Свойства веществ и материалов / Korolchenko - Pozharo-vzryvoopasnost veshchestv i materialov chast-1 2004

Продолжение табл. 2.2.

Показатель		Определение показателя				Примечание
Нижний	и верхний	Минимальное и максимальное содержа-			В литературе		эти показатели
концентрационные		ние горючего в смеси, при котором воз-			также называют пределами вос-
пределы распростра-		можно распространение пламени по сме-			пламенения, пределами взрыва-
нения пламени		си на любое расстояние от источника за-			емости, пределами зажигания
		жигания
Температурные пре-		Температуры вещества, при которых его			Температурные			пределы	ðàñ-
делы распростране-		насыщенные пары образуют в конкрет-			пространения пламени связаны
ния пламени		ной окислительной среде концентрации,			с концентрационным соотноше-
		равные соответственно нижнему (ниж-			íèåì p	= ·760/100, ãäå p			—
		ний температурный предел) и верхнему			t	ï			t
					давление насыщенного пара, со-
		(верхний температурный предел) кон-			ответствующее концентрацион-
		центрационным	пределам распростра-		ному пределу		ï	. Этим соотно-
		нения пламени
					шением	можно пользоваться
					для расчета температурных пре-
					делов, исходя из концентраци-
					онных
Температура		Самая низкая	температура	вещества,
самонагревания		при которой самопроизвольный процесс				–
		его нагревания приводит к тлению или
		пламенному горению
Температура		Температура вещества, при		которой
тления при самовоз-		происходит резкое увеличение скорости				–
горании		экзотермических реакций окисления, за-
		канчивающихся возникновением тления
Температурные		Экспериментально выявленная зависи-			Условия теплового самовозго-
условия	теплового	мость между температурой окружаю-			рания выражаются зависимо-
самовозгорания		щей среды, массой вещества и временем			стями:
		до момента его самовозгорания			lg tc=Ap – np lgS;
					lg tc = Aâ – nâ lg ,
					где — время до самовозгора-
					íèÿ; Ap , np , Aâ , nâ — эмпири-
					ческие коэффициенты, опреде-
					ляемые по экспериментальным
					данным
Минимальная		Наименьшее значение энергии электри-
энергия зажигания		ческого разряда, способной		воспламе-		–
		нить наиболее легковоспламеняющую-
		ся смесь газа, пара или пыли с воздухом
Кислородный		Минимальное содержание кислорода в
индекс		кислородно-азотной смеси, при котором
		возможно свечеобразное горение мате-				–
		риалов в условиях специальных испы-
		таний
Способность взры-		Качественный показатель, характеризу-
ваться и гореть при		ющий особую пожарную опасность не-
взаимодействии с во-		которых веществ				–
дой, кислородом воз-
духа и другими ве-
ществами

11

Продолжение табл. 2.2.

Показатель	Определение показателя		Примечание
Нормальная скорость распро-	Скорость перемещения фронта пламени отно-		Этот показатель
странения пламени	сительно несгоревшей смеси в направлении,		иногда называют
	перпендикулярном его поверхности		нормальной ско-
			ростью горения
Способность взрываться и го-	Качественный показатель, характеризую-
реть при взаимодействии с во-	щий особую пожарную опасность некото-		–
дой, кислородом воздуха и	рых веществ
другими веществами
Нормальная скорость распро-	Скорость перемещения фронта пламени от-		Этот показатель
странения пламени	носительно несгоревшей смеси в направле-		иногда называют
	нии, перпендикулярном его поверхности		нормальной ско-
			ростью горения
Скорость выгорания	Количество горючего, сгорающего в едини-		–
	цу времени с единицы площади
Коэффициент	Величина,	характеризующая оптическую
дымообразования	плотность дыма, образующегося при сгора-		–
	нии вещества (материала) с заданной насы-
	щенностью в объеме помещения
Индекс распространения	Условный безразмерный показатель, харак-
пламени	теризующий способность веществ распро-		–
	странять пламя по поверхности
Показатель токсичности про-	Отношение количества материала, при сго-
дуктов горения полимерных	рании которого выделяющиеся продукты
материалов	вызывают гибель 50% подопытных живот-		–
	ных, к единице объема замкнутого прост-
	ранства
Минимальное взрывоопасное	Концентрация кислорода в горючей смеси,
содержание кислорода	ниже которой воспламенение и горение сме-		–
	си становится невозможным
Максимальное давление	Наибольшее	давление, возникающее при
взрыва	дефлаграционном взрыве газо-, пароили
	пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде		–
	при начальном давлении горючей смеси
	101,3 êÏà

2.2. Показатели пожарной опасности строительных материалов

В соответствии со СНиП 21-01–97* “Пожарная безопасность зданий и сооружений” пожарная опасность строительных материалов характеризуется следующими показателями:

горючестью;

воспламеняемостью;

распространением пламени по поверхности;

дымообразующей способностью;

токсичностью продуктов горения.

12

По горючести строительные материалы подразделяются на негорючие (НГ) и горю- чие (Г). Горючие строительные материалы подразделяются на четыре группы:

Г1 — слабогорючие; Г2 — умеренногорючие;

Г3 — нормальногорючие; Г4 — сильногорючие.

По воспламеняемости горючие строительные материалы подразделяются на три группы:

В1 — трудновоспламеняемые; В2 — умеренновоспламеняемые; В3 — легковоспламеняемые.

По распространению пламени по поверхности горючие строительные материалы подразделяются на четыре группы:

РП1 — нераспространяющие пламя; РП2 — слабораспространяющие пламя;

РП3 — умереннораспространяющие пламя; РП4 — сильнораспространяющие пламя.

Группа строительных материалов по распространению пламени устанавливается только для поверхностных слоев кровли и полов (в том числе для ковровых покрытий).

По дымообразующей способности горючие строительные материалы подразделяются на три группы:

Д1 — с малой дымообразующей способностью; Д2 — с умеренной дымообразующей способностью; Д3 — с высокой дымообразующей способностью;

По токсичности продуктов горения горючие строительные материалы подразделяются на четыре группы:

Т1 — малоопасные; Т2 — умеренноопасные; Т3 — высокоопасные;

Т4 — чрезвычайно опасные.

3. Экспериментальные методы определения показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов

3.1. Группа горючести

етоды определения горючести основаны на создании температурных условий, наибо- Ìлее способствующих горению, и оценке поведения испытуемых веществ и материалов в этих условиях.

Горючесть газов определяют по наличию концентрационных пределов распространения пламени: если газ имеет пределы распространения пламени, то его относят к горючим, если не имеет — к негорючим. Если газ не имеет пределы распространения пламени, но имеет температуру самовоспламенения, то его считают трудногорючим. Следует помнить, что трудногорючий газ при нагреве может стать горючим.

Группу горючести жидкостей и плавящихся твердых веществ определяют с помощью прибора, схема которого показана на рис. 3.1. В качестве нагревательного устройства используют тигельную электропечь, позволяющую создавать температуру до 900 °С.

13

ÐÈÑ. 3.2. Установка для испытания веществ и материалов на негорючесть:

1 — опорная станина; 2 — стабилизатор; 3 — направляющая планка; 4 — термопары; 5 — держатель образца; 6 — ïå÷ü; 7 — асбестовая прокладка

ÐÈÑ. 3.1. Прибор для оценки горючести жидкостей и плавящихся твердых веществ:

1 — тигельная электропечь;

2 — кварцевый стан;

3 — фарфоровый тигель;4 — держатель тигля;

5 — смотровое стекло;

6 — термопара;

7 — потенциометр;

8 — штатив;

9 — керамическая подставка

При проведении испытаний электропечь нагревают до 900 ± 10 °С. Образец массой 10 г помещают в тигель и опускают в печь. Продолжительность нагревания образца составляет примерно 3 мин. Если образец в течение этого времени не воспламеняется или начинает интенсивно кипеть без воспламенения, испытание прекращают, а результат считают отказом.

Испытанию подвергают пять образцов исследуемого вещества. Если хотя бы в одном из пяти испытаний образец воспламенится, ему дают возможность разгореться, затем тигель с горящим образцом выносят из электропечи, вклю- чают секундомер и определяют продолжительность самостоятельного горения образца.

Если образец вне печи самостоятельно горит менее 5 с, то исследуемое вещество относят к группе трудногорючих. При времени самостоятельного горения 5 с и более проводят дополнительное испытание для определения температуры воспламенения и группы горючести. При наличии температуры воспламенения вещество относят к горючим, в отсутствие — к трудногорючим.

Горючесть строительных материалов определяют двумя методами.

Первый метод предназначен для разделения строительных материалов на негорючие и горючие. Испытания по нему проводят в соответствии с ГОСТ 30244–94 “Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть” в установке, схема которой показана на рис. 3.2.

Установка состоит из нагревательной печи, помещенной в теплоизолирующую среду, конусообразного стабилизатора воздушного потока, защитного экрана, держателя образца с устройством для введения образца в печь и прибора для измерения температуры.

14

Нагревательная печь представляет собой трубу высотой 150 мм и с внутренним диаметром 75 мм. Нижняя часть печи соединена с конусообразным стабилизатором воздушного потока длиной 500 мм. Внутренний диаметр стабилизатора равен 75 мм в верхней ча- сти и 10 мм — в нижней. Верхнюю часть печи оборудуют защитным экраном.

Нагревательную печь, конусообразный стабилизатор и защитный экран монтируют на станине, оборудованной основанием и экраном для защиты нижней части конусообразного стабилизатора от направленных воздушных потоков.

Установку следует размещать таким образом, чтобы направленные воздушные потоки или интенсивное солнечное или другие виды светового излучения не влияли на наблюдение за пламенным горением образца в печи.

Для каждого испытания изготавливают пять образцов цилиндрической формы диаметром 45 мм и высотой 50 мм.

Образцы кондиционируют в вентилируемом термошкафу в течение 20 – 24 ч при температуре 60 °С, после чего охлаждают в эксикаторе.

Перед испытанием определяют массу каждого образца с точностью до 0,1 г и устанавливают стабильный температурный режим в печи в диапазоне 745 – 755 °С.

После введения образца в печь включают секундомер и в течение 30 мин осуществляют регистрацию показаний термопар в печи, в центре и на поверхности образца. Продолжительность испытания образца составляет, как правило, 30 мин. Испытание прекращают через это время при условии достижения температурного баланса. Температурный баланс считают достигнутым, если показания каждой из трех термопар изменяются не более чем на 2 °С за 10 мин.

Если по истечении 30 мин температурный баланс не достигался хотя бы для одной из трех термопар, испытание продолжают, проверяя наличие температурного баланса с интервалом 5 мин. При достижении температурного баланса для всех трех термопар испытание прекращают и фиксируют его продолжительность.

Осыпавшиеся с образца во время или после испытания остатки (продукты карбонизации, золу и т.п.) собирают, взвешивают и включают в массу образца после испытания.

При испытании фиксируют следующие показатели:

массу образца до испытания mí , ã;

массу образа после испытания mõ , ã;

начальную температуру печи Òï.í., °Ñ;

максимальную температуру печи Òï.ì., °Ñ

конечную температуру печи Òï.ê., °Ñ

максимальную температуру в центре образца Òö.ì., °Ñ;

конечную температуру в центре образца Òö.ê., °Ñ;

максимальную температуру поверхности образца Òï.î.ì., °Ñ;

продолжительность устойчивого пламенного горения образца, с.

После проведения испытаний пяти образцов рассчитывают для каждого образца прирост температуры в печи, в центре и на поверхности образца:

—прирост температуры в печи Òï.ï. = Òï.ì. – Òï.õ. ;

—прирост температуры в центре образца Òö.î. = Òö.ì. – Òö.õ. ;

—прирост температуры на поверхности образца Òï.î. = Òï.î.ì. – Òï.î.õ.

Рассчитывают среднюю арифметическую величину (по пяти образцам) продолжительность устойчивого пламенного горения.

15

	Рассчитывают потерю массы для каждого образца (в процентах от начальной массы
	образца) и определяют среднюю арифметическую величину для пяти образцов.
	Строительные материалы относят к негорючим при следующих значениях измерен-
	ных параметров:
	прирост температуры в печи не более 50 °С;
	потеря массы образца не более 50 %;
		продолжительность устой-								550
		чивого пламенного горения							100
		не более 10 с.
	Строительные материалы, не									150
	удовлетворяющие хотя бы одному
					275		400
	из указанных значений парамет-								750
	ров, относят к горючим. В этом слу-
							1000
	чае испытания продолжают по вто-
	рому методу на установке, схема				50
	которой показана на рис. 3.3.					550	135	135	750
	Установка состоит из камеры
	сжигания, системы подачи возду-			400	600
	ха в камеру сжигания, газоотвод-
	ной трубы, вентиляционной систе-
	мы для удаления продуктов сго-
	рания.		2700	1300	200
	В камере сжигания устанав-
	ливают	держатель образцов, ис-			600
	точник зажигания, диафрагму. Пе-
	редняя	стенка камеры сжигания
	оборудована дверцей с остеклен-					800
				600	600
	ными проемами. В центре боковой
	стенки камеры предусмотрено от-
	верстие с заглушкой для введения
	термопар.
	Держатель образца состоит из
	четырех прямоугольных рам, рас-
	положенных по периметру источ-
	ника зажигания.
	Источником зажигания явля-					800
	ется газовая горелка, состоящая из
	четырех сегментов. Для обеспече-
	ния горения испытуемых образцов
	в камеру сжигания предусмотре-
	на подача воздуха в количестве							800
	80 ì3/мин c температурой не ме-
	íåå 20 °Ñ.		ÐÈÑ. 3.3. Установка для испытаний строительных мате-
	Для измерения температуры		риалов на горючесть (метод II):
	во время испытания применяют тер-		1 — камера сжигания; 2 — держатель образца; 3 — образец;
	мопары диаметром не более 1,5 мм		4 — газовая горелка; 5 — вентилятор подачи воздуха; 6 —
			дверца камеры сжигания; 7 — диафрагма; 8 — вентиляцион-
	и соответствующие регистрирую-
			ная труба; 9 — газопровод; 10 — термопары; 11 — вытяжной
	щие приборы.		çîíò; 12 — смотровое окно
	16

Подготовка к испытанию заключается в подготовке образцов и калибровке установки. Для каждого испытания изготавливают 12 образцов длиной 1000 мм и шириной

190 мм. Толщина образцов должна соответствовать толщине материала, применяемого в реальных условиях. Если толщина материала превышает 70 мм, то из него изготавливают образцы толщиной 70 мм.

Образцы для испытания материалов, применяемых только в качестве отделочных или облицовочных, а также лакокрасочные покрытия должны испытываться в сочетании с негорючей основой. Толщина лакокрасочных покрытий должна соответствовать принятой в технической документации, но иметь не менее четырех слоев.

При калибровке установки определяют расход газа (л/мин), обеспечивающего в камере сжигания необходимый температурный режим испытания (табл. 3.1).

ТАБЛИЦА 3.1. Температурный режим испытания строительных материалов на горючесть

Расстояние от нижней кромки		Температура, °С
калибровочного образца, мм	максимальная		минимальная
300	350		220
500	220		160
1000	140		100
1600	105		90

Калибровка установки проводится на четырех образцах из стали размерами 1000 190 1,5 мм. Периодичность калибровки — через 30 испытаний или при изменении состава используемого газа.

Контроль температурного режима при калибровке осуществляется по показаниям десяти термопар, устанавливаемых на калибровочных образцах, и четырех термопар, устанавливаемых в газоотводной трубе.

Испытания материалов на горючесть предусматривают проведение трех экспериментов, в каждом из которых используется по четыре образца.

Перед проведением экспериментов каждый образец взвешивают, закрепляют в держателе и помещают в камеру сжигания.

Продолжительность воздействия на образец пламени источника зажигания составляет 10 мин. Затем подачу газа в горелку прекращают. При наличии пламенного горения образца или тления фиксируется продолжительность этого процесса. Испытание прекращают после остывания образцов до комнатной температуры.

Для каждого испытания фиксируют: температуру дымовых газов; продолжительность самостоятельного горения и (или) тления образцов; длину повреждения пламенем образцов; массу образцов до и после испытания.

Дополнительно отмечают: время достижения максимальной температуры дымовых газов; переброс пламени на торцы и необогреваемую поверхность образцов; наличие сквозного прогорания образцов; образование горящего расплава; внешний вид образцов после испытания (осаждение сажи, изменение цвета, оплавление, опекание, усадка, вспу- чивание, коробление, образование трещин и т.п.); время от начала испытания до охвата пламенем всей длины образца, продолжительность горения всей поверхности образца.

После завершения испытания измеряют длину отрезков неповрежденной части образцов и взвешиванием определяют остаточную массу mõ образцов.

17

Неповрежденной считают ту часть образца, которая не сгорела и не обуглилась ни на поверхности, ни внутри. Осаждение сажи, изменение цвета образца, местные сколы, спекание, оплавление, вспучивание, усадку, коробление, изменение шероховатости поверхности не считают повреждениями.

Вначале проводят обработку результатов одного испытания. При этом температуру дымовых газов принимают равной среднему арифметическому значению максимальных показаний четырех термопар, размещенных в газоотводной трубе. Длина повреждения каждого образца определяется разностью между номинальной длиной до испытания и средней арифметической величиной длины неповрежденной части образца. Длина повреждения образцов определяется как средняя арифметическая величина из длин повреждения каждого из четырех испытанных образцов. Повреждение по массе каждого образца определяется разностью между массой образца до испытания и его остаточной массой после испытания. Повреждение по массе образцов определяется средней арифметической величиной этого повреждения для четырех испытанных образцов.

Определение параметров горючести производят путем обработки результатов трех испытаний. При этом рассчитывают: температуру дымовых газов; продолжительность самостоятельного горения; степень повреждения образцов по длине; степень повреждения образцов по массе.

Температуру дымовых газов и продолжительность самостоятельного горения определяют как среднее арифметическое значение результатов трех испытаний.

Степень повреждения по длине определяют процентным отношением длины повреждения образцов к их номинальной длине и рассчитывают как среднее арифметическое зна- чение этого отношения из результатов каждого испытания.

Степень повреждения по массе определяют процентным отношением массы поврежденной части образцов к начальной массе и рассчитывают как среднее арифметическое значение этого отношения из результатов каждого испытания.

Материал относят к той или иной группе горючести сравнением полученных результатов с критериями горючести, приведенными в табл. 3.2.

ТАБЛИЦА 3.2. Критерии отнесения строительных материалов к группам горючести Г1 – Г4

		Параметры горючести
Группа
	Температура	Степень	Степень	Продолжительность
горючести	дымовых	повреждения	повреждения	самостоятельного
	газов, °С	по длине,%	по массе, %	горения, с
Ã1	135	65	20	0
Ã2	235	85	50	30
Ã3	450	> 85	50	300
Ã4	> 450	> 85	> 50	> 300

Примечание. Для материалов групп горючести Г1 – Г3 не допускается образование горящих капель расплавов при испытании.

3.2. Температура вспышки

Для определения температуры вспышки заданную массу вещества нагревают с заданной скоростью, периодически зажигая выделяющиеся пары и визуально оценивая результаты зажигания.

18

ÐÈÑ. 3.4. Прибор закрытого типа для измерения температуры вспышки:

1 — зажигательное устройство;2 — заслонка;

3 — термометр; 4 — крышка; 5 — тигель; 6 — мешалка

Температуру вспышки экспериментально определяют в приборах закрытого (з. т.) * и открытого (о. т.) ** типов.

Схема прибора закрытого типа показана на рис. 3.4. В качестве реакционного сосуда используют металлический тигель с внутренним диаметром 51 мм и высотой 56 мм. Тигель закрыт крышкой, на которой расположены зажигательное устройство, заслонка с поворотным устройством и мешалка. Тигель, крышку и мешалку изготавливают из материалов, не вступающих в химическое взаимодействие с испытуемыми веществами, например из нержавеющей стали.

Перед проведением измерений образцы легколетучих жидкостей нагревают до теку- чести.

Вначале проводят предварительное испытание для получения ориентировочного зна- чения температуры вспышки. Затем проводят серию основных испытаний на трех образцах исследуемой жидкости. Образцы жидкостей, имеющих ориентировочную температуру вспышки менее 50 °С, охлаждают до температуры, которая на 17 °С меньше ориентировочной температуры вспышки. За 10 °С до ориентировочной температуры вспышки образец нагревают со скоростью 1 °С/мин для жидкостей с температурой вспышки до 104 °С и со скоростью 2 °С/мин для жидкостей с температурой вспышки более 104 °С.

Испытание на вспышку проводят при повышении температуры на каждый 1 °С для жидкостей с температурой вспышки до 104 °С и на каждые 2 °С для жидкостей с температурой вспышки более 104 °С. За температуру вспышки принимают среднее арифметиче- ское трех определений серии основных испытаний с поправкой на барометрическое давление, вычисляемое по формуле:

t	1013, p	0,9 ,	(3.1)

3,3

ãäå ð — давление в период проведения опыта, кПа.

*3. т. (закрытый тигель) — условное название прибора закрытого типа для измерения температуры вспышки.

**О. т. (открытый тигель) — условное название прибора открытого типа для измерения температуры вспышки.

19

				ÐÈÑ. 3.5. Прибор открытого типа для
				измерения температуры вспышки:
				1	— нагревательная ванна;
				2	— кольцо из паронита;
				3	— фарфорный тигель;
				4	— термометр;
				5	— держатель термометра;
				6	— штатив;
				7	— подставка для горелки;
				8	— газовая горелка;
				9	— нагревательное устройство;
				10 — асбестовая прокладка

Схема прибора открытого типа показана на рис. 3.5. Прибор состоит из фарфорового тигля низкой формы ¹ 5, нагревательной воздушной ванны, газовой горелки и термометров.

Подготовку образцов и определение ориентировочной температуры вспышки проводят так же, как и в приборе закрытого типа. После этого проводят серию основных испытаний на трех образцах исследуемого вещества в той же последовательности, что и предварительные испытания. Образцы исследуемого вещества, имеющие ориентировочную температуру вспышки менее 50 °С, охлаждают до температуры, которая на 17 °С ниже ориентировочной температуры вспышки. За 10 °С до ориентировочной температуры вспышки образец нагревают со скоростью 1 °С/мин для веществ с температурой вспышки до 70 °С и 2 °С/мин для веществ с температурой вспышки более 70 °С. Испытания на вспышку проводят при повышении температуры на каждые 1 °С/мин для веществ с температурой вспышки до 70 °С и 2 °С/мин для веществ с температурой вспышки более 70 °С. За температуру вспышки каждого определения принимают показание термометра, соответствующее появлению пламени над частью или над всей поверхностью образца.

Обработку результатов проводят так же, как и при определении температуры вспышки в приборе закрытого типа.

3.3. Температура воспламенения

Для определения температуры воспламенения нагревают заданную массу вещества, периодически зажигая выделяющиеся пары и визуально оценивая результаты зажигания.

Для измерения температуры воспламенения жидкостей и плавящихся твердых веществ применяют прибор с открытым тиглем, для измерения температуры воспламенения твердых веществ — прибор ОТП.

При измерении температуры воспламенения жидкостей и плавящихся твердых веществ образец подготавливают так же, как и при измерении температуры вспышки. Внача- ле определяют ориентировочную температуру воспламенения. Для этого нагревают образец исследуемого вещества со скоростью 5 – 6 °С/мин. Через каждые 5 °С повышения тем-

20