ГОРЕНИЕ И ОГНЕЗАЩИТА ДРЕВЕСИНЫ

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «ЛЕС И ЛЕСНАЯ ТЕХНИКА»

При выборе средства и метода огнезащиты необходимо тщательно оценить все существующие риски и нормативную базу...
Ваша безопасность — в ваших руках!

Баранов А. В.,
инженер-технолог,
Белорусский Государственный
Технологический Университет

Общеизвестно, что древесина — горючий материал, и пожары, возникающие в лесах ежегодно, наносят значительный ущерб экономике стран. Сам физико-химический процесс горения очень сложен и изучен еще не до конца, хотя используется во многих областях народного хозяйства и имеет свои, порой неожиданные, закономерности и параметры. На горение древесины и её пожарные свойства оказывает влияние множество факторов, в том числе порода. Учет этих факторов и знание основ теории горения необходимы многим работникам лесной отрасли, однако редко обсуждаются в прессе, из-за чего на практике иногда возникают вопросы.

ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ

Древесина является сложным природным композиционным полимером, основу которого составляет целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин и экстрактивные вещества. Неотъемлемым свойством дерева является способность к горению. По определению горение древесины представляет собой «самоускоряющуюся экзотермическую химическую реакцию с кислородом, которая способна поддерживать сама себя и распространяться в пространстве». Как и для всякой химической реакции, для процесса горения необходимы определенные условия, без которых он не может начаться — окислитель (кислород) и внешний источник тепла определенной мощности. Причем при разогреве древесины играет роль не только мощность источника тепла, но и продолжительность воздействия. Переход от медленного процесса разложения древесного материала к режиму горения соответствует условию, при котором скорость выделения тепла в результате химической реакции становится больше скорости тепловых потерь из зоны реакции.

Картину возникновения и развития процесса пламенного горения древесины можно представить следующим образом. Под влиянием внешнего теплового потока, направленного к поверхности древесины за счет теплопроводности, излучения и (или) конвекции, материал нагревается. Древесина характеризуется низкой газопроницаемостью и имеет структуру с преимущественно закрытыми порами, поэтому её объемное взаимодействие с кислородом воздуха затруднено. При достижении достаточно высокой температуры на поверхности древесины начинается её тепловое разложение — пиролиз — с образованием летучих паров и газов, а также нелетучих продуктов разложения в конденсированном состоянии. Выделяющиеся газы и пары горючих продуктов смешиваются с воздухом в пограничном с поверхностью слое. Когда содержание этой смеси начинает превышать нижний концентрационный предел горючих веществ, происходит их воспламенение. Этот процесс может быть спонтанным или инициирован дополнительным небольшим источником зажигания, локализованным в пограничном слое. Таким источником «зажигания» может быть небольшоепламя газовой горелки, электрическая искра или раскаленная проволока. После воспламенения тепловой поток, направленный к поверхности древесины, является комбинацией внешнего и обратного тепловых потоков от возникшего пламени.

В многостадийном процессе пламенного горения определяющими стадиями являются нагрев и разложение древесного материала. Скорость его нагрева до температуры разложения зависит от теплофизических свойств, тесно взаимосвязанных со структурой и породой древесины, а также от интенсивности внешнего теплового потока. Скорость разложения древесины при заданных условиях нагрева в значительной степени определяется её химическим составом.

Различия в макро и микроструктуре различных пород древесины, прежде всего, находят свое отражение в изменении плотности. Так, объемный вес древесины пихты составляет 350 кг/м 3, а граба — около 750 кг/м3. Это, соответственно, сказывается на теплофизических свойствах этих пород древесины, которые отличаются в 2–3 раза.

Рис. 1. Схема физико-химических процессов при пламенном горении древесины (по материалам Р. М. Асеевой и др.)

К показателям пожароопасности древесины относят: воспламеняемость, распространение пламени, тепловыделение, дымообразующую способность и токсичность продуктов горения. Большинство из данных параметров регламентируются ГОСТом 12.1.044–89 «Пожароопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения».

Химический состав древесины и соотношение её основных компонентов зависят от породы древесины и сказывается на всех её характеристиках пожароопасности. Так, в табл. 1 представлено влияние породы древесины на характеристики её воспламенения: критический тепловой поток воспламенения (q) и температура поверхности материала при воспламенении (Т).

 

Исследования влияния разновидности древесины на индекс распространения пламени по поверхности (ИРП) также выявили его отличие в зависимости от породы. Результаты исследований представлены в табл. 2.

 

Выделение дыма и токсичных газов представляет доминирующую опасность при пожаре. Она проявляется в токсическом и раздражающем действии продуктов сгорания, а также в ухудшении видимости в задымленной среде. Концентрация выделяющегося дыма и его природа зависят от структурных особенностей и химического состава горючего материала, условий горения. В дымовых газах, образующихся при горении древесины, обнаружено более 200 соединений — продуктов неполного сгорания. Выявленысоединения, которые выделяются из компонентов древесины без их изменения за счет испарения и конденсации на частицах сажи или с частичным изменением. В указанной работе — Асеева Р. М., Серков Б. Б., Сиенков А. Б. Горение и пожарная опасность древесины. Пожаровзрывобезопасность. 2012. Т. 21. № 1 — было проведено исследование дымообразующей способности восьми видов хвойных и лиственных пород древесины в наиболее опасном режиме тлеющего горения. Эти зависимости проиллюстрированы на рис. 2, рис. 3.

  

ОГНЕЗАЩИТА ДРЕВЕСИНЫ

Как мы видим, необработанная древесина имеет хотя и различные, но все же высокие параметры пожарной опасности. В связи с этим её принято подвергать защите от возгорания. На практике это вопрос может решаться несколькими путями:

◆ конструктивные способы с помощью плитных и рулонных материалов разного типа;

◆ поверхностная и глубокая пропитка специальными огнезащитными составами;

◆ применение огнезащитных покрытий — красок, эмалей и т. п.

Занимаются этим обычно специализированные компании, имеющие лицензию на осуществление данного вида деятельности. Наиболее простой и потому наиболее часто применяемый на практике способ — это поверхностная (капиллярная) пропитка древесины огнезащитными пропитками. Сейчас на рынке имеется довольно обширная номенклатура огнезащитных составов. Как же в них разобраться? Начнем с истории (Тычино Н. А. Огнезащита и биозащита строительной древесины посредством капиллярной пропитки. М., 2004): в строительстве примерно с 1948 года, а, может, и значительно раньше, использовались одни и те же огнезащитные средства типа МС и ПП, состоящие из смеси солей диаммонийфосфата и сульфата аммония. Также в рецептурах огнезащитных пропиточных составов используются производные фосфорной и фосфоновых кислот, борная кислота, тетрабораты аммония и натрия, аммонийные соли серной и соляной кислот, хлориды щелочноземельных металлов и металлов переменной валентности, карбонаты натрия и калия — вот далеко не полный перечень неорганических веществ, применяемых в виде компонентов пропиточных огнезащитных составов для древесины. Механизм огнезащитного действия солевых препаратов, как правило, заключается во влиянии на кинетические процессы термоокислительного разложения, воспламенения и горения древесины. В частности, фосфорсодержащие антипирены, которые наиболее широко используются для огнезащиты древесины, усиливают процесс карбонизации (обугливания), что приводит к уменьшению выхода горючих продуктов разложения. Сегодня на смену этим составам приходят огнезащитные средства (ОЗС) нового поколения, сочетающие, как правило, в себя комплексное огне- и биозащитное действие и характеризующиеся частичной или полной заменой солевых компонентов. Среди таких ОЗС для древесины особое место занимают пропитки вспучивающегося типа, защитные свойства которых проявляются при действии высоких температур и огня (рис. 4).

Покрытия вспучивающегося типа обязательно содержат важные компоненты: связующие пленкообразующие вещества, являющиеся одновременно источником образования углеродного каркаса при разложении; катализаторы реакций образования углеродного скелета; вспенивающие (вспучивающие) агенты. Для усиления общего огнезащитного действия вводят разные добавки, способные влиять на технологические, теплозащитные и другие эксплуатационные свойства покрытий. Это наполнители со свойствами антипиренов, загустители, пигменты, стабилизаторы и т. п. Примерами таких составов являются: Пирилакс, СПАД0, ОКГФМ и другие.

Мы постарались ознакомить вас с современным состоянием дел в вопросе изучения пожароопасности древесины и оценки её параметров, а также с новейшими средствами для защиты от огня. Надеемся, что данная информация будет для вас полезной. При выборе средства и метода огнезащиты необходимо тщательно оценить все существующие риски и нормативную базу и только после этого производить выбор того или иного варианта защиты. Помните: ваша безопасность — в ваших руках!

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.