Delist.ru

Исследования эффективности огнезащиты деревоклееных конструкций (29.05.2007)

Автор: Гаращенко  Никита Анатольевич

1. Внесены изменения в конструкции крупномасштабной установки для испытаний строительных конструкций и методику испытаний, предусмотренную ГОСТ 30403-96 «Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности», позволяющие определять класс пожарной опасности ДКК со вспучивающейся огнезащитой.

2. Показана возможность снижения класса пожарной опасности и повышения пределов огнестойкости ДКК путем их обработки вспучивающимися огнезащитными составами.

3. Получен комплекс характеристик материалов, необходимых для проведения теплотехнических расчетов ДКК, защищенных вспучивающимися покрытиями.

4. Получены данные математического моделирования температурных полей и глубин обугливания деревоклееных конструкций с различными средствами огнезащиты, которые могут использоваться при определении класса пожарной опасности и пределов огнестойкости ДКК.

5. Разработаны «Рекомендации по огнезащите деревоклееных конструкций», в которых приведены способы и средства достижения необходимого уровня пожарной безопасности ДКК при их использовании на строительных объектах.

Достоверность результатов работы подтверждена использованием надежных методик экспериментальных исследований и методик расчетов. Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждена также взаимным соответствием результатов расчетов прогрева конструкций данным крупномасштабных испытаний ДКК в огневых печах.

На защиту выносятся следующие положения диссертации:

1. Результаты экспериментальных исследований особенностей прогрева и вспучивания огнезащитных лаков при высокотемпературном воздействии в огневой печи и на установке лучистого нагрева.

2. Результаты определения класса пожарной опасности ДКК со вспучивающимися покрытиями и рекомендации по уточнению методики и конструкции установки для испытаний по ГОСТ 30403.

3. Комплекс характеристик материалов, необходимых для проведения расчетов, полученных с использованием результатов испытаний образцов на установке лучистого нагрева и испытаний ДКК в огневой печи.

4. Результаты математического моделирования и параметрических исследований влияния различных характеристик материалов и режимов нагрева на прогрев и обугливание конструкций из древесины и на прогрев стальных элементов при использовании различных вариантов и толщин современных средств огнезащиты.

5. Рекомендации по рациональным средствам и толщинам огнезащиты ДКК и стальных элементов узлов.

Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах: на III Российской национальной конференции по теплообмену, Москва, 2002; международной научной конференции «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии», Томск, 2002; научно-практических конференциях «Пожарная безопасность зданий и сооружений-2004», Москва, 2004; IV Всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики», Томск, 2004; научно-практической конференции «Пожарная безопасность зданий и сооружений-2005», Москва, 2005; научно-практической конференции «Городской строительный комплекс и безопасность жизнеобеспечения граждан», Москва, 2005; научно-практической конференции «Пожарная безопасность зданий и сооружений-2006», Москва, 2006.

Внедрение результатов работы. Основные результаты научных исследований внедрены при подготовке и проведении крупномасштабных огневых испытаний ДКК, при подготовке «Рекомендаций по огнезащите деревоклееных конструкций» и выборе средств огнезащиты на ряде объектов.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, сделано 10 докладов на научно-технических конференциях.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка используемой литературы, включающего 92 наименования. Общий объем диссертации 136 страниц в том числе 42 рисунка и 9 таблиц (с приложением 157 страниц).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, научная и практическая значимость полученных в диссертации результатов. Указаны объекты исследований и основные положения диссертации, которые выносятся на защиту.

В первой главе проведен анализ литературных источников по методам и результатам исследований огнезащиты и определения показателей пожарной опасности деревоклееных конструкций.

Рассмотрены основные преимущества и недостатки способов и средств огнезащиты ДКК. Указаны типичные представители всех видов огнезащиты, которые способны снизить класс пожарной опасности конструкций и повысить их предел огнестойкости. Это различные покрытия, плиты, обмазки. Отмечено, что эффективными для ДКК могут быть вспучивающиеся лаки.

Анализ методов и результатов исследований показателей пожарной опасности огнезащищенной древесины показал, что материалами, для которых получен достаточный объем и хороший уровень этих показателей, являются вспучивающиеся лаки ПРОТЕРМ ВУД и Феникс ДП. При расходе покрытия ПРОТЕРМ ВУД 390 г/м2 получена 1-я группа огнезащитной эффективности и показатели для древесины Г1, В1, Д1, а при расходе покрытия Феникс ДП 320 г/м2 - 1-я группа и показатели Г1, В1, Д2. Сделано предположение, что их применение позволяет снизить класс пожарной опасности ДКК.

Рис. 1. Зависимости температуры от времени по толщине балок с сечением 140(150 мм при огневых испытаниях, полученные с помощью термопар, установленных на обогреваемой поверхности (1); на расстоянии от поверхности: 2-10м, 3-20,4-30,5-40,6-50,7-60 мм;

((((( - эксперимент; ((( - расчет.

Рассмотрены результаты экспериментального определения пределов огнестойкости ДКК при наличии и отсутствии огнезащиты по ГОСТ 30247.0-94 и ГОСТ 30247.1-94. Установлено, что в литературных источниках содержится ограниченная информация по результатам таких исследований. Наиболее представительными являются данные огневых испытаний по оценке огнестойкости деревоклееных балок, приведенные в кандидатской диссертации В.С. Харитонова. Заслуживают внимания результаты термопарных измерений, проведенных при этих испытаниях (рис. 1).

Проведен анализ методик расчетов пределов огнестойкости дерево-клееных конструкций, состоящих из решения двух задач: теплотехнической и статической. Он показал, что в большинстве случаев температурное поле в ДКК не рассчитывается, а решение теплотехнической задачи учитывается при определении фактического предела огнестойкости ДКК по зависимости:

ПФ = (0 + (КР ; (КР = ((КР - ()/V, (1)

где (0 - время от начала теплового воздействия на древесину до начала обугливания, а (КР - время от начала обугливания древесины до наступления предельного состояния при пожаре; V=0,6-0,7 мм/мин - скорость обугливания клееной древесины; (=5 мм - толщины слоя древесины, который практически не сопротивляется действующим на элемент нагрузкам.

В тех случаях, когда проводились численные расчеты температурных полей в ДКК (работы В.С. Харитонова, Г.В. Гераськова), использовались методики, не позволяющие проводить расчеты конструкций, защищенных современными средствами огнезащиты, в частности, вспучивающимися покрытиями. Анализ показал, что требуется применение более совершенных методик теплотехнических расчетов ДКК, в то время как методики статических расчетов приемлемы для практического использования.

На основании анализа и обобщения литературных источников сформулированы цель и задачи диссертационных исследований. В работе рассматривается эффективность для ДКК типичных представителей всех современных видов огнезащиты. Основной объект исследований - вспучивающиеся лаки ПРОТЕРМ ВУД и Феникс ДП.

Во второй главе представлены методы, оборудование и результаты экспериментальных исследований ДКК со вспучивающейся огнезащитой при высокотемпературном воздействии.

Рис. 2. Схема установки лучистого нагрева: 1 - лампы с отражателем; 2 - источник питания; 3 - термопары; 4 – регистрирующие приборы; 5 - держатель образца с перемещаемым основаним (6); 7 - образец.

Проведены экспериментальные исследования образцов из древесины с нанесенной на них вспучивающейся огнезащитой на установке лучистого нагрева, которой представлена на рис. 2. Испытания проводили по методике, разработанной Страховым В.Л. и Гаращенко А.Н. и используемой для исследований различных средств огнезащиты металлоконструкций. В процессе испытаний фиксировалась динамика изменения толщины вспученного слоя. Для фиксации температуры на поверхности образцов и по их толщине устанавливались термопары.

Проведено 5 испытаний образцов клееной древесины толщиной 50 мм с покрытием ПРОТЕРМ ВУД, 3 - с покрытием Феникс ДП и 4 испытания - без огнезащиты. Проведено также по 3 испытания этих неисследованные ранее покрытий, нанесенных на стальные пластины, поскольку, рассматривалась возможность их использования для огнезащиты узлов ДКК. Типичные результаты термопарных измерений представлены на рис. 3. Они, в частности, свидетельствует о том, что вспучивание исследуемых покрытий начинается при уровне температур 120-140(С (приблизительно на 100 градусов меньше, чем для большинства известных вспучивающихся материалов). В ходе визуальных наблюдений установлено, что толщина вспученного слоя уменьшается после достижения максимального значения, превышающего в 100-120 раз, начальную толщину покрытия. Результаты испытаний показали, что использование вспучивающихся покрытий значительно снижает уровень прогрева и глубину обугливания образцов древесины, а также значительно увеличивает время до начала ее обугливания. Это свидетельствуют о перспективности проведения испытаний ДКК с такой огнезащитой в огневых печах по стандартизованным методикам.

Огневые испытания в соответствии с ГОСТ 30403 по определению класса пожарной опасности ДКК со вспучивающимися покрытиями были подготовле- ны по инициативе и при непосредственном участии автора и проводились для

Рис. 3. Зависимости температуры от времени в образце древесины толщиной 50 мм с покрытием Протерм ВУД толщиной

0,5 мм при величине теплового потока 55 кВт/м2, полученные с помощью термопар,

установленных на поверхности (1) и на

расстоянии от нее: 2,4 мм (2); 5,2 (3);

7,1 (4); 10,1 (5); 14,6 (6); 30,2 мм (7).

конструкций из древесины впервые. Их целью было доказательство возможности обеспечения для ДКК класса пожарной опасности К0(15) или К0(30). Они проводились в испытательной лаборатории пожарной безопасности «Пожполитест–М». Исследуемые образцы представляли собой деревоклееные панели стандартного размера. Схема установки для проведения испытаний представлена на рис. 4.

загрузка...