Пожарная безопасность строительных материалов
Обеспечение пожарной безопасности входит в число ключевых задач при строительстве и эксплуатации современных высотных зданий, крупных деловых центров, складских и торгово-развлекательных комплексов. Специфика таких зданий – большая протяженность путей эвакуации – диктует повышенные требования к пожарной безопасности используемых строительных конструкций и материалов. И только когда эти требования соблюдаются наравне с решением других технических и экономических задач, здание считается спроектированным правильно.
Согласно Федеральному закону Российской Федерации от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» выбор строительных материалов напрямую зависит от функционального назначения здания или помещения.
Классификацию строительных материалов часто проводят, основываясь на сфере применения продукции. По этому критерию ее разделяют на конструктивные, изоляционные и отделочные, а также конструктивно-изоляционные и конструктивно-отделочные решения. С точки зрения пожарной безопасности оптимальная классификация предлагается в Статье 13 «Технического регламента», которая разбивает строительные материалы на два типа: горючие и негорючие. В свою очередь горючие материалы делятся на 4 группы – слабогорючие (Г1), умеренно горючие (Г2), нормально горючие (Г3) и, наконец, сильно горючие (Г4). Кроме того, они оцениваются по таким критериям, как воспламеняемость, способность распространять пламя по поверхности, дымообразующая способность и токсичность. Совокупность этих показателей позволяет присвоить конкретному материалу класс пожарной опасности: от КМ0 – для негорючих материалов до КМ1–КМ5 – для горючих.
Природные свойства материалов
Ключевым фактором, определяющим пожарную опасность материалов, является сырье, из которого они изготовлены. В этой связи их можно разделить на три большие группы: неорганические, органические и смешанные. Рассмотрим подробнее свойства каждой из них, начав с минеральных материалов, которые принадлежат к группе неорганических и наравне с металлическими конструкциями служат для создания жесткого каркаса – основы современных зданий.
Наиболее часто встречающиеся минеральные строительные материалы – это природный камень, бетон, кирпич, керамика, асбоцемент, стекло и т. д. Они относятся к негорючим (НГ), но даже при небольшом добавлении полимерных или органических веществ – не более 5–10% от массы – их свойства меняются. Увеличивается пожарная опасность, и из НГ они переходят в категорию трудносгораемых.
В последние годы широкое распространение получила продукция на основе полимеров, принадлежащая к неорганическим материалам и являющаяся горючей. При этом от объема и химического строения полимера зависит принадлежность конкретного материала к группе горючести. Выделяют два основных типа полимерных соединений: реактопласты, образующие при нагревании коксовый слой, который состоит из негорючих веществ и защищает материал от воздействия высоких температур, препятствуя горению, и термопласты (плавятся без создания теплозащитного слоя).
Вне зависимости от типа полимерные строительные материалы нельзя перевести в разряд негорючих, но возможно снизить их пожарную опасность. Для этого применяются антипирены – различные вещества, которые способствуют повышению огнестойкости. Антипирены для полимерных материалов можно разделить на три большие группы.
В первую входят вещества, осуществляющие химическое взаимодействие с полимером. Эти антипирены применяются преимущественно для реактопластов, без ухудшения их физико-хи мических свойств. Вторая группа антипиренов – интумесцентные добавки – под воздействием пламени образует на поверхности материала вспененный ячеистый коксовый слой, препятствующий горению. И, наконец, третья группа – это вещества, которые механически смешиваются с полимером. Их используют для снижения горючести как термопластов, так реактопластов и эластомеров.
Из всех органических материалов наибольшее распространение при строительстве современных зданий получила древесина и изделия из нее – древесно-стружечные плиты (ДСП), древесно-волокнистые плиты (ДВП), фанера и т. д. Все органические материалы относятся к группе горючих, а их пожарная опасность повышается при добавлении различных полимеров. Например, лакокрасочные материалы не только повышают горючесть, но и способствуют более быстрому распространению пламени по поверхности, увеличивают дымообразование и токсичность. В этом случае к СО (угарному газу) – основному продукту горения органических материалов – добавляются и другие токсичные вещества.
Для снижения пожарной опасности органических строительных материалов, как и в случае с полимерными веществами, их обрабатывают антипиренами. Нанесенные на поверхность антипирены под воздействием высоких температур могут превращаться в пену или выделять негорючий газ. В обоих случаях они затрудняют доступ кислорода, препятствуя возгоранию древесины и распространению пламени. Эффективными антипиренами являются вещества, содержащие диаммонийфосфат, а также смесь фосфорнокислого натрия с сульфатом аммония.
Что касается смешанных материалов, то они состоят из органического и неорганического сырья. Как правило, строительная продукция данного типа не выделяется в отдельную категорию, а относится к одной из предыдущих групп в зависимости от того, какое сырье преобладает. К примеру, фибролит, состоящий из древесных волокон и цемента, считается органическим, а битум – неорганическим. Чаще всего смешанный тип относится к группе горючих продуктов.
Повышенные требования к пожарной безопасности крупных торгово-развлекательных и офисных центров, а также высотных зданий диктуют необходимость разработки комплекса противопожарных мероприятий. Одним из наиболее важных является преимущественное использование негорючих и слабогорючих материалов. В особенности это касается несущих и ограждающих конструкций здания, кровли, а также материалов для отделки путей эвакуации. Согласно классификации НПБ 244-97, обязательной сертификации в области пожарной безопасности подлежат отделочные, облицовочные, кровельные, гидроизоляционные и теплоизоляционные материалы, а также напольные покрытия. Рассмотрим данные категории на предмет пожарной опасности.
Отделочные и облицовочные материалы
Существует множество отделочных и облицовочных материалов, среди которых можно выделить полистирольные плитки, ПВХ- и ДСП-панели, обои, пленки, керамическую плитку, стеклопластики и т. д. Большинство продукции данного типа относится к горючей. В помещениях с массовым скоплением людей, а также в зданиях, где эвакуация затруднена из-за большой площади и этажности, отделочные материалы могут создавать дополнительную угрозу жизни и здоровью людей, вызывая задымление, выделяя токсичные продукты горения и способствуя быстрому распространению пламени. Поэтому необходимо выбирать материалы не ниже класса КМ2.
В зависимости от поверхности, на которую нанесены, отделочные материалы могут иметь различные свойства. К примеру, в сочетании с горючими веществами обычные обои могут проявить себя как легковоспламеняющиеся, а нанесенные на негорючую базу – как слабогорючие. Поэтому при выборе отделочных и облицовочных материалов следует руководствоваться не только данными об их пожарной опасности, но и свойствами оснований.
Для отделки помещений с большим скоплением людей и путей эвакуации недопустимо использование органических продуктов, в частности МДФ-панелей, которые чаще всего относятся к группам Г3 и Г4. Для отделки стен и потолков в торговых залах нельзя использовать материалы с более высокой пожарной опасностью, чем класс КМ2.
Обои на бумажной основе не входят в список продукции, подлежащей обязательной сертификации, и их можно применять в качестве отделочного материала для помещений с повышенными требованиями к пожарной безопасности с учетом того, что основание будет негорючим.
В качестве замены МДФ-панелям используют гипсокартон с внешним покрытием из декоративной пленки. Благодаря гипсовой основе гипсокартон относится к негорючим материалам, а декоративная пленка на основе полимеров переводит его в группу Г1, что позволяет применять его для отделки помещений практически любого функционального назначения, включая вестибюли. Сегодня гипсокартон повсеместно используется для строительства перегородок – самостоятельных строительных конструкций. Это необходимо учитывать при определении их класса пожарной опасности.
Напольные покрытия
К горючести напольных покрытий предъявляются менее жесткие требования, чем к отделочным и облицовочным материалам. Причина состоит в том, что при пожаре пол находится в зоне наименьшей температуры по сравнению со стенами и потолком. В то же время для материалов, служащих в качестве напольного покрытия, важную роль играет такой показатель, как распространение пламени по поверхности (РП).
Благодаря удобству монтажа и высоким эксплуатационным характеристикам широкое применение в качестве напольных покрытий в коридорах, вестибюлях, холлах и фойе зданий получили «линолеумы» – различные виды рулонных полимерных покрытий. Практически все материалы такого типа относятся к группе сильно горючих (Г4) и обладают высоким коэффициентом дымообразования. Уже при температуре 300 °С они поддерживают горение, а при нагреве свыше 450–600 °С воспламеняются. Кроме того, в продукты горения линолеумов входят токсичные вещества – двуокись углерода, СО и хлористый водород. Поэтому их недопустимо использовать в качестве напольного покрытия для коридоров и холлов, где согласно требованиям должны применяться материалы не ниже КМ3, не говоря про вестибюли и лестничные клетки, для которых действуют более жесткие требования. То же можно сказать и о ламинате, который состоит из органических и полимерных материалов и вне зависимости от типа относится к числу сильно горючих – непригодных для оснащения полов путей эвакуации.
Наиболее благополучными с точки зрения пожарной безопасности являются керамическая плитка и керамогранит. Они относятся к группе КМ0 и не входят в перечень материалов, подлежащих сертификации в области пожарной безопасности. Такая продукция подходит для помещений любого функционального назначения. Кроме того, в качестве напольного покрытия в коридорах и холлах можно использовать полужесткие плитки, изготовленные из поливинилхлорида с большим количеством минерального наполнителя (группа КМ1).
Кровельные и гидроизоляционные материалы
Обычно пожароопасность кровельных материалов указана в сертификатах в виде группы горючести. Наименьшей опасностью отличаются кровли из металла и глины, а наибольшей – материалы на основе битумов, каучуков, резинобитумных продуктов и термопластичных полимеров. Хотя именно они придают кровельным материалам высокие эксплуатационные характеристики – водо- и паронепроницаемость, морозостойкость, эластичность, стойкость к негативным атмосферным воздействиям и образованию трещин.
Одними из наиболее пожароопасных являются кровельные и гидроизоляционные материалы, в состав которых входят битумы. Они самовоспламеняются уже при температуре 230–300 °С. Битумы обладают высокой дымообразующей способностью и скоростью горения и широко применяются в производстве рулонных (рубероид, пергамин, стеклорубероид, изол, гидроизол, фольгоизол) и мастичных кровельных и гидроизоляционных материалов. Практически все кровельные материалы на их основе относятся к группе Г4, что накладывает ограничения на их использование в зданиях с повышенными требованиями к пожарной безопасности. Так, они должны укладываться на негорючее основание. Кроме того, поверх осуществляется гравийная засыпка, а также устраиваются противопожарные рассечки, разделяющие кровлю здания на отдельные сегменты. Это необходимо для того, чтобы локализовать возгорание и воспрепятствовать распространению пожара.
Сегодня на рынке представлены десятки видов гидроизоляционных материалов – полиэтиленовые, полипропиленовые, поливинилхлоридные, полиамидные, тиоколовые и другие мембраны. Вне зависимости от вида все они относятся к группе горючих. Наиболее благополучными с точки зрения пожарной безопасности являются гидроизоляционные мембраны, относящиеся к группе горючести Г2. Как правило, это материалы на основе поливинилхлорида с добавлением антипиренов.
Огнеупорному пластику – 3 года
Австралийские ученые из Научно-промышленного исследовательского центра (CSIKO) отметили необычный юбилей: три года назад они представили общественности ноу-хау – огнеупорный пластик. При возгорании материал меняет молекулярную структуру и превращается в керамику, предотвращая дальнейшее распространение огня.
Находчивые обозреватели западных новостных лент в шутку записали эту разработку в IT-сферу. Они предложили изготавливать из огнеупорного пластика корпуса ноутбуков: именно на 2006 г. пришелся пик сообщений о взрывах портативных компьютеров. А если серьезно, то австралийская технология способна защитить от пожара компьютеры, серверы и другие электронные приборы. Сами создатели уверены, что их изобретение можно использовать на нефтяных вышках, грузовых судах, в самолетах, офисах, жилых зданиях, и оно будет актуально всегда.
Теплоизоляционные материалы
Подлежащие сертификации в области пожарной безопасности теплоизоляционные материалы можно разделить на пять групп. Первая из них – пенополистиролы. Благодаря сравнительно низкой стоимости они получили широкое распространение в современном строительстве. Наряду с хорошими теплоизолирующими свойствами эта продукция обладает рядом серьезных недостатков, в числе которых недолговечность, недостаточная влагостойкость и паропроницаемость, низкая стойкость к воздействию ультрафиолетовых лучей и углеводородных жидкостей, а главное – высокая горючесть и выделение при горении токсичных веществ.
Одной из разновидностей пенополистиролов является экструдированный пенополистирол. Он имеет более упорядоченную структуру из мелких закрытых пор. Такая технология производства повышает влагостойкость материала, но не снижает его пожарную опасность, которая остается столь же высокой. Воспламенение пенополистиролов происходит при температуре от 220 до 380 °С, а самовоспламенение соответствует температуре 460–480 °С. При горении пенополистиролы выделяют большое количество тепла, а также токсичные продукты. Вне зависимости от вида все материалы данной категории относятся к группе горючести Г4.
Cэндвич-панели
Оптимальная технология производства сэндвич-панелей была подобрана в 1960 г. С тех пор эти изделия смогли занять лидирующие позиции на рынке, существенно потеснив традиционные материалы. Этот факт достаточно просто объяснить, если учесть все достоинства, которыми обладают сэндвич-панели.
Прежде всего они способны значительно повысить теплоэффективность зданий и сооружений. Теплоизоляционные свойства сэндвич-панелей значительно превышают аналогичные параметры древесины, кирпича, ячеистого бетона и других традиционных строительных материалов. Так, например, стена из сэндвич-панелей толщиной 100 мм по уровню теплоизоляции сравнима с 700-миллиметровой стеновой конструкцией из полнотелого кирпича. Это обусловлено тем, что изготовление сэндвич-панелей предполагает использование высокоэффективного теплоизолятора, в качестве которого может выступать минеральная вата и пенополистирол. Также конструкции из сэндвич-панелей отличаются небольшой массой, что значительно упрощает и удешевляет транспортировку и монтаж. За счет малого веса они не требуют устройства массивных фундаментов, что снижает стоимость строительства. Сэндвич-панели быстро и легко монтируются: скорость возведения сооружений с их использованием в 80 раз выше, чем при строительстве, например, из кирпича.
Наряду с этим сэндвич-панели отличаются высокими показателями водостойкости и устойчивы к воздействию огня, долговечны и надежны. Современное производство сэндвич-панелей полностью соответствует требованиям огнестойкости по СНиП 21-01-97.
Стеновые сэндвич-панели чаще всего используются для обшивки несущих конструкций из металла при сооружении складских комплексов, торговых центров и офисных зданий. Не менее успешно они применяются и при строительстве промышленных объектов. Кровельные сэндвич-панели – это современный и универсальный материал для устройства кровель любого типа. В настоящее время кровельные сэндвич-панели получили широкое распространение в области строительства производственных и коммерческих объектов различного назначения.
В качестве теплоизоляции в составе штукатурных фасадных систем пенополистирол рекомендуется устанавливать с обязательным устройством противопожарных рассечек из каменной ваты – негорючего материала. Из-за высокой пожарной опасности применение материалов этой группы недопустимо в вентилируемых фасадных системах, так как они могут существенно повысить скорость распространения пламени по фасаду здания. При использовании комбинированных кровельных покрытий пенополистирол укладывается на негорючее основание из каменной ваты.
Следующий вид теплоизоляционного материала – пенополиуретан – представляет собой неплавкую термореактивную пластмассу с ячеистой структурой, пустоты и поры которой заполнены газом с низкой теплопроводностью. Из-за невысокой температуры воспламенения (от 325 °С), сильной дымообразующей способности, а также высокой токсичности продуктов горения, в число которых входит цианистый водород (синильная кислота), пенополиуретан обладает повышенной пожарной опасностью. При производстве пенополиуретана активно применяются антипирены, которые позволяют снизить воспламеняемость, но вместе с тем повышают токсичность продуктов горения. В целом использование пенополиуретана в зданиях с повышенными требованиями к пожарной безопасности сильно ограничено. При необходимости его можно заменить двухкомпонентным материалом – пенополиизоциануратом, который обладает более низкой воспламеняемостью и горючестью.
Резольные пенопласты, изготовленные из резольных фенолформальдегидных смол, относятся к группе трудногорючих. В виде плит средней плотности они применяются для теплоизоляции наружных ограждений, фундаментов и перегородок при температуре поверхности не выше 130 °С. Под воздействием пламени резольные пенопласты обугливаются, сохраняя в целом свою форму, и обладают малой дымообразующей способностью по сравнению с пенополистиролом. Одним из главных недостатков данной категории материалов является то, что при деструкции они выделяют целый набор высокотоксичных соединений, в который помимо угарного газа входят формальдегид, фенол, аммиак и другие вещества, представляющие непосредственную угрозу жизни и здоровью людей.
Еще один вид теплоизоляции – стекловата, для производства которой используются те же материалы, что и при изготовлении стекла, а также отходы стекольной промышленности. Стекловата обладает хорошими теплотехническими характеристиками, а температура ее плавления составляет порядка 500 °С. Однако в силу некоторых особенностей к группе НГ относится теплоизоляция плотностью менее 40 кг/м3.
В перечень теплоизоляционных материалов входит каменная вата, которая состоит из волокон, получаемых из каменной породы базальтовой группы. Каменная вата обладает высокими тепло- и звукоизоляционными характеристиками, стойкостью к нагрузкам и различным видам воздействия и долговечностью. Материалы данной группы не выделяют вредных веществ и не оказывают негативного воздействия на окружающую среду. Каменная вата – наиболее надежный материал с точки зрения пожарной безопасности: она является негорючей и имеет класс пожарной опасности КМ0. Волокна каменной ваты способны выдерживать температуру до 1000 °C, благодаря чему материал эффективно препятствует распространению пламени. Теплоизоляция из каменной ваты может применяться без ограничения этажности здания.
Оценка пожароопасности теплоизоляции проводилась в рамках специализированных семинаров, организованных ВНИИПО МЧС. Они сопровождались натурными огневыми испытаниями, в которых участвовали распространенные виды теплоизоляционных материалов – пенополистирол, пенополиуретан, резольный пенопласт и каменная вата. Под воздействием открытого пламени горелки пенополистирол расплавился с образованием горящих капель в течение первой минуты эксперимента, пенополиуретан сгорел в течение 10 минут. За 30 минут испытания резольный пенопласт обуглился, а каменная вата не изменила своей первоначальной формы, доказав принадлежность к негорючим материалам. Вторая часть испытаний – имитации возгорания кровли с теплоизоляционным слоем – показала, что горящий расплав пенополистирола, проникая во внутренние помещения, способствует распространению пожара и возникновению новых очагов возгорания. Таким образом, по результатам испытаний были сделаны выводы о высокой пожарной опасности наиболее часто используемых теплоизоляционных материалов.
Подводя итоги, необходимо еще раз отметить важность эффективных противопожарных мероприятий в процессе проектирования и строительства зданий. Одно из центральных мест занимают оценка пожарной опасности и грамотный выбор строительных материалов, основанный на действующих нормах и стандартах и учитывающий функциональное назначение и индивидуальные особенности здания. Применение современных материалов позволяет обеспечить полное соответствие требованиям пожарной безопасности, гарантируя сохранность жизни и здоровья людям, которые будут находиться в здании после завершения строительства.
