Класс конструктивной пожарной опасности здания из сэндвич панелей на металлическом каркасе
Действующие нормативы пожарной безопасности зданий и сооружений изложены в СНиП 21-01-97. В разделе 5 этого документа приводится полная принятая классификация строительных материалов по воспламеняемости, огнестойкости и пожарной опасности. Каждый из этих показателей имеет свою классификационную маркировку, которая определяет физические свойства материала при воздействии на него открытого пламени и высокой температуры.
По такой же системе определения классифицируются все выпускаемые разновидности сэндвич-панелей. Для этого производители материалов проводят специальные испытания выпускаемой продукции, фиксируя полученные результаты документально.
На устойчивость многослойной конструкции к прямому воздействию пламени влияет, прежде всего, вид и марка утеплителя (наполнителя). И над повышением уровня его безопасности ведется постоянная исследовательская работа.
Принятая маркировка предела огнестойкости
В соответствии с определением СНиП 21-01-91 и ГОСТ 30247 условные обозначения степени огнестойкости сэндвич-панелей комбинируются из трех латинских букв:
- R - потеря несущей способности материала;
- E – потеря целостности конструкции;
- I – потеря теплоизоляционных свойств.
После сочетания бук ставиться числовое обозначение соответствующее пределу огнестойкости, выраженному в минутах.
Так, например, маркировка IE 60 означает, что при воздействии открытого пламени в течение часа материал приходит в критическое состояние. Наступает потеря теплоизоляционных свойств сэндвич панели и целостности конструкции. Причем данная маркировка будет действительной, если произошло всего одно событие из двух ожидаемых.
Более сложные обозначения составляются сразу по трем показателям. Маркировка R 120 / EI 90 говорит о том, что несущей способности сэндвич-панели наступает через 2 часа, а теплоизоляционные свойства материала и его целостность будут нарушены на полчаса раньше. Данный тип маркировки обычно относится к кровельным конструкциям, поскольку именно они являются несущими элементами. Стеновые сендвичные панели входят в категорию ограждающих элементов и дополнительных весовых нагрузок не несут.
Огнестойкость многослойных конструкций не является фиксированной величиной для каждой марки. Физические противопожарные свойства материалов в значительной степени зависят от собственных разработок производителей и должны указываться при поставке в сопроводительных документах.
Определение категории воспламеняемости
Строительные нормы и правила разделяют материалы на невоспламеняемые НГ и четыре категории горючих:
- Г1 – слабогорючие;
- Г2 – умеренногорючие;
- Г3 – нормальногорючие;
- Г4 – сильногорючие.
При этом определение горючести сэндвич панелей осуществляется в результате лабораторных испытаний в соответствии с указаниями ГОСТ 30244-94. Повышение или понижение категории происходит в зависимости от:
- температуры дымовых газов, выделяемых при горении;
- степени остаточного разрушения материала по объему и массе;
- продолжительности самостоятельного горения.
На основании этих данных производится пересчет коэффициента, определяющего категорию горючести.
Классы пожарной опасности сэндвич-панелей
Классификация сэндвич-панелей по пожароопасности определяет 4 класса:
- К0 – непожароопасные конструкции и элементы;
- К1 – малоопасные;
- К2 – умеренноопасные;
- К3 – пожароопасные панели.
Конструкции сэндвич-панелей и, применяемые для их изготовления, материалы самостоятельно не воспламеняются и могут быть разрушены только под воздействием стороннего огня. Поэтому их относят к малоопасному классу К1. Предназначенные для возведения зданий и сооружений панели повреждаются при пожаре не более чем на 250 мм при вертикальной установке и на 400 мм при горизонтальном расположении.
В заключение
Рассмотрим пример определения свойств сэндвич-панелей на примере изделий с наполнителем из пенополиизоцинурата.
Производитель относит свою продукцию к классу пожароопасности К1. Согласно гост у этой группы стройматериалов время горения при испытаниях не должно быть менее 15 минут. После этого начинается разрушение с потерей целостности и несущих свойств.
Следовательно, в данном примере мы имеем сендвичные панели с пожаростойкостью RE 15.
После этого определяется максимальный размер горящей области. Для класса К1 он не должен превышать 400 мм для горизонтального положения и 250 мм для вертикального. Если это условие не соблюдается, сэндвич панели не относятся к классу К1, а значит их нельзя использовать для сборки зданий и сооружений.
Поэтому, приобретая сэндвич-панели у нового для вас производителя, внимательно изучите техническую документацию на материал и все прилагаемые сертификаты. Такие документы должны быть официально заверены и соответствовать отраслевым стандартам.
Огнестойкость сэндвич панелей
К любому быстровозводимому зданию выдвигаются повышенные требования по пожаробезопасности, поэтому огнестойкость сэндвич-панелей является одной из основных характеристик данного стройматериала.
Сэндвич панели отличаются своей негорючестью, однако некоторые виды могут под воздействием высокой температуры терять эксплуатационные характеристики и выделять токсичные вещества.
1. Показатели пожарной безопасности
Базовыми показателями противопожарной безопасности сэндвич-панелей выступают предел и степень огнестойкости, которые определяются свойствами утеплителя.
Под пределом огнестойкости понимается промежуток времени, который проходит с момента возгорания до необратимых процессов в стройматериале.
Общие требования противопожарной защиты помещений, зданий и других строительных сооружений содержатся в основных документах:
- СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений»;
- ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость»;
- ГОСТ 30403-96 «Конструкции строи-тельные. Метод определения пожарной опасности».
Таблица 1.1 Степени огнестойкости зданий и пожарных отсеков (СНиП 21-01-97)
| Степень огнестойкости | Предел огнестойкости строительных конструкций, не менее | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Несущие элементы | Ненесущие стены | Между-этажные перекрытия | Бесчердачные покрытия | Лестничные клетки | ||
| Настилы | Фермы, балки, прогоны | Внутренние стены | ||||
| I | R 120 | E 30 | REI 60 | REI 30 | REI 30 | REI 120 |
| II | R 90 | E 15 | REI 45 | REI 15 | REI 15 | REI 90 |
| III | R 45 | E 15 | REI 45 | REI 15 | REI 15 | REI 60 |
| IV | R 15 | E 15 | REI 15 | REI 15 | REI 15 | REI 45 |
| V | Не нормируется | |||||
Обозначения предельных состояний огнестойкости:
- E – потеря целостности в результате образования в конструкциях сквозных трещин или отверстий, через которые на нагреваемую поверхность проникают продукты горения или открытые языки пламени.
- I – потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкций до предельных значений.
- R – потеря несущей способности вследствие обрушения конструкций или возникновения предельных деформаций.
- Цифровое значение соответствует времени достижения предельного состояния в минутах.
2. Классы пожаробезопасности
По пожарной опасности строительные конструкции делятся на 4 класса:
Данный показатель позволяет правильно выбрать стройматериал в зависимости от условий эксплуатации будущего быстровозводимого здания, тем самым, исключить вероятность обрушению сооружения при пожаре.
Таблица 2.1 Подразделение зданий пожарных отсеков на классы по конструктивной пожарной опасности (СНиП 21-01-97)
| Класс конструктивной опасности | Класс пожарной опасности строительных конструкций, не ниже | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Несущие стержневые элементы (колонны, ригели, фермы) | Стены наружные с внешней стороны | Стены, перегороки, перекрытия и бесчердачные покрытия | Стены лестничных клеток и противопожарные преграды | Марши и площадки лестниц в лестничных клетках | |
| С0 | К0 | К0 | К0 | К0 | К0 |
| С1 | К1 | К2 | К1 | К0 | К0 |
| С2 | К3 | К3 | К2 | К1 | К1 |
| С3 | Не нормируется | К1 | К3 | ||
3. Противопожарные характеристики сэндвич-панелей «Панельстрой»
Все характеристики получены на основе испытаний и подтверждены соответствующими сертификатами:
Таблица 3.1 Противопожарные характеристики стеновых и кровельных сэндвич-панелей
Огнестойкость стеновых панелей с минеральной ватой (наружные стены и перегородки)
Огнестойкость стеновых панелей с минеральной ватой (в качестве противопожарных перегородок)
Огнестойкость стеновых и кровельных панелей с пенополистиролом
Предел огнестойкости кровельных панелей с минеральной ватой при равномерно распределенной нагрузке 240 кг/м 2 (без учета собственного веса)
4. Последствия действия огня на сэндвич-панели
В результате воздействия на сэндвич-панели критически высоких температур в структуре материала могут происходить следующие изменения:
- усадка;
- нарушение целостности;
- деформация;
- выделение вредных соединений.
5. Услуги от компании «Панельстрой»
Актуальные цены на сэндвич панели
Ниже - четыре таблицы для каждого типа утеплителя. Стеновые и кровельные. На объёмы предусмотрены скидки. Семь разных толщин.
Пенополистирол, руб. за м².
Плотность утеплителя 25 кг/м³ с металлическими облицовками толщиной 0,5.
| Толщина | 50/60 | 80 | 100 | 120 | 150 | 200 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Стеновые до 500м² | 2380 | 2450 | 2530 | 2600 | 2720 | 2920 |
| Стеновые от 500м² | 2360 | 2430 | 2510 | 2580 | 2700 | 2900 |
| Кровельные до 500м² | 2535 | 2605 | 2685 | 2785 | 2885 | 2980 |
| Кровельные от 500м² | 2515 | 2585 | 2665 | 2765 | 2865 | 2960 |
Минеральная вата [МВ], руб. за м².
Плотность утеплителя 110 кг/м³ с металлическими облицовками толщиной 0,5.
| Толщина | 50/60 | 80 | 100 | 120 | 150 | 200 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Стеновые до 150м² | 2540 | 2695 | 2790 | 2910 | 2990 | 3400 |
| Стеновые 150-500м² | 2520 | 2675 | 2770 | 2890 | 2970 | 3380 |
| Стеновые от 500м² | 2500 | 2655 | 2750 | 2870 | 2950 | 3360 |
| Кровля до 150м² | 2695 | 2855 | 2945 | 3075 | 3245 | 3525 |
| Кровля 150-500м² | 2675 | 2835 | 2925 | 3055 | 3225 | 3505 |
| Кровля от 500м² | 2655 | 2815 | 2905 | 3035 | 3205 | 3485 |
Минимальны объем заказа 30 м2 каждой позиции + наценка 20 % Объем от 30 до 100 м2 наценка 20 % срок производства от 15 р.д.
Пенополиуретан [ПУР-ППУ], руб. за м².
| Толщина | 40 | 50 | 60 | 80 | 100 | 120 | 150 | 200 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Стеновые до 500м² | 2780 | 2900 | 3030 | 3305 | 3570 | 3870 | 4360 | 5190 |
| Стеновые от 500м² | 2740 | 2860 | 3000 | 3265 | 3530 | 2830 | 4320 | 5150 |
Пенополиизоцианурат [ПИР], руб. за м².
| Толщина | 40 | 50 | 60 | 80 | 100 | 120 | 150 | 200 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Стеновые до 500м² | 2780 | 2900 | 3030 | 3305 | 3570 | 3870 | 4360 | 5190 |
| Стеновые от 500м² | 2740 | 2860 | 3000 | 3265 | 3550 | 3850 | 4420 | 5150 |
| Кровельные до 500м² | 3100 | 3240 | 3390 | 3620 | 3880 | 4180 | 4670 | - |
| Кровельные от 500м² | 2060 | 3200 | 3350 | 3580 | 3840 | 4140 | 4630 | - |
Огнестойкость и пожарная опасность строительных конструкций из сэндвич-панелей
В России строительные противопожарные нормы называются «Пожарная безопасность зданий и сооружений» (СНиП 21-01-97*).
Стандарты на методы огневых испытаний строительных конструкций:
- «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования» – ГОСТ 30247.0-94,
- «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции» – ГОСТ 30247.1-94,
- «Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности» – ГОСТ 30403-96.
Ограждающие конструкции из сэндвич-панелей применяют для наружных ненесущих стен (испытания на огнестойкость без нагрузки) и покрытий в виде несущих конструкций (снеговая нагрузка) и испытывают на огнестойкость под нагрузкой, имитирующей снеговой покров.
Испытания на огнестойкость
Огневые испытания: образец конструкции помещают в испытательную печь, где горелки имитируют воздействие огнем при пожаре. Параметры воздействия задаются температурной кривой стандартного пожара. Можно обеспечить другой температурный режим, учитывающий реальный пожар.
Европейский стандарт ЕN 1363-2:1999Е (требования к методам испытаний на огнестойкость) «реальные условия» описывает типичные температурные режимы пожара: наружного, медленно развивающегося и углеводородного.
Для стандартного пожара требования к температурным кривым по стандартам РФ почти полностью соответствуют европейским. При испытании в печах поддерживают избыточное давление 10±2 Па по российским стандартам, по европейским - не более 20 Па.
В зависимости конструкции (несущая - ненесущая) образцы испытывают с нагрузкой или без.
Образцы для испытаний максимально соответствуют характеристикам реальных конструкций: образцы из сэндвич-панелей делают со стыковыми соединениями, способ крепления к несущей конструкции, крепеж и т. п. – согласно инструкции по монтажу.
Образец монтируют в держателе, который затем устанавливают в проем печи.
Фото 1. Печи для испытаний строительных конструкций на огнестойкость: а) вертикальная (стены, перегородки и т.п.); б) горизонтальныя (покрытия перекрытия и т.п.)
Фото 2. Внешний вид образцов конструкции стены из сэндвич-панелей : а) до испытаний; б) после испытаний
Габаритные размеры соответствуют размерам проема:
- для вертикальных конструкций – примерно 3000х3000 мм,
- для горизонтальных – 2000-3200 мм по ширине, 4000-6200 мм по длине.
при этом учитывается схема опоры.
При использовании сэндвич-панелей в конструкциях покрытий образцы испытывают под нагрузкой (снеговой). Распределение нагрузки и условия опирания – по технической документации.
Фото 3. Внешний вид образцов конструкции покрытия из сэндвич-панелей: а) до испытания; б) после испытания
Фото 4. Печи для испытаний строительных конструкций на пожарную опасность:
а) вертикальная (стены, перегородки и т.п.)
б) горизонтальная (покрытия, перекрытия и т.д.)
Время достижения предельного состояния
Продолжительность испытаний конструкций на огнестойкость зависи от времени, когда достигнуто предельное состояние:
- потеря несущей способности из-за обрушения или возникновения предельных деформаций (R);
- потеря целостности из-за образования сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя (Е);
- потеря теплоизолирующей способности из-за повышения температуры на необогреваемой поверхности до предельных значений (I);
Время достижения предельного состояния – основание для установления предела огнестойкости путем приведения его к ближайшей меньшей величине из ряда чисел: 15; 30; 45; 60; 90; 120; 150; 180; 240; 360.
Пример: при времени достижения предельного состояния по потере целостности 75 мин – предел огнестойкости составляет Е 60.
Предел огнестойкости конструкций нормируется по степени огнестойкости здания и вида конструкции – СНиП 21-01-97*, таблица 4*.
Пример: для наружных ненесущих стен из сэндвич-панелей в зданиях 1 степени огнестойкости нормируемый предел огнестойкости - Е 30, для бесчердачных покрытий из таких же панелей - RЕ 30.
Таблица 1. Пределы огнестойкости конструкций из сэндвич-панелей с утеплителями из пенополиуретана и минераловатных плит:
Из таблицы видно, что при прочих равных предел огнестойкости конструкций характеризуется не одной величиной, а находится в определенном диапазоне. Вероятные причины расхождений в значениях – конструкции стыковых соединений сэндвич-панелей разные: открытый или закрытый стык, применение нащельников, способ уплотнения и т. п.
Другой фактор – качество самих сэндвич-панелей и монтажа конструкции образца из них.
Класс пожарной опасности строительных конструкций
Вторая нормируемая характеристика – класс пожарной опасности строительных конструкций при испытании по ГОСТ 30403-96. Используют испытательные печи с двумя камерами - огневой (стандартный режим пожара) и тепловой (температурный режим, обусловленный передачей тепла из огневой камеры).
Время воздействия на образец конструкции определяется пределом огнестойкости. Размеры образца для испытаний, включающего стыковые соединения, по длине и ширине – не менее 2,4 м и 1,3 м.
Фото 5. Внешний вид образцов конструкций покрытия из профлиста, минералловатного утеплителя и полимерной кровли: а) до испытания; б) после испытания
Фото 6. Внешний вид образцов конструкции покрытия из профлиста, пенополистирола и полимерной кровли: а) до испытания; б) после испытания
Что характеризует пожарную опасность конструкции:
- тепловой эффект (не по абсолютной величине) от горения материалов образца;
- пламенное горение газов, выделяющихся при термическом разложении материалов образца, сроком более 5 сек;
- горящий расплав при продолжительности горения более 5 сек.
- размер повреждения образца в контрольной зоне – определяют по утеплителю, т.е. по результату вскрытия после испытания;
- пожарная опасность материалов исполнения.
Область применения строительных конструкций в зависимости от класса конструктивной пожарной опасности здания и класса пожарной опасности конструкции определяют по таблице 5* СНиП 21-01-97*.
Пример: класс пожарной опасности стен, перегородок и бесчердачных покрытий, независимо от исполнения (сэндвич-панели или других изделий), должен соответствовать КО в зданиях СО (класс конструктивной пожарной опасности здания).
Конструкции из сэндвич-панелей не подлежат обязательной сертификации в Системе сертификации в области пожарной безопасности. Но большинство изготовителей (продавцов) стремятся к получению сертификата по добровольной схеме.
🔥Огнезащита металлических конструкций
Должна ли выполняться огнезащита металлических колонн при следующих условиях. Здание с наружным металлокаркасом, стены сэндвич-панели. Колонны защищены сэндвич-панелью со стороны внутреннего пространства, снаружи ничем не защищаются. Здание II степени огнестойкости, класс конструктивной пожарной опасности здания С0. Одноэтажное.
В соответствии со ст.58 Федерального закона от 22 июля 2008 года N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности" (ред. от 13.07.2015) огнестойкость и класс пожарной опасности строительных конструкций должны обеспечиваться за счет их конструктивных решений, применения соответствующих строительных материалов, а также использования средств огнезащиты.
Требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций, выбираемые в зависимости от степени огнестойкости зданий и сооружений, приведены в таблице 21 приложения к настоящему Федеральному закону .
Соответственно, фактический предел огнестойкости строительных конструкций может быть обеспечен за счет их конструктивных решений и применяемых строительных материалов и (или) за счет использования средств огнезащиты.
На основании ч.9 ст.87 Федерального закона от 22 июля 2008 года N 123-ФЗ пределы огнестойкости и классы пожарной опасности строительных конструкций должны определяться в условиях стандартных испытаний по методикам, установленным нормативными документами по пожарной безопасности.
В настоящий момент при определении фактических классов пожарной опасности строительных конструкций используется:
- ГОСТ 30247.1-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции" .
В соответствии с п.7.2.1 ГОСТ 30247.1-94 образцы несущих конструкций должны испытываться под нагрузкой. Распределение нагрузки и условия опирания образцов должны соответствовать расчетным схемам, принятым в технической документации.
В соответствии с п.7.4 ГОСТ 30247.1-94 образцы наружных стен испытывают при воздействии тепла со стороны, обращенной при эксплуатации к помещению; покрытия и перекрытия - снизу, балки - с трех сторон, а колонны, столбы и фермы - с четырех или с трех сторон с учетом реальных условий использования и наихудшего ожидаемого результата испытания.
Образцы конструкций однослойных и симметричных многослойных внутренних стен испытывают с одной стороны, многослойных несимметричных - с каждой стороны, кроме тех случаев, когда неблагоприятная сторона может быть заранее установлена или известно направление огневого воздействия.
По результатам проведения огневых испытаний составляются протоколы испытаний (п.11 ГОСТ 30403-2012 , п.12 ГОСТ 30247.0-94 , п.10 ГОСТ 30247.1-94) , в которых указываются соответствующие данные, в том числе фактические пределы огнестойкости и фактические классы пожарной опасности строительных конструкций.
Соответственно, для присвоения конкретной строительной конструкции соответствующего фактического предела огнестойкости (к примеру, R 90) и класса пожарной опасности (к примеру, К0) необходимо проведение огневых испытаний в аккредитованной испытательной лаборатории.
Соответственно, если при разработке проектной документации предусматривается, что металлические несущие колонны защищены только сэндвич-панелью со стороны внутреннего пространства, то необходимо учитывать, что для проведения огневых испытаний в целях определения фактического предела огнестойкости данной строительной конструкции необходимо будет представлять в лабораторию для испытания образец колонны с примыкающей сэндвич - панелью.
При этом необходимо учитывать, что предел огнестойкости узлов крепления и сочленения строительных конструкций между собой должен быть не менее минимального требуемого предела огнестойкости стыкуемых строительных элементов (ч.2 ст.137 Федерального закона от 22 июля 2008 года N 123-ФЗ ).
Если в ходе огневых испытаний будет установлено, что металлическая несущая колонна, защищенная сэндвич-панелью со стороны внутреннего пространства здания, будет иметь фактический предел огнестойкости не менее R90, то, соответственно, для данной колонны не требуется дополнительно огнезащита.
Если в ходе огневых испытаний будет установлено, что металлическая несущая колонна, защищенная сэндвич-панелью со стороны внутреннего пространства здания, не будет иметь фактический предел огнестойкости не менее R90, то, соответственно, для данной колонны требуется дополнительно применять огнезащиту для обеспечения фактического предела огнестойкости не менее R90.
Также необходимо учитывать, что в соответствии с п.5.4.3. СП 2.13130.2012 "Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты" (ред. от 23.10.2013) в зданиях I и II степеней огнестойкости для обеспечения требуемого предела огнестойкости несущих элементов здания, отвечающих за его общую устойчивость и геометрическую неизменяемость при пожаре, следует применять конструктивную огнезащиту.
Применение тонкослойных огнезащитных покрытий для стальных конструкций, являющихся несущими элементами зданий I и II степеней огнестойкости, допускается для конструкций с приведенной толщиной металла согласно ГОСТ Р 53295-2009 "Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности" (ред. 09.07.2014) не менее 5,8 мм.
Приведенная толщина металла: отношение площади поперечного сечения металлической конструкции к периметру ее обогреваемой поверхности (п.3.10 ГОСТ Р 53295-2009) .
В соответствии с п.5.2.5 СП 2.13130.2012 эффективность средств огнезащиты, применяемых для обеспечения требуемых пределов огнестойкости конструкций, должна оцениваться посредством испытаний по определению пределов огнестойкости строительных конструкций.
Пределы огнестойкости строительных конструкций с огнезащитой и их класс пожарной опасности устанавливают по ГОСТ 30247 и ГОСТ 30403.
Теплоизоляционные материалы сэндвич-панелей и пожарно-технические характеристики быстровозводимых зданий
«ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ СЭНДВИЧ-ПАНЕЛЕЙ И ПОЖАРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЫСТРОВОЗВОДИМЫХ ЗДАНИЙ»
ООО «Международный противопожарный центр»:
Мельников Владимир Семенович
Кириллов Сергей Владимирович
Потемкин Сергей Александрович
ЗАО «АРИАДА»:
Васильев Виктор Григорьевич
Ванин Сергей Александрович
Методики предлагаемого нормативного документа позволили провести сравнительные испытания разного масштаба. Лабораторные испытания (на печах) и натурные огневые испытания выявили не только различия, но и подобие многих реакций на огневое воздействие, как фрагментов зданий, так и строительных конструкций с теплоизоляционными материалами из групп горючести Г1 (минеральная вата) и Г3 (пенополиизоцианурат — ПИР).
В соответствии с Таблицами 21, 22 Федерального Закона №123-ФЗ «Технического регламента о требованиях пожарной безопасности» для испытанных фрагментов из сэндвич-панелей следует установить II степень огнестойкости независимо от горючести теплоизоляционного материала. Класс конструктивной пожарной опасности — С1, если применяется минеральная вата, и С2 – для ПИР. Однако оценка соответствия показывает также, что некоторые конструктивные решения обеспечивают реакцию на огневое воздействие этих объектов, как у зданий класса конструктивной пожарной опасности С0. То есть имеется существенный потенциал для расширения применения сэндвич-панелей.
Сочетание физического и математического моделирования обеспечивает достоверность прогноза динамики опасных факторов, рисков и последствий пожаров. В связи с этим показана возможность адекватного математического моделирования, что позволит пользоваться расчётным методом при проектировании ограждающих конструкций из сэндвич-панелей, прошедших огневые испытания, и существенно сократить расходы на подтверждение соответствия требованиям пожарной безопасности.
Многие производители заинтересованы в производстве и реализации инновационных продуктов с улучшенными характеристиками, однако, оценивая финансовые вложения в разработку и подтверждение соответствия, а также риск получения отрицательного результата, отказываются от работ. Для снижения издержек путь новой продукции может быть проложен через планирование экспериментов с целью улучшения пожарно-технических характеристик при оптимизации себестоимости. Некоторые полученные таким образом новые органические теплоизоляционные материалы уже в настоящее время прошли сертификацию серийного выпуска в ФГБУ ВНИИПО МЧС России и отнесены к группе горючести Г1.
Дальнейшие улучшения сегодня реализуются путём сравнительных испытаний на пожарную опасность и огнестойкость строительных конструкций из сэндвич-панелей с теплоизоляционными материалами уже из одной группы горючести (Г1): минеральной ваты и модифицированных ПИР.
Минеральная вата и пенополиизоцианурат – два конкурирующих материала. В Европе органика при производстве сэндвич-панелей победила. Отечественные производители также стремятся к уровню соответствующему потребностям строительной отрасли. Новый стандарт (ГОСТ Р 56076-2014) как раз создавался для объективной оценки безопасности увеличения доли рассматриваемой продукции.
Потенциальную опасность применения разных материалов рассмотрим на простом примере строительства склада. Пусть его параметры полностью соответствуют требованиям пожарной безопасности. Такое здание без нарушений можно построить с ограждающими конструкциями из сэндвич-панелей с минеральной ватой (вариант 1) или с пенополиизоциануратом (вариант 2).
Класс функциональной пожарной опасности Ф 5.2 (п.1 п.п 5.б, статьи 32 ФЗ №123-ФЗ) Категория помещений В1 (табл. Б.1 СП 12.13130.2009) Категория здания В (п. 6.6 СП 12.13130.2009) Степень огнестойкости здания IV Класс конструктивной пожарной опасности С2, С3 (категория В, менее 2 600 м2, табл.6.3, СП12.13130.2009) Оборудуется АУПТ да (В1, более 300 м2, п.4.2, табл.А3 СП 5.13130.2009) Пределы огнестойкости строительных конструкций: для здания IV степени огнестойкости, (табл.21 ФЗ №123-ФЗ) — колонны, фермы R15 — настилы RE15 — несущие стены E15 Класс пожарной опасности строительных конструкций: для здания класса С3 не нормируется (табл.22 ФЗ №123-ФЗ) — колонны, фермы Ko — настилы K1 или K2 — несущие стены K1 или K2
Теперь мы теоретически допустим пожар, при котором оба варианта зданий (из ПИР и минеральной ваты) полностью сгорели. Оказывается, что последствия пожара для ПИР и Минваты отличаются незначительно, поскольку наибольшая часть продуктов горения образуется за счёт функциональной пожарной нагрузки, т.е. товаров, материалов, оборудования, которые хранятся в складе.
Тем не менее, технический регламент (ФЗ №123-ФЗ) устанавливает требования к огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций. Они не должны стать причиной нарастания опасных факторов пожара и распространения пожара. Важно, что оценка соответствия проводится в формах исследований и испытаний.
Перейдём к испытаниям. В первую очередь для сравнения конкурентов обычно используют испытание на горючесть. Здесь показаны результаты огневого воздействия на образцы минеральной ваты (слева) и качественной модификации пенополиизоцианурата (ПИР) (справа). Сегодня можно считать доказанным факт, что оба продукта могут относиться к одной группе горючести — Г1.
Однако, это не гарантирует одинаковых пожарно-технических показателей строительных конструкций. Оказывается, что пожарная опасность стен и покрытий при одинаковой горючести теплоизоляционного материала может отличаться. В этом примере (на рисунке ниже) стена с минеральной ватой имеет класс пожарной опасности К1, а с органикой — К2, хотя оба материала взяты из группы горючести Г1.
Такое поведение объясняется отличием процессов горения. Если для теплофизика (с точки зрения теплофизики) минеральная вата всегда является теплоизоляционным материалом, который не может быть сухим, то для пожарного (с точки зрения пожарной безопасности) минеральная вата является хорошим «карбюратором», т.к. в ней по всему объёму содержится достаточно кислорода (воздуха), способствующего горению органических связующих веществ и праймера на поверхности.
При существенном огневом воздействии наблюдаются повреждения не только связующих веществ, но и самого минерального волокна. На приведённой фотографии (ниже) видно, что в результате испытания толщина минерального волокна уменьшилась со 100 до 50 мм.
До испытаний в минеральной вате связующие вещества распределены между волокнами, они также висят на волокнах в виде застывших капель. При огневом воздействии происходит выгорание: сначала на поверхности, а затем обугливание происходит по всей толщине. Ещё быстрее горит праймер, который сосредоточен у поверхности. Наблюдается главный признак горения — обугливание теплоизоляционного материала. Вот как это выглядит под микроскопом.
Механизмы горения пенополиизоцианурата (ПИР) более разнообразны (они насчитывают более 20 вариантов физико-механического и физико-химического реагирования на огневое воздействие). Например, при огневом воздействии возможна усадка материала, вспучивание и растрескивание.
Очень важно отметить, что горение ПИР-изоляции всегда протекает при недостатке кислорода, это происходит благодаря газонепроницаемой структуре самого пенопласта, а также из-за обшивок, если рассматривается горение в составе сэндвич-панелей. Недостаток кислорода в значительной степени и спасает от горения теплоизоляционный материал ПИР.
Ещё раз возвращаясь к испытаниям на пожарную опасность, отметим, что эти экспериментальные данные показывают отсутствие прямой корреляции между горючестью теплоизоляционного материала и классом пожарной опасности строительнойконструкции, в которой он используется.
На рисунке ниже — образец покрытия, которое имеет класс пожарной опасности — К1 при горючести теплоизоляционного материала — Г2. Этот пример доказывает, что показатель пожарной опасности можно улучшить не за счёт горючести, а за счёт изменения физико-механического и физико-химического механизмов реакции на огневое воздействие.
Теперь перейдём к методам испытаний.
По известному всем стандарту ГОСТ 30403-2012 класс пожарной опасности определялся как размерами повреждений образцов, так и пожарно-техническими характеристиками материалов. Кроме того, без испытаний допускалось устанавливать класс пожарной опасности К0, если материалы конструкции негорючие.
Однако экспериментально установлены следующие особенности строительных конструкций из сэндвич-панелей:
- все применяемые теплоизоляционные материалы, включая материалы на основе минеральной ваты, являются горючими;
- отсутствует корреляция между горючестью теплоизоляционного материала и классом пожарной опасности строительной конструкции.
Новый стандарт ГОСТ Р 56076-2014 полностью учитывает указанные выше факты. Поэтому теперь все конструкции надлежит испытывать (если мы хотим получить классы пожарной опасности выше К3) и учитывать свойства повреждаемых материалов только по их реакции на огневое воздействие в составе конструкций.
Инновация стандарта ГОСТ Р 56076-2014 заключается в существенном усилении средств объективного контроля. Впервые в практике отечественных испытаний на огнестойкость и пожарную опасность появилась запись термограмм. Установлены требования к термографам (тепловизорам) и видеорегистраторам.
Пример на рисунке ниже показывает момент записи термограмм и видеоряда при натурном испытании. Цветные термограммы позволяют анализировать течение тепломассообменных процессов и получать зависимости температур от времени для любой наблюдаемой точки. Они хранятся в цифровом виде и в любое время могут быть использованы для анализа и в качестве доказательства проведения испытаний.
Применение методов нового стандарта рассмотрим в самом простом случае: точечного огневого воздействия паяльной лампой на стык стены из сэндвич-панелей. Первое средство объективного контроля дает нам видеоряд изменений во времени. Удобный метод сравнения показывает очень похожие результаты для Минеральной ваты и ПИР.
Второе средство объективного контроля – термограф, направленный на необогреваемую сторону, выявляет различные механизмы горения и теплопередачи. Заметно то, что в минеральной вате зона прогрева значительно больше и смещена вверх из-за газопроницаемости волокон.
Вскрытие и обследование конструкций (по новому стандарту) традиционно нацелены на определение размеров повреждений. Как видно, для минеральной ваты, в случае точечного источника, повреждения оказались больше, чем для пенополиизоцианурата.
Теперь посмотрим, как можно использовать ГОСТ Р 56076-2014 при разработке новой продукции. Для сэндвич-панелей тут рекомендуется начинать с испытаний на пожарную опасность. В сочетании с термографией за 5-8 спланированных экспериментов по подбору материалов, технологии и параметров конструкции выходим на требуемый класс пожарной опасности. Очень важно то, что одновременно можно оценивать огнестойкость, так как температурный режим в огневой камере печи совпадает с температурным режимом при испытании на огнестойкость.
Выбор в качестве функции цели огнестойкости также позволяет за 5-8 спланированных экспериментов подобрать материалы, технологию и параметры конструкции панелей. Ниже на рисунке показан пример сочетания испытаний на огнестойкость с термографией для перекрытия.
Косвенно использование нового стандарта позволяет сделать более рациональным алгоритм разработки новых теплоизоляционных материалов. Результаты этих испытаний теперь не надо учитывать при определении пожарной опасности конструкций. Рекомендуется в качестве основных выбирать сочетание испытаний на горючесть и санитарно-химических исследований. Последние обязательно проводить при температуре экспозиции, равной температуре эксплуатации на кровлях и стенах зданий.
Средства объективного контроля дают информацию, которую удобно использовать при сравнении натурных огневых испытаний. Например, сравнение видеоряда горения локального модельного очага показывает, что модель с теплоизоляционным материалом из группы горючести Г3 ничем не хуже реагирует на огневое воздействие относительно модели с минераловатным утеплителем (Г1). После завершения испытаний самостоятельное горение ПИР-панелей отсутствовало. Также не было распространения горения внутри этих панелей.
Испытания в условиях объёмного пожара показали, что предел огнестойкости по несущей способности у ПИР-панелей выше!
Испытания моделей, состоящих из двухэтажной огневой секции и приставного модуля показали, что распространения горение от очага пожара по строительным конструкциям из ПИР-панелей не происходит.
Термограммы натурных испытаний позволяют выявить момент потери целостности ограждающих конструкций. Оказалось, что для двухмерных и трёхмерных стыков они практически одинаковые для ПИР-панелей и панелей с минеральной ватой.
Вскрытие конструкций также показало, что пенополиизоцианурат не распространяет горение за пределы огневой зоны (зоны прямого огневого воздействия).
Результаты испытаний трёхмерных моделей были использованы при настройке математических моделей. В приведённом примере ниже показаны расчётные тепловые поля для двухэтажной огневой секции.
Результаты расчёта удовлетворительно совпадают с экспериментальными данными. Во-первых, теперь при подготовке новых испытаний трёхмерных моделей можно рекомендовать проведение предварительного расчёта тепломассообменных процессов, это существенно оптимизирует испытания и снизит расходы на их проведение. Во-вторых, важно, что адекватные математические модели, настроенные с учётом экспериментальных данных, можно использовать при рассмотрении сценариев возможных пожаров реальных объектов.
ГОСТ Р 56076-2014 «Конструкции строительные. Конструкции из панелей с металлическими обшивками. Методы испытаний на огнестойкость и пожарную опасность»
- Позволяет использовать пожарно-технические показатели строительных материалов и строительных конструкций, как независимые функции цели при разработке новой продукции.
- Вводит средства объективного контроля в лабораторные и натурные методы испытаний на пожарную опасность и огнестойкость.
- Устанавливает методы стандартных испытаний трёхмерных строительных конструкций с целью оценки пожарной опасности и пределов огнестойкости, в том числе, узлов крепления и сочленения, а также с целью получения информации для настройки адекватных математических моделей.
- Соответствует принципу добровольного применения, обеспечивает соблюдение подходов к обеспечению безопасности на альтернативной основе, способствует разработке и использованию новых технологий материалов и конструкций.
Строительные конструкции из сэндвич-панелей с представленными модификациями пенополиизоцианурата
Читайте также: