной горючести в нашей Стране занимается целый ряд научно-исследовательских институтов, в т.ч. ЦНИИХБИ, ЦНИИШерсти, МГТА им. А. Н. Косыгина, ВИАМ, МГУ, ВНИИПО, ВНИИСВ (г. Тверь).
Для пропитки тканей и декораций в конце 60-х начале 70-х годов применялись состав МС, состоящий из смеси солей диаммонийфосфата и сульфата аммония, а также составы ФД и ОП, состоящие из дициандиамида и фосфорной кислоты. Составы МС и ФД, в отличие от ОП, были малоустойчивы к воздействию атмосферных осадков. Гигроскопичность состава МС резко повышалась в условиях влажности воздуха свыше 80%. Составы МС и ФД во влажной атмосфере корродировали цветные металлы. После обработки ткани составами МС и ФД ткань теряла свою прочность до 10%, а после пропитки составом ОП — до 20%. Применение этих солей требовало строгого соблюдения установленного режима пропитки: даже при незначительном отклонении от технологического режима результаты огнезащитной пропитки могли быть резко снижены. Используемые для пропитки технические соли оставляли на тканях потеки и пятна, ткань делалась ломкой.
В настоящее время известно несколько способов снижения горючести волокон, тканей и текстильных материалов:
- использование высокотермостойких волокнообразующих органических полимеров;
- использование неорганических волокон;
- модификация волокнообразующего полимера на стадии его синтеза;
- модификация волокна на стадии его формования путем использования стабилизаторов и замедлителей горения реакционного и аддитивного типа (однако ЗГ или ОЗГС аддитивного типа склонны к экстрагированию водой или моющими средствами, к миграции, выпотеванию из материала в процессе эксплуатации);
- поверхностная или объемная огнезащитная обработка готового волокна или ткани;
- огнезащитная обработка готовых изделий.
Для производства ковровых синтетических изделий наибольшее применение нашли полипропиленовые (ПП), полиамидные (ПА) и полиэфирные (полиэтилен-терефталатные — ПЭТФ) волокна. А для целей огнезащиты—использование замедлителей горения (ЗГ) и их систем (ОГЗС).
В результате проведения исследований разработчиками текстильных материалов во всем мире определены наиболее эффективные типы ЗГ и сочетания элементов-антипиренов ОГЗС (а также их синергические системы) для снижения горючести вышеперечисленных волокнообразующих полимеров:
- для ПЭТФ — органические и неорганические фосфаты и амидофосфаты, галогенсодержащие ароматические и алифатические соединения, а также соединения некоторых металлов в качестве синергистов;
- для ПА — фосфоразотсодержащие ЗГ и ОГЗС, фосфоргалогенсодержащие соединения, олигомеры, содержащие фосфор с фенильными кольцами в цепи или с функциональными группами, способными к сшивке;
- для ПП — фосфаты, галогенсодержащие ароматические и алифатические соединения, особенно эффективные в сочетании с оксидом сурьмы и др.
В результате такой отделки получается достаточно высокая и долговечная адгезия ОГЗС с полимером коврового изделия. В этом случае отмечается наибольшая устойчивость огнезащитной обработки к внешним воздействиям (механические воздействия, чистка, мойка).
Вместе с тем существует необходимость снижения пожароопасности готовых напольных ковровых покрытий. Для этих целей используют огнезащитные пропиточные составы, наносимые путем поверхностной обработки, обработки окунанием в раствор состава, одностороннего, двухстороннего напыления одного и (или) нескольких составов, механизированного втирания в основу или в ворсовую часть ковра и другими возможными комбинированными методами нанесения огнезащитного состава.
Широкое применение подобных ОЗГС, причем зачастую путем осуществления поверхностной обработки непосредственно на месте, вызывает настоятельную необходимость в разработке нормативных документов на средства огнезащиты ковровых изделий.
ОГЗС для готовых ковровых покрытий, применение которых осуществляется на месте укладки изделия, как правило, состоят из водных растворов или дисперсий ОГЗС и добавок, обеспечивающих его «приклеивание» к полимеру при высыхании. Такие ОГЗС могут полимеризоваться или просто высыхать. В последнем случае, как указывалось выше, получаются покрытия, неустойчивые к влажной, а иногда и к сухой чистке.
По предварительной оценке, при эксплуатации в зданиях и сооружениях напольных покрытий, обработанных огнезащитными пропиточными составами по прошествии 1,5…2 лет происходит заметное снижение эффективности огнезащиты и увеличение пожароопасности напольных ковровых покрытий. Отсюда следует необходимость периодической повторной обработки огнезащитными составами напольных ковровых покрытий, находящихся в эксплуатации с целью сохранения класса пожарной опасности первично обработанного напольного покрытия, а также контроль качества повторной обработки.
Огнезащитные средства разрабатываются для конкретного типа ковровых покрытий в зависимости от структуры и химического состава основы и волокон ворса. Огнезащитные составы поверхностной обработки, эффективные для одного типа ковровых покрытий, могут не оказывать влияния на другие типы ковров.
Эффективность действия огнезащитного средства должна заключаться в том, что применение его приводит к переводу напольного коврового покрытия в менее пожароопасный класс.
