3.2 Пожарная опасность строительных материалов из древесины

Пожарная опасность древесины определяется закономерностями ее термического разложения под действием внешних тепловых потоков, которое начинается при температуре 110˚С. Дальнейший нагрев сопровождается удалением из древесины свободной и связанной влаги. Этот процесс завершается при температуре 180˚С, после чего начинается разложение наименее термостойких компонентов с выделением СО₂ и Н₂О. При температуре ~250˚С происходит пиролиз древесины с выделением газообразных продуктов: СО, СН₂, Н_2, СО_2, Н₂О. Выделяющаяся газовая смесь является горючей и способна воспламеняться от источника зажигания. При более высоких температурах процесс термического разложения древесины ускоряется. Основная масса горючих газов, содержащая до 25% водорода и до 40% горючих углеводородов, выделяется в температурном интервале от 350 до 450˚С.

Одним из важных факторов, определяющих пожарную опасность древесины, является ее способность к воспламенению и распространению горения при нагревании на воздухе.

Горения древесина происходит в виде пламенного горения и тления. В условиях пожара основное количество тепла выделяется в период пламенного горения (до 60%) и ~40% - в период тления.

Показатели пожарной опасности некоторых видов древесины приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Показатели пожарной опасности различных видов древесины

Температурные показатели пожарной опасности древесины – температуры воспламенения и самовоспламенения – определяются закономерностями ее термического разложения. Значения этих показателей для разных пород древесины, как видно из таблицы 2, находятся в достаточно узком температурном интервале.

Сухая древесина всех пород является легковоспламеняемым (В3) сильногорючим (Г4) материалом с высокой дымообразующей способностью (Д3). По токсичности продуктов горения древесина относятся к группе высокоопасных материалов (Т3). Линейная скорость распространения пламени по поверхности составляет 1-10 мм/с. Эта скорость существенно зависит от ряда факторов: породы древесины, ее влажности, величины падающего теплового потока, ориентации горящей поверхности. Скорость тления также не является постоянной величиной – для различных пород древесины она колеблется в пределах 0,6 – 1,0 мм/мин.

В строительстве широко используется отделочные материалы на основе древесины: древесно-стружечные плиты, древесно-волокнистые плиты, деревянные панели, рейки, фанера. Все эти материалы являются горючими. Модифицированные панели, рейки, фанера. Все эти материалы являются горючими. Модификация древесины полимерами, как правило, повышает ее пожарную опасность.

В таблице 5 приведены характеристики горючести некоторых строительных материалов на основе древесины.

Таблица 5 - Горючесть древесных материалов

Распространения пламени по поверхности древесины

Экспериментальные исследования распространения пламени по поверхности древесных материалов с применением разных методов испытания показали, что не только условия внешнего теплового воздействия, но и разновидность древесины сказывается на характеристиках распространения пламени.

Влияние разновидности древесины в некоторой степени прослеживается при рассмотрении значений так называемого индекса распространения пламени (ИРП).

ИРП согласно ГОСТ 12.1.044-89 является комплексным показателем, поскольку при его расчете, помимо скорости распространения пламени на отдельных участках поверхности образца и предельного расстояния распространения, использует также данные о максимальной температуре отходящих дымовых газов и времени ее достижения. Материалы с ИРП≤20 относят к медленно распространяющим пламя, с ИРП˃20 – к быстро распространяющим пламя. Все разновидности древесины относятся к последней группе материалов. Их индекс превышает 55.

В таблице 4 представлены значения ИРП необработанных образцов древесины толщиной 19-25 мм.

Хотя большинство видов древесины относится к 3, наиболее опасному, классу по способности распространять пламя по поверхности потолочных конструкций при пожаре, некоторые образцы хвойных пород, как следует из таблицы 6, имеют более низкие значения ИРП и относятся ко 2 классу.

Таблица 6 - Значение ИРП и класс по способности распространять пламя

Вид древесины	ИРП	Класс по способности распространять пламя
Красный кедр	69	2
Желтый кедр	78	3
Ель белая	65	2
Ель серебристая	69	2
Сосна белая	75-82	3
Сосна Lodgepole	98	3
Лиственница	55-74	2
Береза	80-110	3
Клен	104	3
Липа	130-140	3
Дуб	100	3
тополь	170-185	3

Увеличение теплового потока к поверхности древесины вызывает существенное повышение скорости распространения пламени. Прекращения процесс возможно, если тепловой поток от собственного пламени станет меньше критического для данного материала.

Испытания отделочных строительных материалов на основе древесины в условиях, моделирующих развитие реального пожара, показали достаточно высокие скорости распространения пламени по ним (таблица 7).

Таблица 7 - Скорость распространения пламени по облицовкам из древесных материалов

Дымообразующая способность и токсичность продуктов горения древесины

Выделение дыма токсичных газов представляет доминирующую опасность при пожаре. Она проявляется в токсическом и раздражающем действии продуктов сгорания, а также в ухудшении видимости в задымленной среде. Ухудшение видимости затрудняет эвакуацию людей из опасной зоны, что, в свою очередь, повышает риск их отравления продуктами сгорания. Ситуация при пожаре осложняется еще и тем, что дымовые газы быстро распространяются в пространстве и проникает в помещения, удаленные от очага пожара. Концентрация выделяющегося дыма и его природа зависят от структурных особенностей и химического состава горючего материла, условий горения.

В дымовых газах, образующихся при сгорании древесины, обнаружено более 200 соединений – продуктов неполного сгорания. Максимальное значение оптической плотности при горении каждой из разновидностей древесины сложным образом зависит от плотности внешнего теплового потока. Коэффициент дымообразования при разложении и тлеющем горении древесины разных видов зависит от плотности внешнего теплового потока (рисунок 14).

1 – ель; 2 – сосна подмосковная;3 - сосна тхонгкарибэ; 4 – ильим карагач; 5 – акация кеолай; 6 – каштан; 7 – акация; 8- эвкалипт бачдан.

Рисунок 14 - Характеристика дымообразования.

Аналогичный экстремальный характер кривых для зависимости показателя токсичности продуктов горения древесины от плотности внешнего теплового потока (рисунок 15). В режиме тлеющего горения древесины ели выход СО в 70-240 раз превышает выход СО при пламенном горении.

В режиме тления в диапазоне температур 450-550 ˚С все разновидности древесины проявляют себя как высокоопасные по токсичности продуктов сгорания и относятся к группе Т3. С увеличением интенсивности теплового воздействия до 60-65 кВт/м² (что соответствует температуре 700-750 ˚С) по токсичности продуктов горения древесина разных видов переходит в группу умеренно опасных материалов Т2.

1- липа; 2 – береза; 3 – ильим карагач;4 – дуб; 5 – осина; 6 – сосна; 7 – ель.

Рисунок 15 - Токсичность продуктов горения от температуры теплового воздействия.

При горении древесины происходит достаточно интенсивное дымообразование. Наибольшее количество дыма выделяется при горении древесных материалов в режиме тления (таблица 8).

Таблица 8 - Дымообразующая способность древесных материалов при испытаниях в режиме тления

4 Мероприятия по пожарной безопасности при строительстве деревянных зданий