Анализ применения огнезащитных композиций для древесины и разработка методов контроля их наличия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат наук Панев Никита Михайлович

• Панев Никита Михайлович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Панев Никита Михайлович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ОГНЕЗАЩИТЫ ДРЕВЕСИНЫ И КОНТРОЛЯ ЕЁ НАЛИЧИЯ

§ 1.1 Анализ современных средств огнезащиты древесины

§ 1.2 Химические вещества, являющиеся компонентами ОЗС

§ 1.3 Методы контроля наличия ОЗС на древесине

Глава 2 ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ КИСЛОРОДНОГО ИНДЕКСА

ОБРАЗЦОВ ДРЕВЕСИНЫ

§ 2.1 Методика оценки кислородного индекса веществ и материалов

§ 2.2 Определение эффективности индивидуальных антипиренов при обработке

древесины

§ 2.3 Разработка смесевого ОЗС и оценка его огнезащитной эффективности

2.3.1 Структура перспективной огнезащитной композиции

2.3.2 Определение оптимальных концентраций индивидуальных антипиренов в пропиточных растворах

2.3.3 Значения КИ для древесины, обработанной различными ОЗС

Глава 3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ ДРЕВЕСИНЫ, ПРОШЕДШЕЙ ПОВЕРХНОСТНУЮ

ОГНЕЗАЩИТНУЮ ПРОПИТКУ

§ 3.1 Физическая картина процесса термодеструкции антипирированной

древесины

§ 3.2 Решение задачи нестационарного теплопереноса в антипирированной

древесине в условиях пожара

Глава 4 ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИПИРИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

МЕТОДОМ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

§ 4.1 Методика исследования ОЗС для древесины с помощью инфракрасной спектроскопии

древесины

Глава 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАЛИЧИЯ ОЗС НА СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

§ 5.1 Разработка метода определения наличия ОЗС на строительных изделиях из

древесины

§ 5.2 Прибор для определения наличия ОЗС на древесине

Заключение

Список литературы

Приложение

На сегодняшний день одним из наиболее распространённых строительных материалов является древесина и её производные. Можно с уверенностью сказать, что древесина долгие годы будет востребована в связи с её свойствами: экологичностью, простотой механической обработки, прочностью, а также возобновляемостью ресурсов.

Наиболее существенным недостатком древесины и материалов на её основе является высокая пожарная опасность. На основании нормативных документов, а также мирового исследовательского опыта можно сказать о том, что необходимый уровень пожарной безопасности строительных материалов и изделий можно обеспечить с помощью средств конструктивной огнезащиты, к которым в том числе относятся огнезащитные средства (далее - ОЗС) и огнебиозащитные составы (далее - ОБЗС) для поверхностной и глубокой пропитки изделий из древесины. При этом следует отметить тот факт, что несмотря на множество разработок в рассматриваемой области, отсутствует единый подход к вопросам, связанным с научным обоснованием использования различных антипирирующих составов. Так, при использовании вспучивающихся покрытий обеспечивается значительное снижение пожарной опасности древесины, но не обеспечивается устойчивость материала к биодеструкции. Глубокая пропитка древесины повышает её устойчивость к воздействию опасных факторов пожара (далее - ОФП) и биологическому разрушению, но для реализации на практике требует использования крупногабаритного, энергозатратного и дорогого оборудования (ванн, автоклавов и др.). Поверхностная пропитка древесины ОЗС обеспечивает глубину проникновения, необходимую для огнезащиты материала. Такая технология отличается простотой реализации на практике и является наиболее приемлемой для массового использования.

Также стоит отметить, что влияние отдельных компонентов ОЗС на пожарную опасность древесины практически не изучено. Это не позволяет

реализовать научный подход при разработке и оптимизации составов, предназначенных для снижения пожароопасных характеристик древесины и строительных материалов на её основе.

Ещё одним важным вопросом, связанным с использованием огнезащитных составов, является определение наличия антипиренов на деревянных конструкциях при осуществлении надзора за соблюдением требований пожарной безопасности, а также при расследовании пожаров. Существующие методики сложны, требуют больших затрат времени и ручного труда, а также ориентированы на использование дорогостоящих приборов. Более простые устройства нельзя отнести к приборам экспресс-контроля, а их возможности не отвечают современным требованиям. Действительность требует от подобных устройств высокой производительности, надёжности и простоты использования.

Цель работы заключалась в оценке эффективности антипиренов, входящих в состав ОЗС, на основе показателей пожарной опасности, а также разработка метода оценки наличия антипиренов на строительных изделиях из древесины до и после пожара.

Задачи исследования заключались в следующем:

1) выявление наиболее распространённых индивидуальных антипиренов, использующихся в рецептуре ОЗС и оценка их огнезащитной эффективности;

2) создание математической модели, описывающей процесс термодеструкции древесины, прошедшей поверхностную огнезащитную пропитку;

3) разработка методики определения наличия ОЗС на строительных изделиях из древесины до и после пожара;

4) разработка экспресс-метода и устройства контроля наличия ОЗС на строительных изделиях из древесины.

Актуальность работы обусловлена следующими факторами:

1) на сегодняшний день нет подтверждённых экспериментальным путём данных об огнезащитной эффективности отдельных химических веществ, выступающих в роли антипиренов;

2) перед надзорными органами стоит задача по контролю качества проводимых противопожарных мероприятий, в частности, определение наличия огнезащитных составов на поверхности древесины;

3) при расследовании пожаров возникает необходимость установления факта наличия/отсутствия ОЗС на сгоревших или поврежденных строительных изделиях.

Степень разработанности темы исследования

Вопросам изучения пожарной опасности древесины и разработки рецептур ОЗС посвящены многочисленные работы отечественных и зарубежных ученых. Имеется большой опыт эффективного снижения пожарной опасности древесины с помощью применения ОЗС и ОБЗС для поверхностной и глубокой пропитки. Однако все разработки в области огнезащиты древесины на сегодняшний день основаны лишь на опыте применения смесевых составов, наносимых на поверхность строительных конструкций. Вопросы влияния отдельных веществ на пожарную опасность деревянных конструкций мало изучены и требуют проведения соответствующих исследований.

Также, как было указано выше, на сегодняшний день не до конца изучен вопрос разработки возможности контроля наличия антипиренов в древесине без разрушения эксплуатируемого изделия.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ применения огнезащитных композиций для древесины и разработка методов контроля их наличия»

Научная новизна работы

1) экспериментально установлены значения кислородного индекса древесины, прошедшей огнезащитную обработку индивидуальными антипиренами;

2) впервые произведено ранжирование антипиренов по показателю кислородного индекса древесины, прошедшей поверхностную огнезащитную пропитку;

3) разработана математическая модель, позволяющая оценить процесс термодеструкции древесины, обработанной ОЗС, в условиях пожара;

4) предложен метод неразрушающего контроля наличия ОЗС на строительных изделиях из древесины.

Теоретическая значимость работы:

1) проведена оценка пожарной опасности древесины, обработанной индивидуальными соединениями, которые запатентованы в качестве ОЗС для поверхностной пропитки древесины;

2) разработан метод, позволяющий оценить качество огнезащитной поверхностной пропитки на строительных изделиях из древесины;

3) предложена модель, описывающая процесс термодеструкции древесины, обработанной ОЗС.

Практическая значимость работы заключается в том, что использование её результатов позволит:

1) осуществлять обоснованный выбор антипиренов при составлении рецептур ОЗС для древесины;

2) проводить оценку наличия ОЗС как на эксплуатируемых строительных изделиях из древесины, так и на сгоревших объектах;

3) добиться снижения ущерба от пожаров в зданиях и сооружениях, построенных с применением строительных изделий из древесины.

Методология и методы исследования.

Решение задач, поставленных в данной работе, проводилось с помощью анализа литературных и справочных данных, посвященных изучению поведения изделий из древесины в условиях пожара, находящихся в открытом доступе патентных и нормативно-правовых источников, выявление закономерностей, их описание и обобщение. Базу теоретических исследований составил. Экспериментальные исследования включали в себя применение физических и физико-химических лабораторных и полевых методов испытаний.

Положения, выносимые на защиту:

1) данные о пожарной опасности древесины, обработанной антипиренами, применяемыми при производстве ОЗС для поверхностной пропитки деревянных строительных изделий;

2) математическая модель теплопереноса в системе «источник высокой температуры-ОЗС-древесина»

3) основные положения методики контроля наличия ОЗС на строительных изделиях из древесины до и после пожара;

4) техническое устройство для проведения контроля наличия ОЗС на строительных изделиях из древесины.

Степень достоверности полученных результатов и выводов подтверждается применением современных физических, физико-химических и химических методов исследования на сертифицированном и поверенном оборудовании, применением гостированных методик и соответствием данных, полученных в результате экспериментов, существующим представлениям о процессе горения и термодеструкции древесины.

Апробация результатов работы проводилась на таких научных мероприятиях, как:

1) Х Международная научно-практическая конференция «Пожарная и аварийная безопасность» (Иваново, ИПСА ГПС МЧС России, 2015);

2) V Международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «Проблемы техносферной безопасности-2016» (Москва, АГПС МЧС России, 2016);

3) Межвузовская научно-техническая конференция аспирантов и студентов (с международным участием) «Молодые ученые - развитию текстильно-промышленного кластера (ПОИСК - 2016)» (Иваново, ИвГПУ, 2016);

4) XIX Международный научно-практический форум «Физика волокнистых материалов: структура, свойства, наукоемкие технологии и материалы (SMARTEX-2016)» (Иваново, ИвГПУ, 2016);

5) «Школа молодых учёных и специалистов МЧС России - 2016» (Воронеж, Воронежский институт ГПС МЧС России, 2016)

6) XI Международная научно-практическая конференция «Пожарная и аварийная безопасность», посвященная году Пожарной Охраны России (Иваново, ИПСА ГПС МЧС России, 2016);

7) IV Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные вопросы совершенствования инженерных систем обеспечения пожарной

безопасности объектов», посвященная Году гражданской обороны (Иваново, ИПСА ГПС МЧС России, 2016);

8) Межвузовская научно-техническая конференция аспирантов и студентов (с международным участием) «Молодые ученые - развитию текстильно-промышленного кластера (ПОИСК - 2017)» (Иваново, ИвГПУ, 2017);

9) XII Международная научно-практическая конференция «Пожарная и аварийная безопасность», посвященная Году гражданской обороны (Иваново, ИПСА ГПС МЧС России, 2017);

10) Межвузовская (с международным участием) молодёжной научно-техническая конференция «Молодые ученые - развитию Национальной технологической инициативы (ПОИСК-2018)» (Иваново, ИвГПУ, 2018);

11) II Международная научно-практическая конференция «Современные пожаробезопасные материалы и технологии - 2018» (Иваново, ИПСА ГПС МЧС России, 2018);

12) XIII Международная научно-практическая конференция «Пожарная и аварийная безопасность», посвященная Году культуры безопасности (Иваново, ИПСА ГПС МЧС России, 2018);

13) Межвузовская (с международным участием) молодёжной научно-техническая конференция «Молодые ученые - развитию Национальной технологической инициативы (ПОИСК-2019)» (Иваново, ИвГПУ, 2019);

14) XIV Международная научно-практическая конференция «Пожарная и аварийная безопасность», посвященная 370-летию Пожарной охраны России (Иваново, ИПСА ГПС МЧС России, 2019).

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в виде 19 статей и тезисов докладов, в том числе 5 работ в изданиях, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук, а также 14 работ в изданиях (13 трудов конференций и 1 журнале), не включенных в Перечень

рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук. Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего в себя 79 наименований, а также приложения. Работа изложена на 104 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка и 35 таблиц.

§ 1.1 Анализ современных средств огнезащиты древесины

Древесина - уникальный природный материал, широко известный и благодаря своим ценным свойствам. Древесины применяется в таких сферах и отраслях народного хозяйства, как получение тепловой энергии и разнообразных химических веществ, изготовление продуктов народного потребления. Привлекательность древесины объясняется возобновляемостью ресурса, лёгкостью механической обработки, экологичностью и широкой доступностью.

Одной из отраслей применения древесины долгие годы является строительство зданий различного назначения, в том числе и в жилом фонде. До сих пор в нашей стране при строительстве большинства зданий и сооружений используются те или иные элементы, выполненные из дерева. Здания жилого фонда, в особенности, частные домовладения, зачастую выполняются более чем на 70% из древесины и материалов на её основе. Древесина из-за хороших весовых свойств и высокой теплоизолирующей способности всегда привлекала к себе внимание строителей. Сегодня в мире развиваются новые технологии производства и применения конструкционных материалов из цельной древесины, что открывает перспективы строительства зданий и сооружений различного назначения [1].

В настоящее время одним из перспективных направлений развития сферы деревянного строительства является поиск путей снижения пожарной опасности зданий и сооружений из древесины, а также их отдельных конструктивных элементов [1].

Согласно тенденциям развития деревянного домостроения в Российской Федерации, за период до 2020 года объём строительства зданий и сооружений из древесных материалов должен увеличиться примерно на четверть. Этому способствует в том числе разработка новых технологий повышения

долговечности деревянных конструкций. Работы в этом направлении ведутся на протяжении последних десятилетий в России и за её пределами [1].

Проблема обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений, а также людей, которые в них находятся, остаётся одной из актуальнейших задач современной науки.

Вследствие пожаров, уничтожавших населённые пункты, застроенные преимущественно зданиями, строениями из горючих материалов, возникала необходимость снизить их пожарную опасность, заменить более огнестойкими. В связи с данным фактом долгие годы проводится поиск эффективных средств и способов снижения пожарной опасности изделий из древесины.

История проведения работ по целенаправленному снижению пожарной опасности органических материалов началась в начале XVIII века. Для уменьшения опасности возгорания целлюлозных материалов (в том числе и готовых деревянных строительных изделий) их пропитывали или обмазывали веществами минерального происхождения. После пожара города Москвы 1812 года на государственном уровне был введен запрет на строительство деревянных домов, а эксплуатируемые дома с бревенчатыми стенами должны были оштукатуриваться глиной [2]. Также пожарную опасность деревянных строительных изделий снижали путём нанесения на их поверхность известкового раствора.

В 1930-х годах вопросы огнезащиты строительных материалов и изделий в России начали решать на научной основе. Исследованиями в данной области занимался химический отдел Центральной научно-исследовательской лаборатории (ЦНИЛ НКВД СССР, 1929 год), позже перешедший в структуру Центрального НИИ противопожарной обороны (ЦНИИПО НКВД СССР, 1937 год), в настоящее время преобразованный в Отдел пожарной безопасности строительных материалов, который состоит в структуре Научно-исследовательского центра профилактики пожаров и предупреждения ЧС с пожарами (НИЦ ПП и ПЧСП) Всероссийского научно-исследовательского института противопожарной обороны МЧС России» [2].

Правильное и своевременное применение огнезащиты способно обеспечить предотвращение возгорания, замедлить или прекратить развитие пожара в начальной стадии, обеспечить его локализацию, снизить влияние ОФП и способствует быстрой ликвидации пожара.

Несмотря на кажущуюся сложность выбора и применения ОЗС для древесины, они находят всё более широкое применение. Практика показывает, что дополнительные затраты на обработку древесины окупаются.

Главными задачами применения ОЗС в ходе огнезащитных работ по древесине являются обеспечение невоспламеняемости от слабых источников зажигания, максимальное замедление распространения пламени материала по поверхности на ранних стадиях развития пожара.

Современные средства огнезащиты строительных конструкций классифицируются согласно [3] (рис. 1-4).

Рисунок 1 - Классификация огнезащитных средств в зависимости от устойчивости к воздействию агрессивных факторов [3].

Классификация огнезащнтных средств в зависимости от условий их эксплуатации

> г \ Г

предназначенные для эксплуатации на открытом воздухе или под навесом предназначенные для эксплуатации в закрытом неотапливаемом помещении

1 г > г

предназначенные для эксплуатации в закрытом отапливаемом помещении предназначенные для эксплуатации в иных специально оговоренных условиях

Рисунок 2 - Классификация огнезащитных средств в зависимости от условий их

эксплуатации [3].

Рисунок 3 - Классификация огнезащитных средств в зависимости от способа

нанесения [3].

Рисунок 4 - Классификация огнезащитных средств в зависимости от их состава и

свойств [3].

Огнезащитные покрытия представляют собой вещества пастообразной консистенции. Пасты, обмазки, лаки, краски способствуют значительному снижению пожарной опасности древесины, при этом не обеспечивается устойчивость материала к биодеструкции, а также не сохраняется внешний вид материала.

Для того, чтобы древесина после обработки не утратила естественный вид, её защищают путём пропитывания. Применение ОБЗС для глубокой пропитки эффективно снижает пожарную опасность деревянных конструкций и повышает стойкость древесины к биологическому повреждению. Также стоит отметить, что глубокая пропитка является трудоёмким и технологически сложным процессом, требующим применения крупногабаритного и энергозатратного оборудования.

Существуют следующие технологии пропитки древесины защитными срелствами: пропитка под давлением, автоклавно-диффузионная пропитка, пропитка в ванне и поверхностная пропитка [4].

Пропитка под давлением является эффективной, но только для плит, изготовленных с применением водостойких фенолоформальдегидных связующих. Нативная древесина в процессе пропитки набухает и необратимо деформируется, а последующая сушка плит делает процесс пропитки нерентабельным.

Автоклавно-диффузионный метод пропитки заключается в нанесении на древесину смеси антипирена и хорошо набухающего клейкого вещества. Недостаток этого метода - большая длительность процесса пропитки (около 140 суток) [4].

Пропитку в ванне ведут в ёмкостях методом горяче-холодных ванн. Недостатком данного метода является плохая восприимчивость ядра древесины к пропитке, а также ограниченная возможность регулирования количества вводимого ОЗС и большая временная протяженность процесса.

Поверхностная пропитка древесины антипиренами позволяет качественно снизить пожарную опасность материала. Отличительной особенностью такого вида защиты является то, что пропитки работают не только в начальной стадии пожара, но и в условиях развивающегося пожара. Сущность метода

поверхностной пропитки заключается в нанесении пропиточного раствора на деревянные конструкции (несколько нанесений с промежуточной сушкой) [4].

В настоящее время для огнезащиты строительных конструкций используются десятки наименований пропиток. Их основным недостатком является недолговечность огнезащитного действия (как правило, не более 1 года)

[4].

Применение различных способов огнезащиты обеспечивает не только пожарную безопасность деревянных элементов зданий и сооружений, но и значительный и долговременный экономический эффект.

Согласно проведенным исследованиям, применение многих из разработанных в XX веке ОЗС для пропитки и покрытия материала не позволяло перевести древесину из группы сгораемых в группу трудносгораемых материалов. В это же время к группе трудносгораемых относились материалы и изделия, подвергнутые глубокой пропитке в автоклавах, а также защищенные интумесцентными огнезащитными красками и лаками. Так, огнезащитная краска ВПД обеспечивала перевод покрываемой древесины в группу трудносгораемых материалов [2].

В последние годы интумесцентные ОЗС стали распространены во многих странах. Одной из причин данного явления стало то, что подобные составы в условиях пожара образуют на поверхности материала мелкоячеистый угольный слой, который снижает темпы окисления и прогрева древесины. При вспучивании связующее размягчается с одновременным разложением антипиренов и газообразователей, а также с поглощением тепла, что и обуславливает огнезащитные свойства интумесцентного покрытия.

Особенно популярным данное направление работ по огнезащите древесных материалов стало за рубежом. Иностранные учёные в своих трудах приводят данные о результатах огневых испытаний и термоаналитических исследований огнезащитных интумесцентных покрытий, а также разрабатывают проблему модернизации данного вида конструктивной огнезащиты. Сегодня можно выделить две главных тенденции: химическая модернизация покрытий [5] и

защита древесины путём применения слоёв негорючего материала [6, 7].

В настоящее время среди организаций, оказывающих услуги в области обеспечения пожарной безопасности, а также собственников зданий и сооружений, построенных с применением изделий из древесины, широко распространены такие способы огнезащиты, как глубокая и поверхностная пропитка ОЗС. Как правило, данные составы представляют собой многокомпонентные системы, каждая из составляющих таких систем выполняет свою функцию при введении в конструкцию. В основной массе пропиточные огнезащитные средства являются растворы химических солей в водной среде или органических растворителях. Стоит отметить, что пропиточные средства, содержащие органические растворители, могут негативно влиять на пожарную опасность древесины вследствие своей природной горючести. Кроме того, такие ингредиенты при воздействии ОФП и в нормальных условиях способны пагубно влиять на здоровье человека, поэтому солевые огнезащитные средства с водой в роли растворителя гораздо более подходят для массовой эксплуатации, чем аналогичные средства, содержащие органические компоненты.

Придание полимерным материалам, к которым относится в том числе древесина, улучшенных свойств сопротивляться воздействию открытого пламени и высоких температур может быть осуществлено различными способами, дифференцирующимися как по химизму процесса, так и по технологическому решению.

Однако эффективных и экологически безопасных огнезащитных составов, которые бы обеспечивали получение полимерных материалов с устойчивыми к различным воздействиям свойствами огнезащиты и не меняли при этом исходные физико-химические свойства волокон, практически не существует. Например, зарубежные фосфор- и азотсодержащие огнезащитные составы Пробан и Пироватекс, реализуемые на российском рынке, позволяют получать огнезащищённый материал при содержании в них не более 15% синтетического волокна. Однако продукты горения обработанных ими материалов характеризуются высокой токсичностью.

Достаточно эффективные огнезащитные составы, выпускаемые фирмами США и Израиля, представляют собой смеси экологически опасных галогенорганических соединений и оксидов тяжёлых металлов как катализаторов процесса, однако введение оксидов приводит к тому, что огнезащищённые полимерные материалы становятся гетерогенными (неоднородными). При поверхностной обработке древесины гетерогенность наблюдается в пропиточном растворе, т.к. оксиды являются твёрдыми нерастворимыми в воде веществами [813].

Стоит отметить, что ОЗС для обработки деревянных конструкций по эффективности огнезащиты подразделяется на три группы [14]:

1) I группа - обеспечивает получение трудносгораемой древесины:

2) II группа - обеспечивает получение трудновоспламеняемой древесины;

3) III группа - не обеспечивает огнезащиту древесины.

Сегодня рынок наводнён средствами защиты древесины различной степени эффективности, производство подобных составов налажено почти в каждом регионе России. Ниже представлены краткие характеристики применяемых в нашей стране средств защиты древесины от пожара.

ОБЗС ТАЛЕЖ - состав для комплексной защиты древесины, придающий материалу II группу огнезащитной эффективности (трудновоспламеняемая древесина). ОБЗС ТАЛЕЖ применяется для наружных и внутренних огнезащитных работ на новых и ранее обработанных антипиреном или антисептиком деревянных элементах: стропилах, балках, несущих чердачных деревянных конструкциях, обрешетке, перекрытиях, обшивках, перегородках, стенах и других пиленных, струганных, бревенчатых конструкциях в зданиях жилищного, общественного, производственного и сельскохозяйственного назначения. Состав надежно предохраняет древесину от гниения, возгорания, распространения пламени, плесени, синевы и насекомых-древоточцев на наружных и внутренних деревянных элементах зданий и сооружений, в условиях гигроскопического и конденсационного увлажнения без контакта с грунтом,

воздействия атмосферных осадков, почвенной влаги. ОБЗС ТАЛЕЖ увеличивает срок службы изделий в 2-3 раза, не препятствует дыханию древесины и не вызывает коррозию. Расход - от 300 г/м . Для обеспечения II группы огнезащиты — 650 г/м2.

ОБЗС «Пирилакс» обеспечивает I и II группу огнезащитной эффективности древесины при низком расходе, показатели пожарной опасности обработанной древесины - Г1, РП1, В1, Д2, Т2.

Эффект антисептика позволяет защитить материал от деревоокрашивающего и плесневого гриба, жука-древоточца. Стоит также отметить, что ОБЗС «Пирилакс» является пропиткой-консервантом: защищает древесину от ветшания, снижает растрескивание материала.

Универсальный ОЗС СГК-1 предназначен:

1) для защиты от пожаров объектов промышленного, народнохозяйственного и культурно-массового комплексов, а также хранилищ и складов;

2) для повышения огнестойкости несущих металлоконструкций (балок, колонн, ригелей, сэндвич-панелей и т.д.), противопожарных дверей, ворот, сейфов, воздуховодов и трубопроводов;

3) для защиты от возгорания транспортных средств, подвижного железнодорожного состава, цистерн и пр.;

4) для огнезащиты древесины, а также материалов (брезента) и конструкций на ее основе;

ОЗС СГК-1 обеспечивает огнезащитную эффективность древесины и конструкций на её основе. Предел распространения огня по поверхности конструкций из дерева и фанеры - не более 20 см. Обеспечивает I группу огнезащиты древесины при расходе состава 500 г/м . Потеря массы образцов древесины при огневом испытании менее 2%.

ОЗС «Огненоль» представляет собой водные растворы антипиренов, которые разлагаются при высоких температурах и выделяют газ, угнетающий

горение. Состав обеспечивает первую и вторую группы огнезащитной

2 2

эффективности в зависимости от расхода: I группа - 150 г/м2, II группа - 120 г/м .

Для проведения исследований, описанных в данной работе, огнебиозащитные составы выбирались на основе проведенного анализа протоколов испытаний по оценке качества огнезащитной обработки чердачных (деревянных) конструкций объектов защиты, преимущественно с массовым пребыванием людей, в СЭУ ФПС ИПЛ по Ивановской области.

Огнебиозащитный состав Фоскон-Кострома-Плюс (ТУ 2149-201-109640292004 с изм.) (рисунок 5) применяется для обработки конструктивных элементов и изделий из древесины, эксплуатируемых в закрытых неотапливаемых и отапливаемых помещениях, при относительной влажности воздуха не более 80%; для пропитки строганной и пиленной древесины в пожароопасных местах: стропильные системы, чердачные конструкции всех типов зданий и сооружений. Характеризуется относительно невысокой стоимостью как самого препарата, так и самой обработки объектов. Поставляется в виде сухого концентрата, обеспечивает 1 и 2 группу огнезащитной эффективности (по ГОСТ Р 53292-2009), сертификат соответствия С-^.ПБ58.В.02070 от 15.06.2016; обладает высокими антисептическими свойствами; состав экологически безопасен, пожаро- и взрывобезопасен. Порошок белого цвета, допускается оттенок [15].

Рисунок 5 - Вид огнебиозащитного состава Фоскон-Кострома-Плюс

ОБЗС МИГ-09 (рисунок 6) обеспечивает 1 и 2 группу огнезащитной эффективности. Обеспечивает биозащиту, т.е. повышает антисептические свойства обработанной древесины. Данный ОБЗС используется для обработки поверхностей внутренних деревянных элементов любых зданий, чердачных конструкций, стропильных систем, складов и т.п. Возможна огнезащита деревянных изделий, эксплуатируемых в районах с высокой влажностью воздуха. МИГ-09 - это комплексный состав, сочетающий в себе свойства солевых и несолевых продуктов. Эффект огнезащиты достигается за счет реакций, сопровождающихся выделением тепла и отводящих теплоту инертных газов. Образование пенококса не характерно [16].

Огнебиозащитный состав «RAUM-PROFIE» (ТУ 2148-019-20514586-2010) (рисунок 7). Безгалогеновый, бесцветный или окрашенный водный раствор без запаха, который не высаливается на поверхности древесины. В зависимости от расхода переводит древесину в 1 или 2 группу огнезащитной эффективности. Состав предназначен для огнебиозащитной обработки деревянных конструкций, зданий и сооружений.

Состав глубоко проникает в структуру древесины и обеспечивает длительную защиту при эксплуатации внутри помещения. Огнебиозащитное

Рисунок 6 - Вид биопирена МИГ-09

покрытие может эксплуатироваться в условиях внешней агрессивной среды в комплексе с атмосферостойкими покрытиями. Эффективен по отношению к плесневым и окрашиваемым грибам [17].

Рисунок 7 - Вид огнебиозащитного состава «RAUM-PROFIE»

PROSEPT ОГНЕБИО PROF - ОБЗС, применяемый для внутренних и наружных деревянных конструкций без прямого воздействия атмосферных осадков и контакта с грунтом (рисунок 8). Состав защищает древесину от распространения пламени, а также от воздействия дереворазрушающих грибков, насекомых и их личинок. Обеспечивает перевод древесины в группу трудногорючих материалов. Подходит для обработки как новых изделий, так и уже прошедших обработку. ОБЗС PROSEPT ОГНЕБИО PROF устойчив к старению, не высаливается и не выщелачивается. Состав не ухудшает свойства древесины, не изменяет ее структуру, не препятствует дальнейшей обработке, склеиванию и окраске. Пропитка устойчива к старению. Подтвержденный тестами срок защиты - не менее 7 лет.

При воздействии высокой температуры действующие вещества ОБЗС многократно увеличиваются в объёме и происходит выделение инертных газов, в результате чего на поверхности древесины образуется слой пенококса толщиной 1-2 мм, который перекрывает доступ кислорода к древесине, а следовательно, не дает возможность поддерживать горение. Таким образом, древесина не достигает температуры воспламенения [18].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Панев Никита Михайлович, 2019 год

— а-

352

352

(8о >о, ;5 < * < 1)

Граничные условия:

тО^'О) — ^*)-тдррб(*',о) — тдрр;б;(*).

ю _ 3тОаЗрСб(РН'Ао)

5

35

дрпв

3тОаЗрСб(0'АР ) — К 3^(0^0) 35 7 35

11) 12)

13)

14)

15)

16)

17)

дТ^рба.Ао) _ 0 а! '

(20)

Решение задачи (13)-(20) можно найти методом интегрального преобразования Лапласа [73]. Стоит отметить, что процессы, схожие с теми, которые протекают при термодеструкции древесины, прошедшей поверхностную пропитку ОЗС, рассматривались учеными ранее и описывались в таких работах, как [74, 75], из чего можно сделать вывод, что решение задачи (13)-(20) будет схожим с решением задач математического моделирования тех процессов, которые описывали авторы вышеуказанных работ, и будет выражаться схожим образом.

Результаты расчетов можно будет изобразить на следующих рисунках. На рисунке 21 изображена схема распределения температур в древесине, пропитанной ОЗС, при нагреве наружной поверхности материала до температуры Ть которая будет ниже температуры термодеструкции древесины Тдестр.

Рисунок 21 - Схема распределения температур в древесине, пропитанной ОЗС, при нагреве наружной поверхности материала до температуры Тх< Тдестр.

На рисунке 22 приведена схема распределения температур в древесине при достижении температуры Тдестр на её наружной поверхности.

£>ОЗС ¿каоб ММ

Рисунок 22 - Схема распределения температур в древесине, пропитанной ОЗС, при нагреве наружной поверхности материала до температуры Тдестр.

Стоит отметить, что при температуре поверхности материала, превышающей Тдестр, в материале будут протекать те же процессы теплопереноса и разрушения, что изображены на рисунке 22, но при этом скорость протекания данных явления возрастёт, что выразится в более пологом положении представленных кривых.

Можно утверждать, что использование данной модели позволит спрогнозировать уменьшение сечении деревянного строительного изделия и, как следствие, определить такие пожарно-технические характеристики, как предел огнестойкости конструкции, что в перспективе предоставит специалистам возможность уйти от проведения ряда дорогостоящих и трудоёмких огневых испытаний.

§ 4.1 Методика исследования ОЗС для древесины с помощью инфракрасной

спектроскопии

С целью определить состав выбранных в качестве объектов исследования ОЗС и установить их основные функциональные группы, образцы древесины с нанесёнными на них ОЗС исследовались методом ИК-спектроскопии.

Метод ИК-спектроскопии является распространенным методом анализа функционального состава химических соединений. Инфракрасный спектр того или иного вещества включает в себя полосы поглощения, соответствующие колебаниям определенных групп атомов, функциональных групп и молекул, входящих в состав данного вещества и является специфическим свойством каждого соединения. Поэтому ИК-спектроскопия может использоваться для классификационного анализа органических и минеральных веществ и материалов. Далее отметим, что под влиянием теплового воздействия происходит термодеструкция материала, вещества, и это проявляется в изменении его ИК-спектра. На сегодняшний момент метод ИК-спектроскопии используется пожарно-техническими специалистами и экспертами для выявления зон термических поражений на неорганических строительных материалах, органических материалах (полимерных, лакокрасочных и других). Тепловое воздействие на материал определяется по изменению отношений оптических плотностей интересующих полос поглощения. Таким образом, данный метод исследования может в дальнейшем использоваться для исследования антипирированной древесины в условиях пожара.

ИК-спектры всех полученных образцов снимали с использованием таблетирования образцов с бромидом калия на инфракрасном Фурье-спектрометре марки ФСМ 1201 (рисунок 23) в диапазоне 4000 - 400 см-1. Для этого 2 мг образца растирали с порошком бромида калия в яшмовой ступке, затем

пресс-формы под давлением более 8 кгс/м .

Рисунок 23 - Вид инфракрасного Фурье-спектрометра ФСМ 1201

Условия съемки: число сканов 4, разрешение 4,0 см-1, способ представления ординат - %Т. Расшифровка спектров проводилась в соответствии с материалами, представленными в работе [76]. ИК-спектры самих ОБЗС снимали после удаления растворителя (воды) путем выливания небольшого количества в чашки Петри, растворы высушивались на воздухе при комнатной температуре до постоянной массы. Значения волновых чисел полос поглощения образцов ОБЗС приведены в таблице 32.

Таблица 32 - Значения волновых чисел полос поглощения образцов ОБЗС

Наименование огнебиозащитного состава Полосы поглощения, см-1

МИГ-09 3223,05; 3153,62; 3086,11; 3024,39; 1435,04; 1396,46; 1151,50; 1078,21; 615,29.

Неомид -450 3442,94; 3348,43; 1685,79; 1624,06; 1462,04; 1400,32; 1112,93; 559,36; 478,35.

Раум-профи 3396,65; 3223,05; 1631,78; 1404,18; 1112,93; 937,41; 563,21.

СЕНЕЖ ОГНЕБИО ПРОФ 3263,56; 3215,34; 3169,05; 3128,54; 1462,04; 1396,46; 702,09; 885,33.

Фоскон Кострома 3466,09; 3078,39; 1685,79; 1462,04; 1188,15; 1116,79; 603,72; 854,47.

Просепт Огнебиопроф 3442,94; 3348,43; 3207,62; 1670,36; 1620,21; 1454,33; 1408,04; 1147,65; 744,52; 551,64; 474,49.

В качестве объектов исследования были выбраны образцы сосновой древесины, выполненные в виде брусков размером 20x20x35 мм, на которые наносили огнебиозащитный состав (рисунок 24).

Рисунок 24 - Образец сосновой древесины, используемый для экспериментальных исследований

Подготовку и нанесение огнебиозащитных составов, выбор которых описывался в главе I данной работы (ОБЗС Сенеж ОГНЕБИО ПРОФ, ОБЗС ЯАиМ-РКОБШ, ОБЗС РгоБер! ОГНЕБИО ПРОФ, ОБЗС НЕОМИД-450, ОБЗС МиГ-09, ОБЗС Фоскон-Кострома-плюс), на образцы осуществляли согласно техническим требованиям.

§ 4.2 Определение состава и основных функциональных групп ОЗС для

древесины

ИК-спектр исследуемых ОБЗС снимали с использованием метода таблетирования образца с бромидом калия на спектрометре ФСМ 1201 в диапазоне 4000-400 см"1. ИК-спектр антипирена снимали после выпаривания его

Волновое число, у. см-1

Рисунок 18 - ИК-спектр ОБЗС «RAUM-PROFIE»

На ИК-спектре ОБЗС «RAUM-PROFIE» наблюдаются следующие основные полосы поглощения 3223 см-1, 1401 см-1, 1113 см-1, 925 см-1, 783 см-1, 696 см-1, 619 см-1, 548 см-1 и 457 см-1. Полосы поглощения 3143 см-1 и 1401 см-1 соответствуют валентным и деформационным колебаниям иона аммония МН4+ в твердых солях

аммония. Полосы поглощения 1113 и 548 см-1, относящиеся к колебаниям ионов

- 2-

Н2РО4 и НРО4". ОЗС, содержащие соединения фосфора, имеют полосы поглощения в области 1160-850 см-1, относящиеся к колебаниям ионов Н2РО4-,

2 3

НРО4 - и РО4 Такие полосы и наблюдаются на ИК-спектре исследуемого ОБЗС: 925, 782, 696, 619 см-1. Таким образом, исследование антипиренов методом ИК-дает возможность определить их основные функциональные группы, а также тип этих составов. Такая необходимость может возникать в экспертной практике. В результате проведенных исследований выявлено, что с помощью метода ИК-спектроскопии может быть установлен основной компонент ОЗС. В нашем случае определено, что в состав «RAUM-PROFIE» входят сложные соли полифосфорных кислот [77,78].

Волновое число, V, см-1

Рисунок 26 - ИК-спектр ОБЗС «МИГ-09»

Волновое число, V, см-1

Рисунок 27 - ИК-спектр ОБЗС «Неомид-450»

Волновое число, у, см-1

Рисунок 28 - ИК-спектр ОБЗС «СЕНЕЖ ОГНЕБИО ПРОФ»

Волновое число, у, см-

Рисунок 29 - ИК-спектр ОБЗС «Фоскон-Кострома-Плюс»

Волновое число, у, см-1

На рисунках 27, 30 представлены ИК-спектры ОБЗС, содержащих в своем составе соединения с ионом аммония. Спектры имеют полосы поглощения в области 3200-3450 см-1 и 1440-1460 см-1, относящиеся к валентным колебаниям иона NH+4. В то же время, ИК-спектры представленных исследуемых ОБЗС имеют полосы поглощения в области 1090-900 см-1 и около 540 см-1, относящиеся к колебаниям ионов Н2РО4- и HPO4 -, которые содержатся в моно- и

диаммонийфосфатах, входящих в состав ОБЗС, а также полосы поглощения около

-1 21105 и 613 см-, относящиеся к колебаниям иона SO4-, содержащегося в

сернокислом аммонии, который также входит в состав некоторых изучаемых

ОБЗС. В спектрах ОБЗС PROSEPT ОГНЕБИО PROF и Неомид-450 наблюдаются

полосы поглощения в области 3200-3450 см-1, относящиеся к валентным

колебаниям групп NH, и поносы при 1600-1700 см-1, относящиеся к колебаниям

амидных групп OCN, которые присутствуют в мочевине и ее производных.

Антипирены, содержащие карбонат калия (рисунки 26, 28, 29), имеют в ИК-

спектре полосу поглощения в области 1460-1320 см-1, относящуюся к

2-

поглощению иона С03 -.

ОЗС, содержащие соединения фосфора, имеют полосы поглощения в

-1 2- 2- 3-

области 1160-850 см- , относящиеся к колебаниям ионов

Н2РО4, НРО42-, РО43-

(рисунок 28).

§ 5.1 Разработка метода определения наличия ОЗС на строительных

изделиях из древесины

Как показано выше, высокоэффективные огнезащитные пропитки содержат в своём составе неорганические соли, которые сохраняются на конструкциях из древесины и после пожара. В ходе расследования пожаров перед экспертами Федеральной противопожарной службы зачастую встаёт вопрос необходимости наличия/отсутствия ОЗС на строительных конструкциях. Также факт огнезащитной обработки деревянных конструктивных элементов зданий учитывается страховыми компаниями при расчёте размеров выплат при наступлении страхового случая.

Основными методами контроля качества огнезащитных работ, проведенных на объекте огнезащиты, являются:

- контроль по представленной документации;

- визуальный контроль и экспресс-методы контроля;

- контроль с помощью измерительных и экспериментальных методов.

В настоящее время из экспресс-методов контроля согласно [3] следует использовать метод оценки качества огнезащиты древесины, обработанной пропиточными составами, при помощи малогабаритного переносного прибора ПМП-1. Сущность метода заключается в оценке огнезащитных свойств (по признакам воспламенения) образцов поверхностного слоя древесины, повергнутой огнезащитной обработке, в результате воздействия пламени газовой горелки. Использование прибора позволяет оперативно проводить контроль качества выполненных огнезащитных работ и состояния огнезащитной обработки. Однако наиболее полное представление о качестве огнезащитной обработки дает комплексный подход, характеризующийся совокупностью методов по контролю качества огнезащиты деревянных конструкций на объектах.

Современная методическая литература предусматривает разработку конкретного метода проверки качества поверхностной огнезащитной обработки деревянных конструкций для определенного вида огнезащитной пропитки. Данные методы должны быть отражены в технической документации к огнезащитной пропитки, разрабатываемой заводом-изготовителем. В большинстве случаев методы проверки качества поверхностной огнезащитной обработки в технической документации не отражаются, поэтому в настоящее время экспресс-метод при помощи ПМП-1 является единственным и наиболее часто используемым. Как отмечалось ранее, объективный контроль качества огнезащиты на объектах должен осуществляться в совокупности при помощи нескольких методов. Следовательно, разработка новых измерительных и экспериментальных методов в настоящее время является актуальной темой. Как отмечалось ранее, методика [3] предполагает установление качества и эффективности уже известного огнезащитного состава.

Инструкция ВНИИПО по идентификации твердых веществ, материалов и средств огнезащиты при испытаниях на пожарную опасность предполагает выявление и подтверждение подлинности конкретной продукции, а также соответствия ее определенным требованиям. В последнем случае необходимо использование дорогостоящего оборудования (например, дериватографа), длительного обучения для подготовки аттестованных специалистов в области термического анализа, что затрудняет использование данного метода в практике испытательных лабораторий. Следовательно, встает вопрос о поиске, разработке простого, быстрого и дешевого метода установления самого факта наличия ОЗС на поверхности древесины. В связи с этим, в настоящей работе предложен альтернативный метод по определению наличия поверхностной огнезащиты, основанный на измерении сопротивления поверхностного слоя древесины.

Омметр

ПриВор с

электродами

^г-V-V

) Поверхность древесины

Рисунок 31 - Упрощенная схема устройства для измерения электросопротивления

древесины.

§ 5.2 Прибор для определения наличия ОЗС на древесине

Электросопротивление древесины характеризуется её сопротивлением прохождению электрического тока. Электросопротивление сухой древесины достаточно велико. Однако в случае пропитки деревянных конструкций огнезащитными составами на поверхности древесины появляются соли, которые приводят к уменьшению сопротивления [3, 79]. Выше по тексту представлена схема устройства для определения электросопротивления поверхностного слоя древесины (рисунок 31). Блок-схема устройства приведена на рисунке 32.

к

Рисунок 32 - Блок-схема устройства для измерения электросопротивления

древесины

Исходя из того, что на сегодня не существует технического устройства, позволяющего оперативно и точно зафиксировать наличие/отсутствие ОЗС на строительных конструкциях из древесины. был метод определения электросопротивления поверхностного слоя древесины. Для проведения исследования образцов древесины таким способом был сконструирован прибор, состоящий из следующих элементов: корпус из фторопласта, латунные стержни, соединительные провода, мультиметр. В корпусе расположены изолированные латунные стержни, на одном конце которых находятся стальные иголки, предназначенные для плотного крепления к поверхности древесины. На другом конце стержней нарезана резьба для плотного подсоединения соединительных проводов, которые подключаются к измерительному прибору. Измерения на приборе можно проводить с помощью игольчатых стержней, заглубляемых в древесину на 3 мм, что позволяет измерить электросопротивление ее поверхностного слоя.

Ниже представлены фотоснимки вышеописанного устройства (рисунки 32,

33).

Рисунок 32 - Устройство для измерения электросопротивления поверхностного

слоя древесины

а) б)

Рисунок 33 - Измерение электросопротивления на образце, обработанном ОЗС: вид сверху (а) и вид сбоку (б)

Прибор имеет компактные размеры, поэтому будет удобен для использования не только в лабораторных условиях, но и непосредственно на объектах. Далее необходимо отметить, что данный прибор можно использовать для сравнительного анализа и получения данных по значению сопротивления на обработанной огнезащитой стороне конструкции и необработанной. После конструирования прибора были проведены эксперименты по определению сопротивления на образце до и после огнезащитной обработки.

Процедура и условия проведения испытаний. В качестве объектов исследования были выбраны древесные материалы хвойных пород (сосна). Образцы имели форму параллелепипеда размером 40x40x50 мм.

Основные результаты испытаний. Первым этапом стало исследование образца до обработки огнезащитным составом. Для измерения поверхностного сопротивления поверхность образца смачивалась дистиллированной водой для создания условий электропроводности. Как известно, древесина относится к диэлектрикам, и ее можно применять в качестве изоляционного материала. Измерение сопротивления производилось на всех сторонах образца, в том числе

на торцевых частях, вдоль и поперек волокон. Как известно, сопротивление древесины вдоль волокон меньше в несколько раз, чем поперёк волокон. В одной точке осуществлялось поочередно пять измерений. Конечный результат определялся как среднеарифметическое значение пяти измерений. Далее образец методом окунания погружался в емкость с огнебиозащитным составом для древесины «RAUM-PROFIE» на 15 минут. Обработанный огнезащитным составом образец высушивался в естественных условиях в течение 24 часов. Вторым этапом было проведение измерений электропроводности на всех сторонах образца, в том числе на торцевых частях, вдоль и поперек волокон, с целью сравнения изменения сопротивлений, полученных до обработки огнезащитным составом. Результаты измерений представлены в таблице 33.

Обработка результатов. Из полученных результатов видно, что на боковой поверхности образца при проведении измерений вдоль волокон сопротивление уменьшилось в среднем в 5 раз. При проведении измерений поперек волокон сопротивление уменьшилось в среднем в 8 раз.

Таблица 33 - Результаты измерений электросопротивления на образце сосновой

древесины

Место проведения измерений Полученные значения сопротивления на образце без огнезащиты, кОм Полученные значения сопротивления на образце с огнезащитой, кОм

Первая боковая

поверхность: - вдоль волокон; 170 42

- поперек волокон. 150 24

Вторая боковая

поверхность: - вдоль волокон; 147 20

- поперек волокон. 166 15

Основание 161 44

При проведении измерений на поверхности основания образца сопротивление уменьшилось в среднем в 4 раза. Следовательно, исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что уменьшение поверхностного сопротивления после огнезащитной обработки образца произошло в 4-8 раз.

После этого с поверхности образца был сделан срез с целью проведения испытаний на приборе ПМП-1. В ходе проведенных испытаний было установлено, что проба образца после отключения пламени газовой горелки самостоятельного горения более 5 сек., обугливания по всей площади, сквозного прогорания не имела. Следовательно, поверхностная обработка огнебиозащитным составом для древесины «RAUM-PROFIE» была проведена качественно. В результате проведенных исследований было установлено, что в случае качественного нанесения огнезащитного состава на деревянные конструкции поверхностное сопротивление древесины уменьшается в 4-8 раз.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что наличие антипирена в древесины можно определить, сравнивая значение сопротивления, полученное при измерениях на поверхностном слое, а также внутри объема деревянной конструкции. При этом, чем больше разница в сопротивлении сравниваемых проб, тем больше антипирена содержится в пробе. Следовательно, метод, по определению наличия огнезащитной обработки, основанный на измерении сопротивления поверхностного слоя древесины, можно использовать в комплексе с экспресс-методом контроля по ГОСТ Р 53292-2009 [3] в ходе контроля качества поверхностной огнезащитной обработки деревянных конструкций.

Для работы с данным прибором предлагается следующий метод оценки наличия или отсутствия огнезащитной обработки на исследуемой конструкции:

1) производятся замеры сопротивления волокон на образце древесины, идентичном образцу, подлежащему исследованию (при этом огнезащитная пропитка на образец не наносится), результаты измерений записываются, при этом учитывается влияние направления волокон на древесине;

2) на опытный образец древесины наносится ОЗС той марки, что была нанесена на исследуемую конструкцию, и проводятся измерения, аналогичные п.1, результаты измерений записываются;

3) проводятся замеры сопротивления на исследуемой конструкции, результаты измерений записываются;

4) производится сравнение результатов замеров сопротивления на образце из п.п.1,2 со свеженанесённой огнезащитной обработкой и на образце, подлежащему исследованию. Большая разница в показаниях тестера по сравнению с образцом древесины, обработанной ОЗС, и высокие показатели сопротивления поверхностного слоя исследуемой древесины будут свидетельствовать об одном из следующих: или огнезащитное средство не было нанесено на исследуемую конструкцию, или оно подверглось внешним атмосферным воздействиям и утеряло свой антипирирующий эффект.

В даннойй работе объектом исследования были выбраны деревянные конструкции на объектах Ивановской пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России (далее - ИПСА ГПС МЧС России), а именно чердачные конструкции общежития факультета пожарной безопасности и учебного корпуса №1. Этот выбор обоснован тем, что огнезащитная обработка указанных конструкций проводилась за 1 год до времени измерений.

Сначала, согласно описанному выше методу, был изготовлен образец древесины габаритами 150*60x30 мм, а также произведены измерения электропроводности его поверхностного слоя. Затем после обработки образца тем ОЗС, которым обрабатывали и исследуемые конструкции, были произведены аналогичные замеры, результаты которых представлены в таблице 34.

Таблица 34 - Результаты контрольных измерений на образце древесины

Место проведения измерений Значения проводимости на образце без огнезащиты, усл. ед. Значения проводимости на образце с огнезащитой, усл. ед.

Первая боковая поверхность 170 42

Вторая боковая поверхность 147 20

Основание 161 44

Затем были проведены исследования на объектах ИПСА ГПС МЧС России. Обследовались такие конструкции чердачных помещений, как балки, укосины,

Таблица 35 - Результаты измерений на объекте защиты

№ п/п Место проведения измерений Результаты измерений, усл.ед.

Учебный корпус №1

1. Балка в центральной части чердака 15,75

2. Балка в северной части чердака 9,95

3. Балка в восточной части чердака 12,95

4. Балка в южной части чердака 22,9

5. Балка в западной части чердака 22,45

6. Стропила в центральной части чердака 14,75

7. Стропила в северной части чердака 16,55

8. Стропила в восточной части чердака 11,95

9. Стропила в южной части чердака 10,1

10. Стропила в западной части чердака 13,05

11. Колонна в центральной части чердака 10,55

12. Колонна в северной части чердака 9,55

13. Колонна в восточной части чердака 18,3

14. Колонна в южной части чердака 17,3

15. Колонна в западной части чердака 19,35

16. Укосина в центральной части чердака 24,4

17. Укосина в северной части чердака 25,75

18. Укосина в восточной части чердака 24,95

19. Укосина в южной части чердака 19,25

20. Укосина в западной части чердака 7,9

21. Обрешетка в центральной части чердака 15,95

22. Обрешетка в северной части чердака 4,4

23. Обрешетка в восточной части чердака 4,6

24. Обрешетка в южной части чердака 24,25

25. Обрешетка в западной части чердака 7

Общежитие факультета пожарной безопасности

26. Балка в центральной части чердака 14,15

27. Балка в северной части чердака 16

28. Балка в восточной части чердака 15,6

29. Балка в южной части чердака 17,75

30. Балка в западной части чердака 13,15

31. Стропила в центральной части чердака 15,4

32. Стропила в северной части чердака 28,1

33. Стропила в восточной части чердака 14,2

34. Стропила в южной части чердака 15,8

35. Стропила в западной части чердака 11,8

36. Колонна в центральной части чердака 9

37. Колонна в северной части чердака 16,05

38. Колонна в восточной части чердака 6,25

39. Колонна в южной части чердака 6,55

40. Колонна в западной части чердака 7,75

41. Укосина в центральной части чердака 9,45

42. Укосина в северной части чердака 8,1

43. Укосина в восточной части чердака 10,5

44. Укосина в южной части чердака 8,25

45. Укосина в западной части чердака 21,1

46. Обрешетка в центральной части чердака 20,9

47. Обрешетка в северной части чердака 13,95

48. Обрешетка в восточной части чердака 18,05

49. Обрешетка в южной части чердака 11,2

50. Обрешетка в западной части чердака 10,75

Из представленных результатов испытаний видно, что наиболее высокие численные результаты зафиксированы на укосине в северной части чердачного помещения учебного корпуса №1 и стропиле в северной части чердачного помещения общежития факультета пожарной безопасности, наименее высокие численные результаты зафиксированы на обрешетке в северной части чердачного помещения учебного корпуса №1 и колонне в восточной части чердачного помещения общежития факультета пожарной безопасности. 96% измерений показали численный результат выше 5,96 усл.ед (согласно авторской методике, численный результат, показанный при измерении, обратно пропорционален качеству огнезащитной обработки). На основании проведенных испытаний можно утверждать, что поверхностная обработка деревянных конструкций чердачных помещений объектов ИПСА ГПС МЧС России (учебный корпус №1, общежитие факультета пожарной безопасности) является качественной. Рекомендуется провести повторные испытания качества огнезащитной обработки через 1 год.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что предлагаемое в данной работе устройство для неразрушающего экспресс-контроля и методика его применения при оценке наличия/отсутствия ОЗС на объектах защиты могут быть применимы на объектах защиты в дальнейшем.

1. Установлено, что наиболее распространёнными веществами, применяемыми при разработке рецептур ОЗС для поверхностной пропитки древесины, являются такие химические соединения, как жидкое стекло, бишофит, сода, мочевина и диаммонийфосфат.

2. Впервые проведено ранжирование антипиренов по показателям пожарной опасности древесины, прошедшей поверхностную огнезащитную пропитку.

3. Разработана рецептура ОЗС, включающего в себя 20% бишофита, 10% жидкого стекла и воду. КИ пропитанных этим составом образцов древесины составил 44,7% об.

4. Разработана математическая модель, описывающая процесс термодеструкции древесины, пропитанной ОЗС на глубину 1-3 мм, в результате воздействия опасных факторов пожара.

5. Предложен метод экспресс-контроля наличия ОЗС на поверхности древесины, основанный на измерении электросопротивления.

6. Разработано устройство, позволяющее производить качественную экспресс-оценку наличия ОЗС на строительных изделиях из древесины. Затраты времени на одно измерение не превышают 5 секунд.

7. Пригодность метода и устройства экспресс-контроля наличия ОЗС на поверхности древесины подтверждена актами испытаний на эксплуатируемых объектах защиты.

1. Нигматуллина Д.М. Снижение пожарной опасности деревянных конструкций способом их глубокой пропитки огнебиозащитными составами. Дисс. ... к.т.н. - М.: АГПС, 2017. - 289 с.

2. Собурь С.В. Огнезащита материалов и конструкций: Учебно-справочное пособие. - 5-е изд., перераб. - М.: ПожКнига, 2014. - 256 с., ил. -Серия «Пожарная безопасность предприятия».

3. ГОСТ Р 53292-2009. Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на её основе. Общие требования. Методы испытаний. -М.: Стандартинформ, 2009. - 17 с.

4. Пожарная опасность строительных материалов / А.Н. Баратов, Р.А. Андрианов, А.Я. Корольченко [и др.]; Под. ред. А.Н. Баратова. - М: Стройиздат, 1988. - 380 с.

5. Changjiang Zhu, Mingshan He, Yu Liu, Jianguang Cui, Qilon Tai, Lei Song, Yuan Hu. Synthesis and application of a mono-component intumescent flame retardant for polypropylene [Текст]. In: Polymer Degradation and StabilityVolume 151, May 2018.

6. White R. H. Analytical methods for determining fire resistance of timber members [Текст]. In: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, New York, Springer, 2016.

7. White R. H. Fire resistance of wood with members with directly applied protection. Proceedings of 11th International Conference and Exhibition «Fire and Materials 2009». UK, London, Interscience Communications, 2009. 971 p. Available at. [Электронный ресурс] http://naldc.nal.usda.gov/download/44930/PDF (дата обращения 19.06.2017).

8. Роговин З.А. Химия целлюлозы. М.: Химия, 1972 - 230 с.

9. Жбанков Р.Г., Козлов П.В. Физика целлюлозы и ее производных. Минск: Наука и техника, 1983 - 296 с.

11. Перепелкин К.Е. Структура и свойства волокон. - М.: Химия, 1985 -

208 с.

12. Мельников Б.Н., Захарова Т.Д., Кириллова М.Н. Физико-химические основы процессов отделочного производства. М., 1982.

13. Беленький Л.И. Физико-химические основы отделочного производства деревянной промышленности. М.;- 1979.

14. НПБ 251-98 Нормы пожарной безопасности. Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний.

15. ФОСКОН-КОСТРОМА-ПЛЮС - огнебиозащитный состав [Электронный ресурс]. - URL: http://www.ognez.ru (дата обращения: 15.09.2018).

16. МИГ-09 - огнебиозащитный состав от НПО НОРТ [Электронный ресурс]. - URL: https://mig-09.nort-udm.ru (дата обращения: 15.09.2018).

17. RAUM-PROFIE - огнебиозащитный состав [Электронный ресурс]. -URL: http://www.raum-profie.ru (дата обращения: 15.09.2018).

18. PROSEPT ОГНЕБИО PROF - огнебиозащитный состав [Электронный ресурс]. - URL: http://pro-sept.ru (дата обращения: 15.09.2018).

19. СЕНЕЖ ОГНЕБИО ПРОФ - огнебиозащитный состав [Электронный ресурс]. - URL: http://seneg.ru (дата обращения: 15.09.2018).

20. NEOMID 450 - средство огнебиозащиты древесины [Электронный ресурс]. - URL: https://neomid.ru (дата обращения: 15.09.2018).

21. Инструкция по борьбе с гниением и повышению огнестойкости деревянных элементов зданий и сооружений [Текст] / [Разраб. Центр. науч.-исслед. ин-том пром. сооружений М-ва строительства предприятий тяжелой индустрии СССР и Центр. науч.-исслед. ин-том противопожарной обороны МВД СССР]; Ком. по делам архитектуры при Совете министров СССР. М-во строительства предприятий тяжелой индустрии СССР. - Москва: изд-во и тип. Гос. архитектурного изд-ва, 1949. - 52 с.

22. ГОСТ 25130-82 Покрытие по древесине вспучивающееся огнезащитное ВПД. Технические требования.

23. СНиП III-B. 7-69 Деревянные конструкции. Правила производства и приёмки работ.

24. Асеева Р.М, Серков Б.Б., Сивенков А.Б. Горение древесины и ее пожароопасные свойства: монография. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. -262 с.

25. Балакин В.М., Полищук Е.Ю. Азот-фосфорсодержащие антипирены для древесины и древесных композиционных материалов (Литературный обзор) // Пожаровзрывобезопасность. - 2008. - Т. 17. - № 2.

26. Балакин В.М., Полищук Е.Ю., Рукавишников А.В. Огнезащитные составы и покрытия на основе аминоальдегидных олигомеров (литературный обзор) // Пожаровзрывобезопасность. - 2010. - Т. 19. - № 4.

27. Афанасьев С.В., Балакин В.М. Теория и практика огнезащиты древесины и древесных изделий: монография. - Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2012. - 138 с.

28. Термоокислительное разложение нового огнезащитного средства для древесины - «Frackfire» [Электронный ресурс] / Асеева Р.М., Вахрушев Л.П., Ломакин С.М. [и др.] // Технологии техносферной безопасности. - 2015. - № 1 (59). Режим доступа: http://agps-2006.narod.ru/ttb/2015-1/24-01-15.ttb.pdf.

29. Патент РФ № 2011120392/13, 23.05.2011. Котенева И.В., Сидоров В.И., Котлярова И.А. Огнебиозащитный состав «Ксилостат+» // Патент России № 2465129. 2012. Бюл. № 30.

30. Патент РФ № 2011101296/13, 13.01.2011. Салех А.И. Огнезащитный состав для обработки древесины // Патент России № 2469843. 2012. Бюл. № 20.

31. Патент РФ № 2011136737/13, 06.09.2011. Кривцов Ю.В., Максименко Н.А., Максименко С.А., Мельников Н.О. Способ получения огнебиозащитного состава // Патент России № 2486051. 2013. Бюл. № 35.

32. Патент РФ № 2012129756/05, 16.07.2012. Лукьяненко Н.А., Лукьяненко К.Н., Веренкова Э.М. Композиция для огнебиозащитной пропитки древесины // Патент России № 2538256. 2015. Бюл. № 3.

33. Патент USA № 20080258121, 23.04.2007. H.Farooq. Fire retardant composition // Патент United States of America № 11/738,662. 2008.

34. Патент CN № 20131591595, 22.11.2013. Gao Tianhong. Novel wood fire retardant // Патент China № 104647510(A). 2015.

35. Патент CN № 20131592211, 22.11.2013. Gao Tianhong. Inorganic fire retardant for wood fire retardation treatment, and preparation method thereof // Патент China № 104647529(A). 2015.

36. Патент CN № 20131602350, 26.11.2013. Qingdao tongchuang energy saving environmental prot engineering Co Ltd. Low-cost and high-efficiency and composite wood fire retardant and preparation method thereof // Патент China № CN104647544(A). 2015.

37. Патент CN № 20131614910, 28.11.2013. Qingdao jiayiyang industry and trade Co Ltd. Phosphorus-nitrogen-containing wood fire retardant and preparation method thereof // Патент China № 104669382(A). 2015.

38. Патент CN № 20131720580, 24.12.2013. Shifang midee wood industry Co Ltd. Environment-friendly and fireproof wood fire-retardant liquid // Патент China № 104723427(A). 2015.

39. Патент РФ № 2005116003/04, 26.05.2005. Левичев А.Н., Павлюкович Н.Г., Казиев М.М., Валецкий П.М. Огнезащитный состав для обработки древесины // Патент России № 2299229. 2006. Бюл. № 14.

40. Патент РФ № 2007102966/03, 20.11.2006. Щепочкина Ю.А. Композиция для покрытия древесины // Патент России № 2329985. 2008. Бюл. № 21.

41. Патент РФ № 2008150674/03, 22.12.2008. Вершинин С.Н., Вершинина Т.С., Вершинин К.С. Огнезащитный состав для древесины и металла // Патент России № 2381197. 2010. Бюл. № 4.

42. Описание изобретения к авторскому свидетельству №674903 «Состав для защиты древесины от гниения и возгорания» (опубликовано 25.07.1979 г.)

43. Описание изобретения к авторскому свидетельству №1021612 «Огнебиозащитный состав для древесины».

44. Патент на изобретение №2469843(19) RU «Огнезащитный состав для обработки древесины».

45. Патент РФ №2032531.

46. Патент РФ №2133191 «Композиция для защиты древесины и способ ее приготовления».

47. Патент РФ №2140948.

48. Патент на изобретение №2458951.

49. Патент РФ №2074088.

50. Патент РФ №2197374.

51. Патент РФ №2147028.

52. Патент РФ №2015157.

53. Патент РФ №2381197.

54. ГОСТ 2.114-2016 Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2016. - 16 с.

55. Оценка качества огнезащиты и установление вида огнезащитных покрытий на объектах: руководство. - М: ВНИИПО, 2011. - 39 с.

56. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности : Федер. закон от 22.07. 2008 № 123-ФЗ; принят Гос. Думой 04.07.2008 г.; одобр. Сов. Федерации 11.07.2008 г. // Собр. законодательства РФ. - 2008. - № 30 (ч. I), ст. 3579. Режим доступа: www.pravo.gov.ru.

57. Горение органического топлива / А.А. Кудинов. -М.: Инфра-М, 2015. -390 с.

58. Гаращенко Н.А., Гаращенко А.Н., Рудзинский В.П. Теплотехнические расчеты огнестойкости деревоклееных конструкций с огнезащитой // Монтажные и специальные работы в строительстве. -2006. - № 10. -С.14 -18.

59. Голованов В.И. и др. Строительные конструкции и материалы: исследование огнестойкости, пожарной опасности, средств огнезащиты // Пожарная безопасность. -2012. -№ 2. - С. 79 -88.

60. Контроль огнезащитных свойств покрытий на объектах защиты: Метод. пособие. - М.: ВНИИПО, 2017. - 35 с.

61. Патент РФ № 2373982, 27.11.2009 Копылов Н.П., Баженов С.В., Забегаев В.И. Способ контроля предельного состояния огнезащитных покрытий или обработок материала изделия.

62. Иличкин В.С., Леонович А.А., Яненко М.В. Термические превращения и токсичность продуктов горения древесины. // Обзорная информация. - М.: ГИЦ, 1990.- 67 с.

63. Распределение площадей лесного фонда [Электронный ресурс]. -URL: http://www. old.forest.ru/rus/basics/statistic.html (дата обращения: 28.09.2018).

64. Цены на лес-кругляк [Электронный ресурс]. - URL: http://www. pulscen.ru/search/price.html (дата обращения: 28.09.2018).

65. Корнеев В.И., Данилов В.В. Жидкое и растворимое стекло. - Санкт-Петербург: Стройиздат, СПб., 1996.— 216 с.

66. ГОСТ 8515-75 Диаммонийфосфат. Технические условия (с изменениями № 1,2,3,4,5). - М.: ИПК Издательство стандартов, 1996. - 26 с.

67. Мельников Б.П., Кудрявцева И.А. Производство мочевины. - М.: Химия, 1965. - 168 с.

68. ГОСТ 2156-76 Натрий двууглекислый. Технические условия (с изменениями № 1, 2, 3, 4). - М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. - 18 с.

69. ГОСТ 7759-73 Магний хлористый технический (бишофит). Технические условия (с изменениями № 1, 2, 3) - М.: ИПК Издательство стандартов, 1991. - 18 с.

70. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения (введен в действие постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 12.12.89 № 3683).

71. Исследование поведения деревянных балок с огнебиозащитой при пожаре / С.В. Поздеев, Я.В. Горбаченко, О.В. Некора, М.А. Кропива // Вестник Командно-инженерного института МЧС Республики Беларусь, № 2 (22), 2015 - С. 12-18.

72. Исследование скорости обугливания деревянных конструкций длительного срока эксплуатации / М.М. Альменбаев, О.В. Арцыбашева, Р.М. Асеева, Ж.К. Макишев, В.А. Москалев, Б.Б. Серков, А.Б. Сивенков // Известия ЮФУ. Технические науки, № 9 (158), 2014 - С. 246-254.

73. Диткин В.А., Прудников А.П. Операционное исчисление - М., «Высшая школа», 1975, 408 с.

74. Анисимова Н.К. Процессы высокотемпературной отделки бетонов с фазовыми превращениями в декорирующем слое. Дисс. ... к.т.н. - Иваново: ИГАСА, 2009. - 141 с.

75. Бочков М.В. Процессы тепломассопереноса в нагельных соединениях элементов деревянных стропильныхконструкций при циклических режимах эксплуатации. Дисс. ... к.т.н. - Иваново: ИВГПУ, 2017. - 151 с.

76. Имитационные методы оценки качества огнезащитных покрытий / И.Е. Кальченко // Технологии техносферной безопасности. - 2015. - №1 (59).-С. 1-8.

77. Определение малых концентраций элементов / В.М. Иванов, Г. В. Лисичкин, Г.В. Кудрявцев, П.Н. Нестеренко. - M .: Наука, 1986. -107 с.

78. Справочник по аналитической химии / Ю.Ю. Лурье. - М.: Химия, 1979. - 480 с.

79. Александров А.А., Панев Н.М., Воронцова А.А., Никифоров А.Л., Калашников Д.В. Новый подход к изучению огне- и огнебиозащитных составов для строительных конструкций из древесины // Молодые ученые - развитию текстильно-промышленного кластера (ПОИСК-2017): Сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф. аспирантов и студентов (с междунар. участием). Ч. 1. -Иваново: ИВГПУ, 2017. - С. 86 -87.

УТВЕРЖДАЮ Заместитель начальника ФГБОУ ВО сой пожарно-спасательной ЩЩ^/^ШС МЧС России аботе

эенней службы И.Ю. Шарабанова 2019 г.

ijr 7 -

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы Панева Никиты Михайловича «Анализ применения огнезащитных композиций для древесины и разработка методов контроля их наличия» в образовательный процесс ФГБОУ ВО Ивановской пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России

Комиссия в составе начальника учебно-научного комплекса «Государственный надзор», полковника внутренней службы, канд. техн. наук, доцента Самойлова Д.Б., начальника научно-исследовательского отделения учебно-научного комплекса «Государственный надзор», подполковника внутренней службы, канд. хим. наук, доцента Петрова A.B., начальника кафедры пожарной безопасности объектов защиты (в составе учебно-научного комплекса «Государственный надзор»), подполковника внутренней службы, канд. техн. наук, доцента Комелькова В.А. и заместителя начальника кафедры государственного надзора и экспертизы пожаров (в составе учебно-научного комплекса «Государственный надзор»), подполковника внутренней службы, канд. биол. наук, доцента Мочаловой Т.А. составила настоящий акт о том, что в образовательный процесс кафедры пожарной безопасности объектов защиты (в составе учебно-научного комплекса «Государственный надзор») внедрены следующие результаты диссертационной работы:

^экспериментально установленные значения кислородного индекса образцов древесины, прошедших огнезащитную обработку,

2) методика определения наличия антипиренов на строительных изделиях из древесины до и после пожара, а именно:

в тему 4 «Поведение древесины и материалов на ее основе в условиях пожара» дисциплины «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре» по специальности 20.05.01 - Пожарная безопасность (уровень специалитета);

2

в тему 4 «Поведение древесины и материалов на ее основе в условиях пожара» дисциплины «Пожарная безопасность объектов защиты» по направлению подготовки 20.03.01 - Техносферная безопасность (уровень бакалавриата);

в тему 5 «Поведение древесины и материалов на ее основе в условиях пожара» дисциплины «Строительные материалы и конструкции и их поведение при возникновении ЧС» по специальности 40.05.03 «Судебная экспертиза», специализация «Инженерно-технические экспертизы» (уровень специалитета).

Председатель комиссии:

начальник УНК «Государственный надзор»

полковник внутренней службы,

кандидат технических наук, доцент

Д.Б. Самойлов

Члены комиссии:

начальник научно-исследовательского отделения УНК «Государственный надзор» подполковник внутренней службы, кандидат химических наук, доцент

А.В. Петров

начальник кафедры

пожарной безопасности объектов защиты (в составе УНК «Государственный надзор») подполковник внутренней службы, кандидат технических наук, доцент

.А. Комельков

заместитель начальника кафедры государственного надзора и экспертизы пожаров (в составе УНК «Государственный надзор») подполковник внутренней службы, кандидат биологических наук, доцент

Т.А. Мочалова