Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Огнезащита древесины. Проблемы и перспективы

Огнезащита древесины. Проблемы и перспективы

В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Огнезащита древесины. Проблемы и перспективы

А.Б. Сивенков, Академия ГПС МЧС России
Н.Н. Крашенинникова, В.С. Кулаков, ООО "Ловин-огнезащита"

Несмотря на появление большого количества используемых в строительстве синтетических веществ, древесина по-прежнему остается одним из самых распространенных стройматериалов. Различные сорта древесины находят самое широкое применение при постройке жилых, сельскохозяйственных, складских, промышленных, общественных и других зданий. Поэтому вопрос защиты ее от огня не теряет своей актуальности.

Способы пропитки древесины антипиренами

Рис.1. Образец древесины сосны до испытанияОдним из самых распространенных способов защиты древесины от огня является пропитка ее антипиренами. Сегодня существует несколько методов такой пропитки, но широкое распространение получили только три из них: поверхностная пропитка, пропитка в автоклаве и пропитка в горячехолодных ваннах. Способ поверхностной пропитки является самым простым и дешевым. Поэтому он получил довольно широкое распространение. К сожалению, надежную огнезащиту получить таким способом очень сложно. Прежде всего потому, что при поверхностной пропитке раствор антипирена проникает в древесину недостаточно глубоко. Обеспечить более эффективную огнезащиту древесины можно только с помощью методов глубокой пропитки в автоклаве или в горячехолодных ваннах. Причем при правильно подобранном составе антипиренов и режимах пропитки древесину можно перевести из группы сильногорючих в группу трудногорючих материалов. Остановимся на этих методах подробнее.

Методы глубокой пропитки древесины

Способы глубокой пропитки древесины известны давно. Так, метод горячехолодных ванн был запатентован еще в 1867 г., а пропитка в цилиндрах под давлением (автоклавы) в 1898 г. В России массовое строительство заводов и установок для глубокой пропитки древесины пришлось на 30-40 гг. XX века [2].

Рис.2. Образец древесины сосны после испытанияВ настоящее время у нас в стране эта отрасль промышленности испытывает ряд трудностей. Часть заводов и установок для глубокой пропитки древесины пришли в частичную негодность из-за износа оборудования или перепрофилирования, другие остались в новообразованных странах. С другой стороны, доступная отечественным производителям информация об эффективности различных антипиренов и оптимальных режимах пропитки очень ограничена. Сегодня, в условиях роста цен на основные энергоносители, предприятия начинают уделять больше внимания тем производственным процессам, которые не требуют значительных энергозатрат. Осуществляя глубокую пропитку древесины, технологи стремятся максимально уменьшить температуру, давление и время процесса обработки. К сожалению, эта экономия часто приводит к снижению огнезащитных свойств материала.

Поэтому одной из самых важных задач, стоящих перед научными коллективами, работающими над проблемой защиты древесины от огня, является подбор таких режимов глубокой пропитки при которых: а) гарантировались заданные огнезащитные свойства материала; б) максимально экономилась энергия, необходимая для реализации процесса.

Метод пропитки древесины под давлением в закрытых цилиндрах (автоклавах)

Рис.3. Образец древесины с глубокой пропиткой после испытанияНа сегодняшний день методы пропитки древесины под давлением в закрытых цилиндрах являются самыми эффективными способами пропитать дерево антипи-ренами. Этот способ позволяет добиться глубокого и равномерного проникновения антипирена в структуру дерева, что обеспечивает наиболее эффективную защиту древесины.

С целью выбора оптимального режима глубокой пропитки древесины огнебиоза-щитным составом КСД-А (марка 1) были исследованы зависимости скорости пропитки и количества сухих солей в древесине от давления в автоклаве, температуры раствора и времени выдержки древесины под давлением.

В результате исследований установлено, что повышение температуры состава до 60°С и увеличение давления свыше 8 атмосфер практически не улучшают условий пропитки. Наиболее экономичным является режим пропитки, проходящий при комнатной температуре и давлении 7-8 атмосфер без предварительного вакуумирования древесины. При повышении температуры раствора привес сухих солей антипирена в древесине увеличивается. Так, при температуре раствора 20°С, давлении в автоклаве 8 атмосфер и времени пропитки 1,5 часа привес солей антипирена составляет 50 кг/м3, а при увеличении температуры раствора до 60°С возможно незначительное увеличение привеса сухих солей до 57 кг/м3. После 4-6 часов пропитки в автоклаве наблюдается увеличение сухого привеса антипирена с 73 до 92 кг/м3.

Исследование состава, остающегося в автоклаве после окончания процесса пропитки древесины, показали, что его свойства (физические, химические, огнезащитные) не претерпевают каких-либо изменений. Состав КСД-А (марка 1) можно использовать для пропитки многократно, до полного израсходования. При необходимости в уже использованное вещество можно добавлять свежий состав.

Результаты исследования зависимости потери массы от содержания сухих солей антипиренов в обработанной древесине показали, что 1-я группа огнезащитной эффективности (потеря массы менее 9%) по ГОСТ 16363-98 [3] может быть получена уже при содержании сухих солей 20 кг/м3. При содержании сухих солей 40 кг/м3 обеспечивается получение устойчивой 1-й группы огнезащитной эффективности (потеря массы менее 7%). При дальнейшем увеличении содержания сухих солей потеря массы снижается не значительно. Так, при привесе сухих солей от 60 до 100 кг/м3 потеря массы изменяется от 5,5 до 4,0% соответственно.

Исследования горючести древесины по ГОСТ 12.1.044-89 [4] п. 4.3. показали, что древесина становится трудногорючим материалом, когда содержание сухих солей антипиренов превышает 40 кг/м3. Учитывая характер зависимости горючести от содержания сухих солей, обеспечение гарантированных результатов следует ожидать при привесе сухих солей от 50 кг/м3 и выше. Необходимое содержание сухих солей антипиренов (50 кг/м3) обеспечивается глубокой пропиткой древесины в автоклаве при давлении 8 атмосфер и температуре 20°С за 1,5-2 часа.

Кроме того, установленный привес сухих солей антипиренов позволяет перевести древесину из группы материалов Г4 (сильногорючие) в группу материалов Г1 (слабогорючие) при испытаниях по ГОСТ 30244-94 [5], что является серьезным аргументом в пользу применения методов глубокой пропитки древесины. Поверхностной пропиткой древесины антипире-нами данный результат практически недостижим. На рис. 1 и 2 представлены образцы древесины сосны с глубокой пропиткой составом КСД-А (марка 1) с привесом сухих солей 50 кг/м3 до и после испытаний по ГОСТ 30244-94.

Рис.4. Степени повреждения образцов древесиныИспользуя данный состав при глубокой пропитке древесины, можно получить группы материалов РП1 (нераспространяющие пламя по поверхности) по ГОСТ Р 51032-97 [6] и группы материалов В1 (трудновоспламеняемые) по ГОСТ 30402-96 [7]. На рис. 3 представлен образец древесины с глубокой пропиткой составом КСД-А (марка 1) после испытаний по ГОСТ Р 51032-97. На 30% поверхности образца наблюдается обугливание от действия радиационной панели, однако распространение пламени по поверхности древесины при испытаниях отсутствует. На рис. 4 для сравнительного анализа степени повреждения образцов древесины представлены (слева направо): исходный образец древесины до испытания, исходный образец древесины после испытания, образец древесины с глубокой пропиткой составом КСД-А (марка 1) с привесом сухих солей 50 кг/м3 после испытаний по ГОСТ 30244-94 и образец древесины с глубокой пропиткой после испытаний по ГОСТ Р 51032-97.

На рис. 5 и 6 представлены образцы древесины с глубокой пропиткой в автоклаве до и после испытаний по ГОСТ 30402-96. Данный образец не воспламенился в течение 15 минут при воздействии внешнего радиационного теплового потока 35 кВт/м2.

Метод пропитки древесины в горячехолодных ваннах

Метод пропитки в горячехолодных ваннах заключается в следующем. Сначала древесину помещают в ванну с горячим раствором антипирена и выдерживают на протяжении нескольких часов. Древесина нагревается, становится гигроскопичной и пропитывается раствором антипирена. Затем ее перекладывают в ванну с Рис.5. Образец древесины с глубокой пропиткой в автоклаве до испытанийхолодным антипиреном.

В настоящее время способ горячехолодных ванн получил широкое промышленное применение в качестве основного способа пропитки строительных деталей на ряде крупных деревообрабатывающих комбинатов. Данный способ оказался весьма рациональным при различных мощностях пропиточной установки (от 5 до 30 тыс. м3 древесины в год) и в тех случаях, когда требуется хорошо пропитать различные количества древесины на местах строительства, не перевозя ее для пропитки на деревопропиточные заводы. При пропитке древесины методом горячехолодных ванн защищаемый материал приобретает свойства трудногорючего при привесе сухих солей не менее 55 кг/м3. Однако устойчивый результат можно ожидать только при привесе сухих солей 70 кг/м3. В результате испытаний выяснилось, что 2-я группа огнезащитной эффективности достигается при содержании сухих солей не менее 12 кг/м3. Данный сухой привес обеспечивает древесине свойства трудновоспламеняемо-го материала. При увеличении содержания солей до 30 кг/м3 обеспечивается 1-я группа огнезащитной эффективности, однако материал по-прежнему остается в группе трудновоспламеняемых. При повышении привеса сухих солей антипирена более 40 кг/м3 результат практически не улучшается, и только после того, как содержание сухих солей достигает 55-60 кг/м3, древесину можно считать трудногорючим материалом. Причем уличение привеса сухих солей антипирена достигается только при Рис.6. Образец древесины с глубокой пропиткой в автоклаве после испытанийповышении температуры раствора в горячей ванне. Например, при повышении температуры раствора с 50 до 80°С значение привеса сухих солей увеличивается с 12 до 60 кг/м3. Время пропитки на содержание в древесине антипирена существенно не влияет.

Выбор метода пропитки

Метод горячехолодных ванн, по сравнению с методом глубокой пропитки в автоклаве, представляется более трудоемким. Во-первых, потому, что общее время пропитки для достижения трудногорючести древесины методом горячехолодных ванн составляет 24 часа, а для того чтобы получить аналогичный результат методом автоклавной пропитки достаточно 1-1,5 часов. Во-вторых, при пропитке методом горячехолодных ванн необходимо на протяжении 8 часов поддерживать температуру раствора равной 80°С. Часто это бывает сопряжено с определенными трудностями. Пропитывать древесину в горячехолодных ваннах целесообразно только тогда, когда автоклавы не доступны или находятся очень далеко, и расходы, связанные с транспортировкой материала к месту пропитки, могут перекрыть издержки этого метода.

Заключение

Результаты проведенного исследования показали, что для того чтобы легкогорючая древесина стала трудногорючим материалом или материалом групп Г1, В1 и РП1, привес сухих солей антипиренов в ней должен составлять не менее 50 кг/м3. Легче всего этого можно добиться пропитывая древесину в автоклаве составом КСД-А (марка 1). Пропитка должна длиться от 1,5 до 2 часов и проходить при давлении в 8 атмосфер и температуре +200 °С. Предварительно вакуумировать древесину не надо.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Павлов А. Об экспорте продукции лесопромышленного комплекса России // Журнал для работников лесопромышленного комплекса "Форест-лайф", № 2, декабрь, 2001 г. - 2-4 с.
  2. Лекторский Д.Н. Защитная обработка древесины. - М. - Л.: Гослесбумиздат, 1961 г. - 216 с.
  3. ГОСТ 16363-98 Средства огнезащитные для древесины. Метод определения огнезащитных свойств.
  4. ГОСТ 12.1044-89 Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
  5. ГОСТ 30244-94 Материалы строительные. Методы испытания на горючесть.
  6. ГОСТ Р 51032-97 Материалы строительные. Метод испытания на распространение пламени.
  7. ГОСТ 30402-96 Материалы строительные. Методы испытания на воспламеняемость.
  8. Опубликовано: Журнал "Противопожарные и аварийно-спасательные средства" #2, 2004
    Посещений: 7012


      Автор
     

    Сивенков А. Б.

    Академия ГПС МЧС России

    Всего статей:  2


      Автор
     

    Крашенинникова Н. Н.

    ООО "Ловин-огнезащита"

    Всего статей:  1


      Автор
     

    Кулаков В. С.

    ООО "Ловин-огнезащита"

    Всего статей:  2

    В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций