Особенности горения древесины. Какая энергия получается при горении дерева? древесина

Воспламенение древесины возможно лишь при нагреве её внешних слоев до температур активного пиролиза (см. рис. 95), в том числе и при лучистом нагреве (см. рис. 164), когда горючая смесь продуктов пиролиза (летучих) и воздуха становится способной загореться от внешнего источника воспламенения (огня, искры, горелки и т. п.). Если внешнего источника воспламенения нет, то воспламенение становится возможным в режиме самовоспламенения, когда какой-то участок древесины, перегреваясь, не просто выделяет летучие, а обугливается. При этом активный древесный уголь может начать взаимодействовать с воздухом (тлеть) с самозагоранием и в конце концов за счёт своей высокой температуры воспламеняет горючую смесь над поверхностью древесины. Таким образом самовоспламенение древесины происходит за счёт тления возникающего древесного угля. А тлеющий древесный уголь, как все знают, возникает в первую очередь на ворсинках древесины в виде угольков (рис. 95). Поэтому защита древесины от самовозгорания (например, на полке бани, где нет источников воспламенения, но есть высокие температуры) прежде всего должна подразумевать защиту от воспламенения ворсинок древесины.

Древесина всегда имеет ворсинки: структурные неровности и неровности обработки. Структурные неровности - следствие капиллярно-пористого строения древесины. При срезе часть волокон отдирается, а часть перерезается прямо по клеткам. Поэтому на поверхности древесины всегда имеются возвышения, канавки, углубления и идущие вглубь каналы, когда видимые глазом, а когда нет. Но всегда видна структура древесины, всегда видно, что разные участки по-разному впитывают краски и воду. Неровности обработки - результат некачественной механической обработки древесины (распиливания, обстругивания, шлифования и т. п.). Все эти неровности в быту называются заусеницами. По ГОСТ 7016-82 все неровности чётко классифицированы (риски, кинематическая волнистость, неровности разрушения, неровности упругого восстановления по годичным слоям, неровности прессования и т. п.) и называются шероховатостью древесины. Шероховатость измеряется по ГОСТ 15612-85 с учётом наличия отдельных оторванных волокон (ворсистости) и пучков волокон (мшистости) по размеру высот неровностей над поверхностью.

Для снижения шероховатости древесину обстругивают, шлифуют, а затем обжигают кратковременным, но мощным действием газовой горелки. Заусеницы сгорают, не воспламеняя древесину, поскольку она не успевает прогреться до температур активного пиролиза. Возможные, образовавшиеся при обжиге сажистые налёты, удаляют протиркой жёстким войлоком. Заусеницы на поверхности древесины, конечно, остаются, но очень мелкие.

Чтобы сделать древесину ещё более инертной к огневому воздействию, её пропитывают водными солями с последующим высушиванием. Ясно, что если все поры в древесине (и в ворсинках тоже) забиты негорючей солью, то древесина становится более теплоёмкой (труднее прогревается) и более теплопроводной (лучше отводится тепло от начинающего воспламеняться уголька). Соли в поверхностный слой надо ввести много, не менее 20 кг на 1 м² древесины. Усиление эффекта будет достигнуто при выборе в качестве солей кристаллогидратов (бура, углекислый натрий - хозяйственная (кристаллическая) сода, медный или железный купоросы ит. п.), которые при нагревании разлагаются с выделением воды, испаряющейся и тем самым охлаждающей готовую вспыхнуть древесину. Лучше, если соль будет разлагаться с поглощением теплоты и выделением газов, отдувающих воздух от древесины или обрывающих цепи химических реакций воспламенения продуктов пиролиза. Ещё лучше, если разлагающаяся соль к тому же будет давать легкоплавкие окислы и закрывать расплавом все поры древесины. Так что пропиточных составов и принципов их работы может быть очень много.

Если работа ответственная, делается под заказ, то пропиточный состав следует выбирать промышленный (пусть даже изготовленный из отходов производства), но аттестованный по ГОСТ 16363-76 (см. раздел 5.7.16), предоставив заказчику формальный сертификат. Беда, правда, в том, что сертификатам в нашей стране сейчас верить опасно, и полагаться можно только на авторитет фирмы (если продукция не поддельная). Поэтому для собственных нужд можно закупить на химбазе сами соли, лучше всего фосфорнокислого аммония и/или сернокислого аммония. Огнезащитное количество этих солей составит 20-80 кг на 1 м³ древесины (СНиП I-А. 12-55). Эти соли можно растворять в растворе жидкого стекла (натриевого или калиевого), а также с антисептическими солями типа фтористого натрия, хлористого цинка, медного купороса и т. п.

Пропитав водным раствором солей и высушив древесину можно покрыть огнезащитной краской, которая не должна глубоко впитываться в древесину, а создавать на поверхности желательно негорючую плёнку, закрывающую неровности древесины. К таким краскам относятся силикатные, масляные с обязательным добавлением эффективных антипиренов, хлорвиниловые, кремнийорганические и др. Количество краски должно составлять не менее 0,5-0,8 кг на 1 м² поверхности древесины. Из подручных средств в качестве краски можно использовать раствор жидкого стекла («конторского» клея для бумаги) с добавлением мелкого наполнителя (литопона, мела, окиси титана) так, чтобы порошок забивал поры и оставался на поверхности в виде слоя склеенных силикатом (или иным лаком) частиц.

Поверх краски (или вместо неё) можно нанести огнезащитное покрытие (обмазку) типа штукатурки, но содержащее специфические компоненты: волокнистые наполнители, газообразующие вещества, водовыделяющие кристаллогидраты, легкоплавкие окислы. К наиболее дешёвым образцам относится широкоизвестная суперфосфатная обмазка СФО (дисперсия суперфосфата в воде), известково-глиносолевая обмазка ИГСО (смесь известкового теста - гашёной извести с глиной и поваренной солью). Более продвинутыми являются вспучивающиеся покрытия, например, ВПД по дереву (аналог ВПМ-2 по металлу). В качестве обмазки можно использовать обычные известково-алебастровые, известково-цементные и цементно-песчаные штукатурки, которые должны плотно прилегать к поверхности древесины так, чтобы все неровности поверхности древесины были замазаны и имели надёжный тепловой контакт с штукатуркой. Такие обмазки и штукатурки предупреждают возгорание древесины по крайней мере от пламени короткого замыкания проводов силового питания оборудования за время срабатывания автоматических выключателей или 3-х минутного воздействия пламени паяльной лампы, хотя вспучивающиеся обмазки могут обеспечить огнестойкость даже на уровне EI45 и могут выдержать действие электрической и газовой сварки.

В рядовых банях надёжная огнезащита древесины в области печного узла встречается редко. Чаще всего деревянная стена обивается листом металла по асбесту. Огнестойкость такой защиты невелика из-за высокой теплопроводности асбеста. Повысить эффективность такой стандартной защиты можно укладкой первого слоя асбеста в мокром виде на силикатноглиняном растворе, плотно прилегающем ко всем неровностям поверхности древесины.

Все эти методы защиты могут затруднить самовоспламенение древесины, но при длительном воздействии огня древесина всё равно может вспыхнуть, поскольку пиролиз древесины предотвратить невозможно никакими способами. Затруднить сгорание древесины может ограничение доступа воздуха к поверхности древесины (с появлением дымления), ограничение передачи тепла из зоны пламени к древесине, а также пропитка древесины очень большим количеством солей и антипиренов (до 200 кг на 1 м³ древесины). Причём задача как раз и состоит в том, чтобы дым (появление которого предотвратить невозможно) не перерождался в пламя.

Возгорание древесины и защита

Горение представляет собой процесс термического разложения древесины, состоящий из пламенной фазы и тления, при котором происходит движение кислорода в толщу древесины.

Горение может происходить только в том случае, когда имеется достаточный приток кислорода, а сама теплота сгорания не рассеивается, а идет на прогрев новых смежных

участков древесины до температуры воспламенения. Температура воспламенения, т. е. момент вспышки горючих газов для различных пород древесины колеблется в сравнительно небольших пределах - от 250 до 300°. Длительный нагрев древесины при температуре 120-150° сопровождается медленным и постепенным обугливанием, с образованием при этом самовоспламеняющегося на воздухе угля, весьма опасного для незащищенных деревянных элементов.

Воспламеняемость древесины связана с ее объемным весом, влажностью, мощностью внешнего источника нагрева, формой сечения деревянного элемента, скоростью воздушного потока (тяги), положением элемента в тепловом потоке (горизонтальное, вертикальное) и т, п. Решающее значение для процесса горения имеет калорийность материала. Сухая и легкая древесина воспламеняется быстрее, чем плотная (дуб и т. п.). Мокрая древесина труднее воспламеняется, так как до воспламенения необходимо израсходовать дополнительное количество теплоты на испарение воды. Замедляющим фактором также является повышенная теплопроводность мокрой древесины; загоревшийся поверхностный слой ее скорее охлаждается. Круглые и массивные элементы горят хуже, чем с прямоугольным профилем и с малым сечением, с острыми ребрами и относительно развитой боковой поверхностью. Не струганная поверхность элементов, подобная рыхлой древесине, воспламеняется быстрее, чем гладкая.

Хорошие результаты дает пропитка древесины в горячих и холодных ваннах. Для такой пропитки применяется аммофос- белый кристаллический порошок, представляющий собой аммониальные соли фосфорной кислоты, сернокислый аммоний (технический), диаммонийсфат (технический), не вызывающие коррозии стали.

Для получения раствора, обладающего одновременно огнезащитными и антисептическими свойствами, в состав добавляется фтористый натрий.

Более простым, но менее эффективным средством огнезащиты деревянных элементов является поверхностная их пропитка путем погружения на 2-3 часа в водный раствор солей (фосфорнокислый, сернокислый аммоний и т. п.) или поверхностная двух трех кратная обработка (краскопультом или кистью) водными огнезащитными растворами того же состава. При этом раствор проникает на глубину 1 - 1,5 мм.

Наконец, еще одним и также простым средством является окраска поверхностей деревянных элементов специальными огнезащитными силикатными и другими красками или обмазка огнезащитным составом (суперфосфатом и др.).

Все огнезащитные окраски и обмазки частично задерживают возгорание. При высоких температурах древесина под покровом краски или обмазки подвергается сухой перегонке, с выделением продуктов разложения - горючих газов, выходящих наружу, с последующим выпучиванием и разрывом покрова. При этом горение газовых струй происходит в значительном отдалении от поверхности древесины при уменьшенном подогревающем действии пламени и замедленной скорости и распаде древесины. Огнезащитное действие окраски и обмазки объясняется также теплоизолирующим действием их покрова, который у некоторых красок способен при действии высоких температур значительно увеличиваться в объеме, образуя пену или пузыри, отдаляющие начало сухой перегонки дерева.

Полуфабрикаты и строительные изделия

Полуфабрикаты и строительные изделия изготовляют из хвойных и лиственных пород с влажностью не выше 12% для чистого пола и 15% -для других деталей.

В зависимости от вида обработки к этой группе материалов из древесины относят: строганные бруски, строганные и шпунтовые доски для настила чистых полов, паркет, фанеру, профильные материалы - плинтусы, галтели, перильные поручни, наличники и др.

Шпунтовые доски в отличие от обычной обрезной доски имеют с одной стороны кромки шпунт (выемку), а с другой - гребень, входящий в шпунт соседней доски. Шпунт и гребень, с помощью которых доски плотно подгоняют, могут иметь различную форму - прямоугольную, треугольную, трапецеидальную и сегментную. Шпунтованные доски используют для настилки пола, устройства перегородок и других работ.

Профильные материалы - плинтусы и галтели - используют для заделки углов между стеной и полом, поручни - для устройства лестничных перил и наличники - для обшивки оконных и дверных проемов.

Паркет выпускают в виде паркетных досок, наборного и штучного паркета с влажностью древесины 8±2%. Паркетные доски состоят из двух слоев: верхнего - лицевого покрытия из паркетных планок толщиной 6-8 мм и нижнего - в виде реечного основания толщиной 18-19 мм. Планки паркета изготовляют из высококачественной древесины: дуба, бука, ясеня, сосны, лиственницы, клена, вяза и некоторых других пород.

Основанием для паркетных досок служит древесина различных пород дерева, в том числе кедра, сосны, ели, пихты, а также обработанная антисептиками древесина березы, ольхи, осины и т. п. Планки лицевого слоя паркетных досок склеивают с основанием водостойкими синтетическими клеями. Паркетные доски имеют с одной стороны кромки - паз, а с другой - гребень для плотного соединения при укладке досок в паркетный пол. Они имеют следующие преимущества по сравнению со штучным паркетом: меньший расход древесины ценных пород, более прочная наклейка паркетных планок, более высокая степень механизации производства и более высокая скорость настилки пола.

Наборный паркет представляет собой набор паркетных планок (13 твердых пород дерева: дуб, бук и др., наклеенных лицевой стороной на бумагу в определенном порядке). После укладки наборного паркета на подготовленное основание пола бумагу вместе с клеем снимают и соответствующим образом отделывают паркетный пол.

Штучный паркет состоит из планок твердых пород дерева определенного размера и формы.

Фанера - листы, получаемые склеиванием трех или более тонких слоев древесного шпона со взаимно перпендикулярным расположением волокон древесины. Фанерный шпон изготовляют на специальных лущильных станках путем срезания слоя древесины в виде непрерывной широкой ленты с последующим раскроем ее на форматные листы. Фанера бывает обычной (клееной), декоративной и бакелизированной. В зависимости от вида применяемого клея различают клееную фанеру марки ФСФ, обладающую повышенной водостойкостью - склеенную водостойкими фенолформальдегидными клеями; средней водостойкости марки ФК и ФБК - склеенную карбамидными или альбуминоказеиновыми клеями; ограниченной водостойкости марки ФБ - склеенную белковыми клеями. Для получения клееных видов фанеры широко используют древесину сосны, ели, пихты, ольхи, дуба, березы и бука.

Изготовление клееной фанеры состоит в основном из следующих технологических операций: пропаривания деревянных кряжей в горячей воде и лущения их для получения шпона, раскроя шпона на листы заданного формата, сушки и промазки клеем, укладки слоев шпона и прессования на горячих прессах в фанеру, выравнивания кромок фанеры путем обрезки, сушки и складирования. Клееную фанеру выпускают размерами 725X1230 мм при толщине от 1,5 до 12 мм. Клееная фанера, получаемая на основе синтетических клеев, достаточно водостойка, долговечна и широко применяется для обшивки наружных стен, кровельных работ, изготовления несущих и ограждающих конструкций (фанера ФСФ); для устройства внутренних перегородок в заводском домостроении и обшивки стен внутри помещений (фанера ФБ) и т. п.

При нагревании до 130-150° древесина начинает самонагреваться. Если создать условия, необходимые для накопления тепла, то древесина самовозгорается.

При температурах производственных помещений древесина не представляет опасности самовозгорания. Эта опасность появляется только при нагревании ее до температуры выше 130°. Самовозгорание древесины в открытых деревянных конструкциях или штабелях не происходит из-за отсутствия соответствующих условий для накопления тепла. Обычно самовозгорание древесины происходит в скрытых деревянных конструкциях или в скопившихся древесных отходах, долгое время подвергавшихся нагреву.

Нагрев древесины до 110° безопасен и вполне допустим в процессе сушки или обработки ее. При этой температуре происходит высушивание древесины и частичное выделение летучих веществ. Разложение древесины не происходит, и химический состав ее остается без изменения. При температуре 150° наблюдается разложение нестойких соединений древесины. Цвет ее становится желтым. При температуре 230° разложение ее усиливается, и начинают протекать процессы с выделением газообразных продуктов. Причем большой процент занимают Н 2 О и СО 2 . Древесина приобретает коричневый цвет с поверхностным обугливанием. В результате этого процесса химический состав древесины изменяется, т. е. происходит увеличение процента углерода и уменьшение водорода и кислорода. Уменьшается объемный вес древесины, но ее объем остается постоянным. Пористость древесины увеличивается, следовательно, увеличивается и ее поверхность соприкосновения с воздухом. При температуре 230-270° в древесине происходит образование пирофорного угля, который способен энергично поглощать (адсорбировать) кислород. Последний, окисляя уголь, поднимает температуру настолько, что уголь воспламеняется, и дерево начинает гореть. Самовозгорание древесины может происходить при более низких температурах и по другой причине.

Процесс разложения древесины является экзотермическим и при определенных условиях может служить причиной ее самовозгорания. Но для этого необходимо, чтобы количество тепла, выделяющегося за счет реакции разложения древесины, превысило бы теплоотдачу в окружающую среду. Такие условия могут создаться, когда древесные отходы в сушилке скапливаются на калорифере или балка уложена в кладку кирпичной стены рядом с источником тепла. Иной процесс протекает в опилках или других древесных отходах, сложенных в кучу. В практике имели место случаи разогревания древесных опилок и их самовозгорание. Некоторые авторы (проф. Б. Г. Тидеман и инж. П. Г. Демидов) считают, что основной причиной самовозгорания опилок являются биологические процессы. Во влажных опилках зарождаются микроорганизмы, которые при концентрации теплоты быстро размножаются. Микроорганизмы разлагают клетчатку. Происходит брожение образовавшихся продуктов. Весь этот процесс сопровождается выделением тепла, которое нагревает опилки до 60-70°. При этом образуется уголь, способный поглощать пары и газы. Поглощение паров и газов углем вызывает окислительный процесс, который ведет к дальнейшему нагреву массы. За счет тепла адсорбции температура повышается и достигает 100-130°. Затем образуется пористый уголь, который также поглощает пары и газы и повышает температуру опилок. При достижении температуры 200° начинается разлагаться клетчатка, входящая в состав опилок. Разлагаясь, клетчатка образует уголь, способный интенсивно окисляться. За счет окисления угля температура поднимается до 250-300°, и опилки самовозгораются.

Процесс горения древесины – это изотермический процесс, который сопровождается выделением тепла. Чтобы дерево загорелось, сначала его нужно нагреть до температуры воспламенения.

Разогрев - это нагрев участка древесины от наружного источника тепла до температуры воспламенения. Источником тепла может послужить поднесенная спичка, соседний горящий участок полена или щепки, либо что-что еще, способное греть и нагревать до требуемой температуры.

Когда температура прогреваемого участка достигнет 120-150°С - начинается очень медленное и постепенное обугливание дерева, с образованием самовоспламеняющегося угля. При достижении температуры 250-350°С, начинается активное термическое разложение древесины на составляющие. На поверхности дерева появляется видимый обугливающийся слой, который начинает тлеть (гореть без пламени).

При этом из обуглившегося слоя начинает выделяться белый (бурый) дым. Самого процесса горения еще нет. Если прекратить нагрев, то возгорания не наступит. Наличие дыма говорит лишь том, что поверхность древесины уже достаточно прогрелась и началось ее термическое разложение на газообразные составляющие. Белый дым - это не что иное, как продукты термического разложения древесины, сдобреные приличной порцией водяного пара.

Вспышка пиролизных газов.

При дальнейшем разогреве и повышении температуры, термическое разложение древесины на газообразные составляющие будет усиливаться. Процесс термического разложения (пиролиз) пойдет вглубь древесной массы. Концентрация пиролизных газов в зоне разогрева достигнет критической отметки и произойдет их возгорание (вспышка). Вспышка состоится на границе с кромкой белого дыма и распространится на весь его объем. Возникнет светло-жёлтое пламя. Температура зоны разогрева может резко увеличиться за счет теплоты от сгорания пиролизных газов.
Температура вспышки горючих пиролизных газов находится в пределах 250-300°С. Это температура, при которой становится теоретически возможным процесс воспламенения и горения самой древесины.

Воспламенение.

Если и дальше продолжать разогревать древесину, то наступит ее воспламенение. Это начальная стадия горения, в течение которой энергия, подводимая к системе от внешнего источника, приводит к резкому ускорению термохимической реакции. Практика показывает, что в естественных условиях воспламенение древесины наблюдается при температуре от 450 до 620°С.

Решающее значение для процесса горения имеет плотность материала. Легкая, пористая древесина ольхи или тополя воспламеняется быстрее, чем плотная (дуб и т. п.). Мокрая древесина труднее воспламеняется, так как до воспламенения необходимо израсходовать дополнительное количество теплоты на испарение воды. Замедляющим фактором также является повышенная теплопроводность мокрой древесины; загоревшийся поверхностный слой ее скорее охлаждается. Круглые и массивные элементы горят хуже, чем с прямоугольным профилем и с малым сечением, с острыми ребрами относительно развитой боковой поверхностью. Не струганная поверхность элементов, подобная рыхлой древесине, воспламеняется быстрее, чем гладкая.

Принципиально важным и непременным условием для воспламенения и горения любого вещества является достаточный приток кислорода и концентрация теплоты горения, которая не рассеивается, а идет на прогрев новых смежных участков топлива до температуры воспламенения.

Горение древесины.

Если упомянутое выше условие соблюдается, то возникшее при вспышке пламя уже не затухает, а охватывает всю обугленную часть древесины. Это означает, что древесина воспламенилась, и процесс воспламенения перешел в процесс горения. Полено (щепка), если его извлечь из очага, будет гореть на воздухе самостоятельно.

В свою очередь, горение дерева состоит из двух фаз - пламенной фазы и фазы тления.

В режиме тления доминирующим процессом является горение твёрдых продуктов пиролиза (углей). При этом, пиролизные газы выделяются медленно и не могут воспламениться из-за малой своей концентрации. Газообразные продукты охлаждаются, конденсируются и дают обильный белый дым. При горении в режиме тления происходит движение воздуха в толщу горящей древесины

В режиме пламенного горения ведущим процессом является горение газообразных продуктов пиролиза., которое характеризуется движением горячих газов наружу.

Обе фазы горения неразрывно взаимосвязаны и будут продолжаться до тех пор, пока в зоне горения будут соблюдаться три условия: наличие топлива, наличие кислорода и концентрация необходимой температуры.

Затухание древесины.

Если одно из этих условий не соблюдается, то пламя затухает и весь процесс воспламенения и горения, либо прекращается, либо, в точности повторяется с самого начала, в зависимости от стабильности наружного источника тепла.

В Российской Федерации ежедневно происходит в среднем около 700 только зарегистрированных пожаров, на которых погибает 40-50 человек... И, к сожалению, наблюдается тенденция к росту количества пожаров. Подвержены горению сооружения и конструкции из дерева.

А между тем древесина - бесподобное творение природы, оптимальнейший строительный материал, экологически здоровый, возобновляемый, теплый, технологичный, с достаточно высокой механической прочностью. Такие органические недостатки древесины, как горючесть и подверженность биоразрушению, в настоящее время легко преодолеваются с помощью доступных антипиренов, антисептиков, других средств защиты. Поэтому во всем мире, в том числе и в России, в настоящее время значительно возрастают объемы строительства зданий различного назначения из древесины. Особенно много из древесины сооружается мансард, коттеджей, загородных дач, бань, других объектов малоэтажного и малометражного строительства, наиболее опасных в пожарном отношении.

Большая часть древесины поступает к застройщику в натуральном виде - без огнезащитной и биозащитной обработки, так что проводить огне- и биозащиту приходится самим строителям. В предлагаемой вниманию читателей статье рассмотрены основные распространенные способы огнезащиты.

СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОГНЯ

Древесина в воздушно-сухом состоянии относится к сгораемым материалам - она воспламеняется и распространяет огонь. Однако из-за того, что при горении на поверхности древесины образуется уголь, горящий медленнее и с теплопроводностью в 4 раза ниже, чем у самой древесины, скорость потери рабочего сечения деревянной конструкции (ДК) не превышает 0,8 мм в минуту. Поэтому ДК противостоят обрушению при пожаре в течение более продолжительного времени, чем стальные, которые могут не выдержать нагрузок из-за снижения прочности при нагревании. Наряду с этим огнестойкость стальных конструкций падает и из-за того, что при нагревании они сильно удлиняются. Так, если нагреть стальную балку длиной 15 м до 500°С, то она удлиняется на 90 мм, что приводит к возникновению разрушающих напряжений в конструкциях здания. Древесина при нагревании деформируется в 3-4 раза меньше.

Воспламенение древесины от открытого огня может происходить при температуре около 210°С и сопровождается повышением температуры.

При отсутствии открытого источника теплоты (пламени, искр) воспламенение может произойти при быстром (1-2 минуты) нагревании древесины до температуры свыше 330°С. При длительном воздействии теплоты температура воспламенения древесины снижается до 150-170°С. Это обстоятельство необходимо учитывать при размещении деревянных конструкций вблизи нагревающихся предметов (отопительных приборов, дымоходов). В этих случаях требуется обеспечить такие условия контакта древесины с ними, чтобы установившаяся температура ее не превышала 150°С.

Основным условием для продолжения и развития самостоятельного горения зажженного деревянного изделия является превышение количества теплоты, аккумулированной поверхностными слоями его, над количеством теплоты, отдаваемой в пространство. Другими словами, для поддержания и распространения горения необходимо, чтобы температура соседних участков конструкций поддерживалась выше точки воспламенения древесины.

Чем глаже (без трещин) ворса поверхность деревянных изделий, тем выше у них теплоотражающая способность, тем труднее они загораются. Острые углы, выступы, трещины снижают эту способность.

МЕХАНИЗМ ГОРЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ГОРЮЧЕСТИ

Древесина, как известно, построена волокнами целлюлозы, склеенными лигнином. Эти вещества при воздействии высокой температуры, возникающей, например, в пламени спички, подвергаются пиролизу (термическому разложению) с образованием газообразных, легко загорающихся органических веществ, причем их сгорание идет с выделением теплоты. Эта теплота может поддерживать и даже повышать тот уровень температуры, при котором огонь распространяется на соседние участки деревянного изделия.

На первой стадии горения наряду с газообразными веществами образуется и твердый углеродистый остаток (уголь), который тоже сгорает, но без пламени.

Скорость сгорания газовой фазы на несколько порядков выше, чем угля.

Основываясь на этом представлении о механизме горения, можно предложить четыре группы теоретически оправданных способов снижения горючести древесины.

Первая группа: пропитывание изделий из древесины такими веществами, которые снижали бы скорость термического разложения древесины или сдвигали направление реакций пиролиза в сторону образования меньших количеств горючих газов. Такие материалы назовем огнезащитными пропитками. Их еще называют огнезащитными составами.

Вторая группа: создание на поверхности изделий из древесины покрытия из таких материалов, которые мешали бы загоранию древесины, ее пиролизу. Назовем эти покрытия огнезащитными обмазками.

Третья группа: разбавление горючих газов негорючими газообразными веществами, например водяными парами, углекислым газом, азотом.

Четвертая группа: создание на поверхности изделий из древесины теплоотражающих покрытий.

Ранее автором статьи был сделан обзор по огнезащитным краскам, покрытия (ПК) из которых способны вспучиваться (терморасширяться, вспениваться) и образовывать слой негорючей пены с малой теплопроводностью, которая и должна спасти строительные конструкции, изделия других назначений от опасного нагрева, после которого начинается обрушение (стальные, железобетонные конструкции) или горение древесины. В обзоре была также изложена информация по вспучивающимся краскам, предназначаемым для защиты от пожара всех элементов здания - стальных, железобетонных, деревянных конструкций, электрических кабелей, воздуховодов и систем отопления, кровель, стеклянных ограждений.

В настоящем обзоре речь пойдет об огнезащите лишь ДК, причем не только огнезащитными красками, но и всеми предлагаемыми ныне видами средств. Однако описание тех вспучивающихся красок, которые вошли в предыдущий обзор, данная статья повторять не будет, хотя, подчеркнем, знать о них следовало бы.

ПРОПИТКИ

Антипиренами называют вещества, которые могут проникать внутрь древесины и делать ее негорючей. Название этих веществ происходит от имени древнегреческого бога Пироса - повелителя огня. Повышение огнестойкости путем пропитывания называют антипирированием.

Этот способ повышения огнестойкости применяют преимущественно на заводах, где производят заготовки из древесины - бруски, брус, доски.

В качестве антипиренов используют преимущественно водные растворы солей фосфорной или борной кислот или их смесей. Для увеличения глубины проникновения к растворам добавляют поверхностно-активные вещества. Пропитывание и обработку производят кистью, пневмораспылением или погружением в ванну.

Перед тем, как рассмотреть некоторые примеры пропиток и других огнезащитных средств, отметим, что объем и однородность приводимой информации для каждой из них различны. И это не небрежность автора, а следствие того, что фирмы-изготовители не всё рассказывают о своей продукции.

Пропитка противопожарная для дерева «ГАИМС-ОГНЕБТОР 20», ТУ 2182-004-42942526-98, предназначена для придания древесине 2-ой группы огнезащитной эффективности (ГОЭ). Необходимый расход - 400 г/кв. м.

Огнезащитный состав «Старый вяз» предназначен для придания древесине 1-ой или 2-ой ГОЭ в зависимости от способа обработки и расхода. Бесцветный, прозрачный, не меняет фактуру древесины. Необходимый расход - не менее 100 г/кв. м.

Огнезащитный состав «МС» предназначен для придания древесине 2-ой ГОЭ. Бесцветный, прозрачный, не меняет фактуру древесины и проявляет и биозащитные свойства.

Препарат огнебиозащитный для древесины «СЕНЕЖ-ОБ» , ТУ 5362-021-02495282-98, предназначен для придания древесине 2-ой ГОЭ и представляет собой водный раствор 25 %-ной концентрации.

Огнезащитный состав «Вупротек-2» предназначен для придания древесине 1-ой ГОЭ. Производится он в виде жидкости и порошка. Для достижения заявляемого эффекта расход порошка должен быть не менее 200 г/кв. м, жидкости - 600 г/кв. м. Порошок перед употреблением разводят водой в соотношении 1:2.

Огнезащитная несолевая пропитка с антисептическим эффектом для древесины (биопирен) «Пирилакс-3000», ТУ 2499-027-24505934, обеспечивает 1-ую и 2-ую ГОЭ (по НПБ 251-98), защищает древесину от возгорания, останавливает распространение пламени в действующем пожаре. Для придания древесине 1-ой ГОЭ необходимый расход состава - 280 г/кв. м. Для получения слабогорючей, не распространяющей пламя, трудновоспламеняемой древесины с умеренной дымообразующей способностью (показатели огнезащиты П, РП1, В1, Д2 по НПБ 244) расход состава - 400 г/кв. м. Обработка производится при температуре - 25°С h 50°С. Агрегатное состояние - прозрачная жидкость желтого цвета.

ОГНЕЗАЩИТНЫЕ ОБМАЗКИ

По большому счету, это наиболее эффективные в настоящее время, как и в далеком прошлом, средства защиты от пожара. Они представляют собой композиции на основе минеральных вяжущих (цементов различных видов, гипса строительного, жидкого стекла, фосфатных связующих, наполненных асбестом, вспученным вермикулитом, перлитовым песком, рядом других легких и огнеупорных материалов). Обмазки наносят на конструкции слоем, толщина которого может достигать нескольких сантиметров - это предопределяется желаемым интервалом времени огнезащитной эффективности. На сегодняшний день в деревянном домостроении эти обмазки применяются редко, однако некоторые из них все же отметим.

Отбросив критерий «возраста», на первое место поставим обмазку суперфосфатную, с помощью которой во время Великой Отечественной войны в Ленинграде были спасены от немецких зажигательных бомб многие здания, ведь их кровельные конструкции были деревянными. Представляет она собой смесь суперфосфата с водой в соотношении 70:30. Наносят обмазку кистью два раза с промежуточной сушкой не менее 24 час. Расход обмазки - от 1,5 кг/кв. м.

Опишем, так же нарушив критерий «возраста», и обмазку известково-глино-соле-вую, потому что она достаточно эффективна и может быть приготовлена на месте из самого доступного и дешевого сырья. Это смесь известкового теста с глиной и поваренной солью в соотношении 75:15:10. Приготавливают ее на месте использования следующим образом. Известь-пушонку, просеянную через сито с размером ячейки не более 1 мм, смешивают с водой в соотношении 1:1, получая тесто. Поваренную соль растворяют в воде, добавляя к 1 кг соли 3 кг воды, и на этом растворе замешивают глину, соблюдая то соотношение, которое приведено выше. Полученное глиняное тесто смешивают с ранее приготовленным известковым тестом, опять-таки выдерживая указанное соотношение.

Обмазку наносят кистью или шпателем в два слоя с промежуточной сушкой после первого слоя не менее 10 час. При температуре около 20°С обмазка высыхает за 12 час. Расход обмазки на оба слоя - около 1,5 кг/кв. м.

Весьма перспективными являются обмазки, наполнителем в которых является вспученный вермикулит - разновидность слюды, запасами которой Россия не обделена. Этот наполнитель легкий, устойчив к нагреванию вплоть до 800°С. Поэтому в настоящее время объемы применения таких обмазок растут довольно быстрыми темпами. Попутно отметим, что на вспученном вермикулите ныне изготавливают плиты вермикулито-силикатные «Минпласт-А», ТУ 5.967-11866-2004, толщиной 20 мм, плотностью 700 и 800 кг/куб. м, которые предназначены в том числе и для защиты от возгорания древесины. Такой плитой, разрезанной на доски соответствующих размеров, можно обкладывать плоские участки деревянных конструкций. Крепление может быть клеевым или механическим.

Огнезащитное покрытие «Вермивол-М» на основе вспученного вермикулита. Предел огнестойкости - до 3 час, срок службы - не менее 15 лет.

Огнезащитное покрытие ОПВ-2, ТУ 5767-005-00281980-2003, тоже на основе вспученного вермикулита. Предел огнестойкости при защите стальных конструкций - 0,75 - 2,5 час. при толщине 15 - 30 мм. Покрытие может эксплуатироваться лишь в условиях, исключающих воздействие атмосферных осадков. Композицию для покрытия готовят на месте применения, смешивая порошок, поставляемый заводом-изготовителем, с обычной водой. Смешивание рекомендовано производить в механических смесителях типа СО-23Б, СО-46Б. Наносить композицию желательно пневмораспылителем послойно, достигая за три прохода толщины 30 мм. Каждому слою необходимо дать высохнуть в течение 12 час. в естественных условиях. Расход при толщине слоя 30 мм - 12 кг/кв. м, предел огнестойкости - до 2,5 час.

Пиросейф фламмопласт КС-1. Из этой обмазки формируют покрытия толщиной 12 мм. Для защиты от влаги и придания цвета используют защитный лак «ПИРОСЕЙФ» СП-2. Срок противопожарной эффективности покрытия - не менее 30 лет. Эковата - один из самых необычных материалов для огнезащитных покрытий, производство которого в настоящее время в нашей стране развивается довольно быстро. Эковата - это макулатура, распушенная на волокна, к которой добавлены бура, борная кислота и натриевая соль карбоксиметил-целлюлозы. Покрытия из нее обеспечивают не только защиту от огня, но и от биоповреждений. Наряду с этим эковата повышает теплозащитные свойства, поглощает звуки. Особенно эффективно использование эковаты именно в коттеджном строительстве - для утепления чердаков, междуэтажных перекрытий, стен, водопроводных труб, герметизации щелей. Наносят ее напылением с помощью специальных выдувных установок или вручную - штукатурными инструментами. Объемная масса покрытий из эковаты - 30 - 70 кг/куб. м.

ОКРАШИВАНИЕ ОГНЕЗАЩИТНЫМИ ЛАКОКРАСОЧНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ (ЛКМ)

Покрытия, образующиеся при высыхании этих материалов, обладают огнестойкостью более высокой, чем древесина, и таким образом предохраняют ее от возго¬рания. Огнезащитные ЛКМ бывают трех видов: лаки, эмали и краски.

Лаки - это растворы полимеров, в данном случае негорючих, например хлорсульфополиэтилена. После улетучивания растворителя они образуют прозрачное покрытие, не скрывающее текстуру древесины.

Эмали - это лаки, к которым добавлены пигменты и наполнители. Они образуют цветные непрозрачные покрытия.

Если ЛКМ «построен» на основе водной дисперсии полимеров, то его называют водно-дисперсионной краской или просто краской.

Ниже приведены примеры некоторых огнезащитных лаков, эмалей и красок.

Огнезащитный лак «Вупротек-1» предназначен для придания древесине 2-ой ГОЭ. Для достижения этого эффекта расход лака должен быть не менее 150 г/кв. м. Представляет он собою двухупаковочную систему, состоящую из водного раствора антипиренов (упаковка А) и пленкообразующей композиции (упаковки Б). Содержимое упаковок смешивают перед употреблением. Этот лак полностью сохраняет фактуру древесины, а по желанию заказчика возможно его тонирование.

Огнезащитный лак «Щит-1» предназначен для придания древесине 1-ой ГОЭ. Бесцветный, прозрачный, он не меняет фактуру древесины и проявляет и биозащитные свойства. Расчетный срок действия огнезащиты - до 10 лет.

Огнезащитный лак «Терма», ТУ 2313-008-47935838-2003, предназначен для огнезащиты деревянных изделий, эксплуатируемых как внутри, так и снаружи помещения. Он обеспечивает 1-ую ГОЭ. Расчетный срок службы покрытия из него - до 15 лет.

Этот лак представляет собой суспензию от светло-серого до светло-коричневого цвета (автор статьи позволяет себе заметить, что лак не может быть суспензией, лак - истинный раствор, не содержащий твердых частиц, так что вместо термина «лак» надо было бы для этого средства использовать термин «краска»), он производится в трех разновидностях: А, Б и В. Лак А и В образует блестящее покрытие, а Б - матовое. Поставляется он в трех упаковках: грунтовка, основа лака, отвердитель.

На поверхность сначала наносят первый слой грунтовки, высушивают, после чего наносят второй слой грунтовки. Расход грунтовки на оба слоя должен составлять около 500 г/кв. м. После этого наносят один слой лака, причем лак разновидности В перед употреблением смешивают с 15%-ным водным раствором отвердителя в соотношении 10:2. Смесь необходимо использовать не более, чем за 6 час. Расход лака В(смеси) должен составлять не менее 300 г/кв. м, а А и Б - по 200 г/кв. м. По степени воздействия на человека этот продукт относится к 4-му классу опасности.

Эмаль огнезащитная КО-5101, ТУ 2312-422-05763441-2004, предназначена для придания древесине 2-ой ГОЭ. После высыхания образуется ПК серо-белого цвета. Необходимый расход - 250 г/кв. м. До рабочей вязкости доводится растворителями 646 или ксилолом.

ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ОБРАЗУЮЩИЕ ВСПУЧИВАЮЩИЕСЯ ПОКРЫТИЯ

Постепенно эти средства защиты от пожара становятся все более востребованными, поскольку их можно наносить на конструкцию тонким слоем, не утяжеляющим ее (в отличие от обмазок). Защитное действие таких ЛКМ (их еще называют интумесцентными) основано на том, что при нагревании покрытия, образуемые ими, вспучиваются (терморасширяются). При этом возникает слой кокса (негорючего) с малой теплопроводностью твердого тела. Этот слой и предохраняет конструкцию от перегрева.

В качестве функциональных добавок, обеспечивающих вспучивание при нагревании, используют самые разнообразные вещества, но в последние годы наиболее эффективными среди них следует считать так называемые интеркалированные соединения графита (ИСГ). Под действием огня или беспламен¬ного теплового удара ЛКМ, содержащие ИСГ, начинают вспучиваться уже при 120 °С, причем объем увеличивается в десятки раз. Из ИСГ как раз и образуется слой кокса. Он покрывает защищаемые поверхности, заполняет отверстия и щели, что приводит к изолированию ДК от очага пожара. Вследствие всех этих обстоятельств ПК, содержащее ИСГ, может быть толщиной всего в несколько десятков сантиметров. Разработчиком вспучивающихся красок с ИСГ является Московский государственный университет.

Файрекс-200 - композиция на основе неорганического пленкообразователя, покрытие из которой при повышении температуры более чем до 120°С вспучивается. Она предназначена для защиты изделий из древесины, фанеры, ДСП и ДВП, эксплуатируемых внутри помещения, и отвечает требованиям СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений». Согласно ГОСТ 16-636-76, обеспечивает 1-ую ГОЭ; предел распространения пламени на поверхности - нулевой.

Рекомендуемая толщина ПК - от 1 до 2 мм, расход - от 1,5 до 3 кг/кв. м. Для создания покрытия толщиной 2 мм композицию рекомендуется наносить в два слоя, причем второй наносят на первый после 10-часовой выдержки.

Краска вспучивающаяся «Протерм Вуд» белая, ТУ 2316-004-20942052-00, при расходе около 400 г/кв. м обеспечивает 1-ую ГОЭ. Она представляет собой суспензию пигментов газообразующих веществ.

Огнезащитная краска ОЗК-45Д, ТУ 2316-019-17297211-01, при расходе 350 г/кв. м может обеспечить 1-ую ГОЭ. Коэффициент вспучивания при температуре 800°С - не мене 15. Краску изготавливают на основе поливинилацетатной дисперсии, наполнителей и целевых добавок; наносят ее в два слоя кистью, валиком или распылителем.

Огнезащитный лак для внутренних работ «Нортекс-лак-огнезащита», ТУ 2313-014-24505934-02, обеспечивает 1-ую ГОЭ (по НПБ 251-98). Он предназначен для покрытия древесины, ДСП, ДВП, ламинированных и крашеных поверхностей (кроме нитроцеллюлозных) внутри зданий и сооружений и представляет собой вязкую жидкость светло-коричневого цвета. При нанесении лак надежно сцепляется с древесиной, образуя на поверхности защитную пленку. Под воздействием высоких температур и пламени защитная пленка преобразуется в пенококсовый слой, предотвращающий доступ кислорода и распространение пламени. Расход лака для придания древесине 1-ой ГОЭ составляет 180 г/кв. м.

В. А. ВОЙТОВИЧ, к. т. н., Аоцент, Нижегородский ГАСУ

СтройПРОФИЛЬ №2(48) 2006