Огнезащита клеедеревянных конструкций

В ЦНИИСК им. Кучеренко исследование огнестойкости клеедеревянных конструкций начали еще в 1970;х годах. В те годы в строительстве широко использовались несущие клееные и гнутоклееные конструкции, в том числе в качестве несущих конструкций в промышленных зданиях, в частности, для хранения химикатов. Вопрос огнезащиты таких конструкций был весьма актуален. По заданию Министерства лесной промышленности СССР была поставлена научно-исследовательская работа с целью создания огнезащитных покрытий для клееной древесины.

Огнезащитные составы по древесине можно разделить на 3 группы:

• · обмазки, представляющие собой покрытия на неорганической основе;
• · огнезащитные краски;
• · огнезащитные лаки.

Обмазки чаще всего в виде связующего содержат жидкое стекло, поэтому могут эксплуатироваться только в закрытых помещениях, без прямого контакта с капельной влагой.

Краски — смесь термостойких и газообразных наполнителей в водном растворе полимерных связующих. Как краски, так и обмазки полностью перекрывают текстуру древесины.

В процессе проведения работы были выполнены большие исследования огнестойкости чистой клееной древесины и древесины с огнезащитным покрытием. Для определения распределения температурных полей в сечении образца, в их тело были заложены термопары ТХА. Спаи проводников термопар располагались перпендикулярно сечению образцов на расстоянии соответственно 10, 20, 30, 40 мм от боковых поверхностей верхних граней. Проводники термопар были заложены в продольные пазы, выбранные в досках перед склеиванием пакетов. Выводы термопар для подключения к измерительным приборам были сгруппированы на торцевых гранях образцов и после окраски последних перед установкой в печь изолированы асбестовым волокном.

Клееные пакеты (коротыши) испытывали без нагрузки, устанавливая их на кирпичные опоры, расположенные на поде печи. При испытаниях пламя форсунок воздействовало на всю поверхность пакетов, кроме торцевых, которые перед испытанием были изолированы.

Балки подвергались равномерно распределенной постоянной нагрузке, приложенной к верхним граням. Образцы с пролетом в 6 метров укладывали на неподвижную и подвижную опоры. Верхняя грань и торцы балок были изолированы. Величина нагрузки была принята в соответствии с «Альбомом рабочих чертежей деревянных гнутоклееных рам», разработанным ЦНИИЭПсельстроем. В частности, расчетная постоянная нагрузка на 1 пог. м для второй климатической зоны составляла 156 кг и с учетом снеговой нагрузки для той же зоны — 226 кг.

Как показали испытания, огнезащитное покрытие в виде неорганической пленки, нанесенное на поверхность древесины клееных деревянных конструкций, повышает устойчивость древесины против загорания. При кратковременном (до 8 мин.) действии мощного источника поджигания (температура 650°С) покрытие предотвращает воспламенение древесины. При длительном воздействии огня (в течение 60 мин.) древесина, защищенная покрытием, переугливается с меньшей скоростью, чем без огнезащиты. Огнезащитные клееные деревянные конструкции (балки, изгибаемые прямолинейные элементы арок и рам) в течение длительного времени при воздействии огня сохраняют несущую способность.

Наибольший интерес с точки зрения дизайна представляют огнезащитные лаки — это прозрачные органические пленки, которые сохраняют внешнюю привлекательность древесины, предохраняют ее от возгорания и в совокупности с водостойкими покрытиями могут эксплуатироваться в атмосферных условиях. Чаще всего для лаков используются латексные системы. Латекс представляет собой дисперсию высокомолекулярных соединений в воде. Частицы дисперсной фазы латексов имеют близкую к сферической форму и размеры порядка 10−100 нм.

Формирование покрытия происходит в результате коагуляции латексной пленки на подложке. Среди коагуляционных воздействий наиболее часто используется концентрирование воднодисперсионной краски в умеренно тонком слое за счет испарения воды. Процесс пленкообразования из латексов состоит из трех этапов. Первый этап, связанный с удалением основной части воды, заканчивается образованием промежуточного геля. Вторая стадия — синерезис (сжатие) промежуточного геля. Завершается вторая стадия практически полным удалением воды из пленки и деформацией полимерных частиц. Основу третьей стадии пленкообразования составляют аутогенные процессы, заключающиеся в ликвидации физических границ между полимерными частицами в результате сегментальной диффузии макромолекул.

Наибольшее распространение в последнее время получили латексы на акриловой и метакриловой основе. Акрилаты представляют собой полимеры и сополимеры эфиров акриловой и метакриловой кислот.

В 2002 году испытания огнестойкости образцов клееной древесины были проведены с огнезащитным лаком «Латик» (производство «Ассоциация Крилак»), и покрывными слоями «Унитерм» (Германия), «Мерит Яхти» (Финляндия). Параллельно были испытаны образцы чистой клееной древесины. Испытания проводили по ГОСТ 30 244–94 «Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть» (СТ СЭВ 2437−80 «Пожарная безопасность в строительстве. Испытания строительных материалов на возгораемость (горючесть). Метод определения группы трудногорючих материалов». Образцы для испытаний имели размеры 1000×190×30 мм.

В первых двух случаях (при наличии огнезащитного лака) распространение горения по образцу вне зоны воздействия источника зажигания не наблюдалось. Контрольный образец через 1 мин.33 сек. начал гореть по всей длине образца, через 2 мин.25 сек. воздействие пламени было прекращено в связи с созданием пожароопасной ситуации.

На основании проведенных испытаний сделан вывод, что клееная древесина относится к группе сильногорючих веществ — Г4, в то время как образцы с огнезащитным лаком относятся к группе Г1 (слабогорючие). Расход лака «Латик» составил 1,0−1,2 кг/мІ; потери массы в процессе испытания составили 3−4% для защищенных образцов и 78% для контрольного.

Выполненные исследования со всей очевидностью доказывают, что клеедеревянные конструкции необходимо подвергать огнезащитной обработке.