Несгораемые материалы и их поведение при пожаре

Ежегодно в
городах и районах области происходит более 2000 пожаров и практически по всем
из них сотрудниками государственного пожарного надзора проводятся проверки и
исследования причин возникновения возгораний. Сотрудниками испытательной
пожарной лаборатории МЧС России ежегодно
производится около 300 исследований, изъятых на пожарах, вещественных доказательств, cоставляется
более 100 технических заключений по материалам проверок.

В строительных
конструкциях зданий и сооружений используются различные по происхождению и
пожарной опасности материалы. Конструктивные элементы из железобетона, кирпича,
бетона способны в условиях пожара в течение десятков минут, а иногда даже
нескольких часов сопротивляться огневому воздействию и не разрушаться. Стальные
конструкции зданий при пожаре не горят, не распространяют огонь, но при
15–20-минутном огневом воздействии теряют несущую способность. Несколько дольше
при горении продолжают выполнять несущие функции массивные деревянные конструкции,
однако они способствуют распространению огня и развитию пожара.

Все
свойства конструкций и зданий, их
поведение при пожаре, приведенные выше изучает наука, которая называется
«сопротивление материалов»

Отсюда, цель работы такова: изучить несгораемые материалы, используемые при
строительстве зданий и сооружений и их
поведение при пожаре.

Сопротивление материала – это наука, дающая основы для расчётов на
прочность, жёсткость и устойчивость.

Прочность –
это способность выдерживать внешнюю нагрузку, не разрушаясь.

Жёсткость –
это способность сопротивляться изменению первоначальной формы и размера.

Устойчивость –
это способность сохранять первоначальную форму равновесия.

Основная задача сопромата – это создание работоспособной, прочной, долговечной и
в тоже время экономичной конструкции.

Методами
сопротивления материалов ведутся практические расчеты и определяются
необходимые, как говорят, надежные размеры деталей машин, различных конструкций
и сооружений.

Глава 2. Основные
свойства строительных материалов и процессы, происходящие в них в условиях
пожара.

2.1.
Внешние и внутренние факторы, определяющие поведение строительных материалов в
условиях пожара.

Номенклатура строительных материалов содержит
сотни названий. Каждый материал в определенной мере отличается от других
внешним видом, химическим составом, структурой, свойствами, областью применения
в строительстве и поведением в условиях пожара.

Вместе с тем между
материалами не только существуют различия, но и множество общих признаков. Под
поведением строительных материалов в условиях пожара понимается комплекс
физико-химических превращений, приводящих к изменению состояния и свойств
материалов под влиянием интенсивного высокотемпературного нагрева.

На рис. 1.1 показана
обобщенная схема, в которой перечислены основные факторы, процессы и
последствия, характеризующие поведение различных материалов в условиях пожара.

Для того чтобы это понять, необходимо знать
сам материал: его происхождение, сущность технологии изготовления, состав,
начальную структуру и свойства.

В процессе эксплуатации материала в обычных условиях на него
воздействуют внешние эксплуатационные факторы:

— область применения (для облицовки пола, потолка,
стен; внутри помещения с нормальной средой, с агрессивной средой, снаружи
помещения и т. п.);

— влажность воздуха (чем она выше, тем
выше влажность пористого материала);

— различные нагрузки (чем они выше,
тем тяжелее материалу сопротивляться их воздействию);

— природные воздействия (солнечная
радиация, температура воздуха, ветер, атмосферные осадки и т. п.).

Перечисленные внешние факторы влияют
на долговечность материала (ухудшение его свойств в течение времени нормальной
эксплуатации). Чем они агрессивнее (интенсивнее) воздействуют на материал, тем
быстрее изменяются его свойства, разрушается структура.

При пожаре, помимо выше
перечислены факторов, значительно воздействуют и другие, более агрессивные:

— высокая температура окружающей
среды;

— время
(продолжительность) нахождения материала под воздействием высокой температуры;

— воздействие огнетушащих веществ;

— воздействие агрессивной среды.

2.2. Основные свойства, характеризующие поведение строительных
материалов в условиях пожара

Свойствами называют способность
материалов реагировать на воздействие внешних и внутренних факторов: силовых,
влажностных, температурных. Для изучения и объяснения характера поведения
строительных материалов в условиях пожара предлагается в качестве основных
рассмотреть следующие свойства:

1. Физические свойства:
объемная масса, плотность, пористость, гигроскопичность, водопоглощение, водопроницаемость,
паро- и газопроницаемость.

2. Механические свойства:
прочность, деформативность.

3. Теплофизические
свойства: теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность, тепловое
расширение, теплостойкость.

4. Свойства,
характеризующие пожарную опасность материалов: горючесть, тепловыделение,
дымообразование, выделение токсичных продуктов горения.

Свойства материалов
обычно характеризуют соответствующими числовыми показателями, которые
определяют с помощью экспериментальных методов и средств.

Рисунок 1.1

Теоретические
основы и общие закономерности поведения строительных материалов в условиях
пожара

Определяющие факторы

Внешние факторы Внутренние факторы

Пожара: температура
пожара, время,

огнетушащие
вещества, агрессивность среды

Эксплуатационные:
область применения, нагрузки,

влажность
воздуха, природные воздействия

Технология изготовления, происхождение, химический
состав, строение,

свойства

Негативные процессы

Физические: теплоперенос,

тепловое деформирование, накопление дефектов, структурные
изменения, уменьшение объема массы,

размягчение и плавление

Химические: терморазложение дегидратация диссоциация

необратимые деформации, разрушение изделия,
выгорание

Физико-химические:
самовоспламенение, воспламенение, горение,
распространение пламени, дымовыделение, токсичность продуктов горения

Глава 3. Поведение строительных конструкций при пожаре и их
классификация

Ежедневно вследствие пожаров наносится
значительный ущерб народному хозяйству. Еще тяжелее потеря жизней и здоровья
людей. Забота о безопасности людей и сохранении материальных ценностей,
производств и рабочих мест привела к изданию большого числа законов,
предписаний и условий по пожарозащите.

Строительные материалы в зависимости от их
вида ведут себя по-разному при воздействии огня. Согласно DIN 4108 различают
строительные материалы класса А — несгораемые и класса В — сгораемые.

В DIN EN 1301-1, имеются главные классы от А до F и подклассы по дымообразованию s1 (малое), s2 (среднее) и s3
(высокое), а также по образованию горящих капель или сколов материала d0
(отсутствует), dl (малое), d2 (сильное) (табл. 1).

Пример: B-s2, dl: трудновозгораемый, дымообразование
среднее, образование горящих капель малое.

Таблица 1. Классы
строительных материалов по DIN 4108, евроклассы строительной продукции по DIN
EN 13501-1

Класс стройматериала	Наименование по терминологии стройнадзора	Примеры	Главные классы	Подклассы
А	Несгораемые стройматериалы	А1	А1
А1	Без горючих составляющих	Гипс, известь, цемент, камни, бетон, стекло, плиты, чугун, сталь
С горючими составляющими частями (	Определенные минераловолокнистые огнезащитные плиты,
А2	С горючими составляющими частями	Гипсокартонные плиты с закрытой поверхностью (GKF),	А2	A2-s1,d0 A2-s2,d0 A2-s3,d0
В	Горючие материалы
В1	Tрудновоспламеняемые материалы	Гипсокартонные плиты с перфорированной поверхностью, древесно-волокнистые легкие строительные плиты, трудновозгораемые стружечные плиты, , дубовый паркет, стяжки из литого асфальта	В	B-s1,d0 B-s2,d0 В-s3,d0
В2	Нормально воспламеняемые материалы	Дерево и деревосодержащие материалы р ? 400 кг/м3 и кровельный нормируемый рубероид толщиной свыше 2 мм, а также одежда пола из ПВХ	D	D-s1,d0 D-s2,d0 D-s3,d0
Е	E-d2
В3	Легко воспламеняемые строительные материалы	F

3.1.Поведение
конструкций при пожаре

Строительные конструкции по их поведению при пожаре подразделяются на
классы огнестойкости.

Различают классы огнестойкости F для стен, перекрытий, главных балок и
лестниц, W для ненесущих наружных стен, подоконных частей и парапетов, а также
Т для дверей, клапанов, рольставен и ворот.

Для каждой
конструкции получен предел огнестойкости в часах путем пожарных испытаний
(табл. 2). Класс огнестойкости F и W содержат также данные о классе
стройматериала.

Пример: класс огнестойкости F 120 В для стены означает, что она состоит из
горючих строительных материалов и до появления огня на противоположной пожару
стороне должно пройти 120 минут.

Таблица 2. Классы
огнестойкости пo DIN 4102

Классы огнестойкости для	Названия по терминологии стройнадзора согласно земельному строительному законодательству
Огнестойкость в минутах	Стен, перекрытий, колонн, прогонов, лестниц	Ненесущих наружных стен, подоконных частей, парапетов	Огнезащитные заграждения (двери, ворота, клапаны, рольставни)
? 30	F30	W30	Т30	Огнесдерживающие
? 60	F60	W60	Т60	—
? 90	F90	W90	Т90	Огнестойкие
? 120	F120	W120	Т120	—
? 180	F180	W180	Т180	—

Глава 4. Несгораемые
материалы

Несгораемые материалы — такие,
которые под воздействием высокой температуры или огня не воспламеняются, не
тлеют, не обугливаются. К несгораемым относятся естественные и искусственные
материалы ( кирпич глиняный, асбест, глина, бетон, железобетон, камни из горных
пород, песок, стекло) и металл. Строительные конструкции, изготовленные из
указанных материалов, считают несгораемыми.

Несгораемые
материалы не горят, не тлеют и не обугливаются.

4.1 Пожарозащитные мероприятия для конструкций из несгораемых
материалов.

Сталь, по своему
поведению во время пожара, относится к классу несгораемых материалов (класс
строительных материалов А1). В случае пожара сталь очень сильно расширяется и
теряет, вследствие своей высокой теплопроводности, при температурах около 500
°С в течение короткого времени свою статическую прочность.

Это может
привести без каких-либо предварительных сигналов к обрушению сооружения. Важные
конструкции из стали, как, например, колонны, балки перекрытий должны защищаться
от огня с помощью особых мероприятий:

Прямая пожарозащита достигается:

Покрытие
конструкции «одеждой», соответствующей профилю конструкции, зависит от вида
защитного материала и от требуемого класса огнестойкости конструкции.

Косвенная
пожарозащита, в основном перекрытий и покрытий, достигается с помощью:

Присоединения
подвесных потолков к граничащим с ними стенам должны быть плотными. Необходимые
теплозащитные слои в пространстве между перекрытием (покрытием) и подвесным
потолком должны быть выполнены из материалов класса А.

Также как и сталь, бетон относится к
несгораемым материалам. Поэтому сопротивляемость конструкций из железобетона
воздействию огня очень высока. Она тем выше, чем выше класс прочности бетона и
чем больше сечение конструкции.

Глава 5. Определение очага возгорания(пожара) с помощью негорючих
материалов

Для выявления причины пожара
первостепенной важностью является обнаружение места первичного очага загорания.
Этому могут способствовать ряд признаков, возникающих при развитии пожара и
помогающих визуально определить соответствующее место.

1) наличие следов обугливания
на уровне пола. Поскольку пожар развивается, стремясь подняться вверх, то
обнаружение горения системы на нижнем уровне облегчает определение места
возникновения источника загорания. Сквозные прогары пола (если в этом месте до
пожара горючих материалов не было) являются одним из характерных признаков
очага пожара;

2) cосредоточение наиболее
обгоревших и испепеленных предметов и глубоких разрушений конструктивных
элементов.

Признаки, четко выявляющие очаг горения, могут проявляться и
в случае возникновения горения в условиях, благоприятных для доступа воздуха,
но при действии маломощного источника зажигания (например, зажженная сигарета)
и наличия горючих элементов, не способствующих быстрому развитию огня. По мере
удаления от очага пожара наблюдаются последовательно затухающие поражения. Наибольшему повреждению, как правило,
подвергается оборудование, имущество и конструктивные элементы со стороны,
обращенной к месту (очагу) возникновения пожара;

3) наличие следов значительного
теплового воздействия над очагом пожара, что обуславливается активной передачей
теплоты поднимающимся вверх нагретым в очаге воздухом и продуктами горения.

На негорючих материалах
отражаются следы высокотемпературного воздействия в виде отслоений штукатурки,
защитного слоя бетона, деформации металлических ферм, участков трубопроводов,
систем вентиляции, обрушение конструкций.

4) наличие следов горения,
имеющих вид конуса

Вершина конуса (очагового
конуса) обращена в сторону очага. В невысоких помещениях (высота ниже
8-10м), где температура по высоте распределяется более равномерно, признаки
“конуса” могут быть мало заметны. Для железобетонных, бетонных, кирпичных
и оштукатуренных конструкций и частей зданий общими признаками, по
которым можно судить об “очаговом конусе”, являются: изменение цвета, характер
закопчения, отслаивание, образование трещин и местных разрушений. Деления
направления распостранения горения и его первоначального очага.

5) признаки очага пожара на
отдельных частях здания и конструкциях:

а) из-за воздействия высоких
температур пожара искусственные каменные материалы изменяют свою микроструктуру
с наличием трещинообразования, оплавления, полного разрушения. При нагреве до
600⁰С силикатный кирпич теряет прочность в 3 раза с образованием
большого количества трещин. Глиняный кирпич при нагреве до 800-900⁰С образует
сетку поверхностных трещин, отколы углов и шелушение раствора, при температуре
1000-1200⁰С наблюдается сильное повреждение кирпича и его
разрушение. Тяжелый бетон под действием температуры до 300⁰С
принимает розовый оттенок, от 400 до 600⁰С- красноватый, а от 900 до
1000⁰С-бледно-серый.

б) учет образовавшихся на
металлических поверхностях цветов побежалости, позволяет получить дополнительную
информацию о нагреве детали в пожаре и установить достоверные сведения об очаге
пожара:

— соломенно-желтый
220-240⁰С.

— оранжевый
240-260⁰С.

— красно-фиолетовый 260-280⁰С.

— синий

280-300⁰С.

— черный
3000C и более.

6) особенности источника
зажигания:

а) при пожарах, возникших от
керосиновых ламп, фонарей, электроплиток, их остатки могут свидетельствовать о
месте, где первоначально возникло горение;

б) загорание в самых высоких местах
объекта, оплавление металлических частей (металлической кровли, радио- или
телеантенны, переплета и др.) или образование на них пятен с цветами
побежалости указывает на возможность возникновения пожара в обнаруженном месте
от молнии. Удар молнии можно выявить также по расплавам с ограниченной
поверхностью на металлических проводниках. В каменной стене здания разряд
молнии оставляет канал в виде продольных трещин, проходящих не по швам, а через
середины кирпичей.

Заключение:

Таким образом,
изучив свойства и поведение не сгораемых материалов, можно сделать вывод о том,
что наука
сопротивление материалов, очень важна
для инженеров пожарной безопасности, ведь благодаря ей каждый инженер зная пожарные
свойства строительных материалов, может оценивать поведение конструкций при
пожаре, а также предлагать эффективные способы огнезащиты конструктивных
элементов. Все это нужно для того, чтобы предотвратить различные виды
чрезвычайных ситуаций связанные с обрушением конструкций и зданий, а так же их
горением.

Список использованной литературы:

Учебное пособие АГПС МЧС России «Свойства и поведение
строительных материалов в условиях пожара»
Б. Ж. Битуев, В. М. Ройтман, Б. Б. Серков, А. Б. Сивенков, С. В.
Стебунов

Учебник « Сопротивление материалов»
2003г. Александров А.В

Интернет
ресурсы:

https://www.ngpedia.ru/id138627p1.html#:~:text=Несгораемые%20материалы%20-%20такие%2C%20,пород%2C%20песок%2C%20стекло)%20и%20металл

https://studopedia.ru/5_88789_stroitelnie-materiali-i-ih-povedenie-v-usloviyah-pozhara.html

https://35.mchs.gov.ru/glavnoe-upravlenie/sily-i-sredstva/ispytatelnaya-pozharnaya-laboratoriya/metodicheskie-rekomendacii/metodicheskie-rekomendacii-po-opredeleniyu-ochaga-pozhara-i-izyatiyu-veshchestvennyh-dokazatelstv-s-mesta-pozhara

https://ru.wikipedia.org/wiki/Сопротивление_материалов

https://storeint.ru/povedenie-stroitelnyh-konstruktsiy-pri-pozhare/

Referat
Несгораемые материалы и их поведение при пожаре