Теоритические основы огнезащиты пластмасс.

   Метаморфические горные породы образовались в результате изменений изверженных и осадочных горных пород под высокими давлениями
и температурами, имеют высокую объемную массу и прочность, например,
мрамор, образовавшийся из известняков.

   Достоинствами природных каменных материалов являются высокая
прочность, долговечность, водостойкость и морозостойкость, хорошие декоративные качества. К недостаткам можно отнести
малое временное сопротивление растяжению и изгибу, большая объемная
масса. Указанные качества определяют область применения природных
каменных материалов в строительстве.

. Основные виды искусственных каменных
материалов, их характеристики и особенности

    Искусственные  каменные материалы бывают безобжиговые и получаемые обжигом.

    Первые (бетоны, асбестоцемент,  силикатные материалы)
изготовляют соединением минерального вяжущего вещества с водой и заполнителем из природных каменных материалов в процессе соответствующей технологической обработки (механической, тепловой, влажностной).


   Вторые получают  путем обжига сырья из природных  каменных материалов при высоких  температурах (керамические) либо нагрева  сырья до расплавления (каменное  литье, минеральные расплавы) с  последующим охлаждением, сопровождающимся  их затвердеванием.

Неорганические (минеральные) вяжущие вещества делят на две
основные группы:

-воздушные вяжущие —  вещества способные твердеть  после соединения с водой и  сохранять прочность только на  воздухе, например: гипс,
воздушная известь, жидкое стекло;

-гидравлические вяжущие  - вещества, способные после соединения
с водой твердеть и сохранять прочность на воздухе и в воде: портландцемент и его разновидности, глиноземистый цемент, гидравлическая известь
и др.

 

   Особенности поведения природных каменных
материалов в условиях пожара

 Мономинеральные горные  породы (гипс, известняк, мрамор и  др.)
при нагреве ведут себя более спокойно, чем полиминеральные.

   Они претерпевают  в начале свободное тепловое расширение, освобождаясь от физически связанной влаги в порах материала. Это не приводит, как правило, к
снижению прочности и даже может наблюдаться ее рост при спокойном
удалении свободной влаги. Затем в результате действия химических процессов дегидратации (если материал содержит химически связанную влагу) и
диссоциации материал претерпевает постепенное разрушение (снижение
прочности практически до нуля).

     Полиминеральные горные породы ведут себя в основном аналогично мономинеральным, за исключением того, что при нагреве возникают
значительные напряжения,  обусловленные различными величинами коэффициентов теплового расширения у компонентов, входящих в состав горной породы. Это приводит к разрушению (снижению прочности) материала.

    Рассмотрим особенности  поведения мономинеральных и  полиминеральных горных пород  при нагреве на примере двух  материалов: известняка и гранита.

    Известняк —  мономинеральная горная порода, состоящая из минерала кальцита  СаС03. Нагревание кальцита до 600 °С не вызывает значительных изменений минерала, а сопровождается лишь его равномерным
расширением. Выше 600 °С (теоретическая температура 910 “С) начинается
диссоциация кальцита по реакции СаС03 = СаО + СО,, в результате которой образуются углекислый газ (до 44% по массе от исходного материала)
и рыхлый низкопрочный оксид кальция, что вызывает необратимое снижение прочности известняка.

   При испытании  материала при нагреве, а также
после нагрева и остывания в ненагруженном состоянии. Было установлено, что при нагревании известняка до 600°С происходит увеличение его прочности на 78% в связи с удалением физически связанной
(свободной) влаги из микропор материала.     Затем прочность снижается: при
800°С она достигает первоначальной, а при 1000“С прочность составляет
всего 20% от начальной (до нагрева).

  Следует иметь в  виду, что в процессе охлаждения  большинства материалов после  высокотемпературного нагрева продолжается  изменение
(чаще — снижение) прочности. Снижение прочности известняка до первоначальной происходит после нагрева до 700“С с последующим остыванием
(в горячем состоянии до 800°С).

   Поскольку процесс  диссоциации СаС03 протекает со  значительным
поглощением тепла (178,5 кДж/кг), и образующийся при этом пористый оксид кальция обладает малой теплопроводностью, слой СаО создает на поверхности материала теплозащитный барьер, несколько замедляющий дальнейший прогрев известняка вглубь.

  При контакте с  водой при тушении пожара (либо  влагой из воздуха
после остывания материала) происходит повторно реакция гидратации образовавшейся при высокотемпературном нагреве негашеной извести СаО.
 Образующийся при этом гидроксид кальция увеличивается в объеме и является очень рыхлым и непрочным материалом, который легко разрушается.

     Рассмотрим  теперь поведение гранита при  нагревании.

  Поскольку
гранит — полиминеральная горная порода, состоящая из полевого шпата
кварца и слюды, его поведение в условиях пожара будет во многом определяться поведением этих компонентов.

   Установлено, что  зависимость коэффициента изменения  прочности гранита от температуры  можно условно разделить на  несколько участков, отражающих характер проходящих в граните процессов. После нагревания гранита до 200°С и последующего остывания
наблюдается увеличение прочности на 60%, связанное со снятием внутренних напряжений, возникших в период образования гранита в результате неравномерного охлаждения расплавленной магмы, и разницы величины коэффициентов температурного расширения минералов, составляющих гранит.

   Кроме того, увеличение  прочности в некоторой степени,  видимо, также обусловлено удалением  свободной влаги из микропор  гранита. При температуре выше 200°С начинается постепенное снижение
прочности, которое объясняется возникновением новых внутренних напряжений, связанных с различием коэффициентов термического расширения
минералов.

   Уже значительное  снижение прочности гранита наступает  выше
575°С из-за изменения объема кварца, претерпевающего модификационное
превращение (/5-кварц в а-кварц). При этом в граните невооруженным глазом можно обнаружить образование трещин. Однако суммарная прочность
гранита в рассмотренном температурном интервале еще остается высокой:
при 630°С предел прочности гранита равен начальному значению.

   В диапазоне температур 750...800°С и выше продолжается снижение прочности гранита за счет дегидратации и диссоциации минералов полевого шпата и слюды, а также модификационного превращения кварца
из а-кварца в а-тридимит при 870°С. При этом в граните образуются более
глубокие трещины.

    Предел прочности  гранита при 800°С составляет всего
35% от первоначального значения.

   Установлено, что  скорость прогрева оказывает  влияние на изменение прочности  гранита. Так, при быстром (одночасовом)  нагреве прочность его начинает  снижаться после 200°С, в то время как после медленного (восьмичасового) — лишь с 350°С. 

   Таким образом,  можно сделать вывод, что известняк  (мономинеральная горная порода) является более стойким к нагреванию  материалом,
чем гранит (полиминеральная порода).

  Известняк практически  полностью
сохраняет свою прочность после нагревания до 700°С, гранит — до 630°С и
последующего остывания. Кроме того, известняк претерпевает значительно меньшее температурное расширение, чем гранит.

  Это важно учитывать  при оценке поведения искусственных  каменных материалов в условиях  пожара, в которые гранит и  известняк входят в качестве  заполнителей, например, бетона.

  Также следует учитывать,  что после прогрева до высоких  температур и последующего остывания  природных каменных материалов  их
прочность не восстанавливается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Задание: При испытании образцов полимерного строительного материала на установке «Шахтная печь» получены результаты, приведенные в таблице.

Проведите сравнение  с требуемыми показателями и сделайте вывод, относится ли материал к группе трудносгораемых (трудногорючих) или нет.

№ испытания	Температура дымовых  газов, град.С	Время самостоятельного горения, с	Степень повреждения  по массе, %	Степень повреждения  по длине, %
1	230	26	82	84
2	232	25	78	88
3	228	28	78	81

 

 

Решение

Для решения задачи используем  ГОСТ 30244-94  Методы испытаний на горючесть

Произведем обработку  результатов трех испытаний (определение  параметров горючести).

При обработке результатов  трех испытаний рассчитывают следующие  параметры горючести строительного  материала:

 

- температуру дымовых  газов; 

 

- продолжительность самостоятельного  горения; 

 

- степень повреждения  по длине; 

 

- степень повреждения  по массе.

Температуру дымовых газов (Т,° С) и продолжительность самостоятельного горения (tc.r, с) определяют как среднее арифметическое значение результатов трех испытаний.

T=(T₁+T₂+T₃)/3=(230+232+228)/3=230^oC

tc.r.= (t₁+t₂+t₃)/3=(26+25+28)/3=26.3 округляем полученное значение до 26.

Степень повреждения по длине (SL, %) определяют процентным отношением длины повреждения образцов к  их номинальной длине и рассчитывают как среднее арифметическое значение этого отношения из результатов  каждого испытания.

SL=(SL₁+SL₂+SL₃)/3=(84+88+81)/3=84.3%

Округляем полученное значение до 84

Степень повреждения по массе (Sm, %) определяется процентным отношением массы поврежденной части образцов к начальной (по результатам одного испытания) и рассчитывается как среднее арифметическое значение этого отношения из результатов каждого испытания.

Sm=(Sm₁+Sm₂+Sm₃)/3=(82+78+78)/3=79.3

Округляем полученное значение до79

Материал следует относить к группе горючести в соответствии с ГОСТ 30244-94 (таблица 1).

По всем параметрам кроме  степени повреждения по массе  подходит группа горючести Г2, но так как степень повреждения по массе составляет 79%>50% то этот строительный материал будет группы горючести Г4.

Материал  не является трудногорючим  так как относится к группе Г4  и является сильногорючим строительным  материалом.

 

 

 

 

Список использованной литературы:

 

1.  В. Н.Демёхин. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре. Учебник. М Академия ГПС МЧС 2003.
2. А. Я. Корольченко. Средства огнезащиты. Справочник. М Пожнаука 2005.
3. Федеральный закон № 123 – ФЗ от 22.07.08. Технический регламент «О требованиях пожарной безопасности». 
4. ГОСТ Р 51032-97 "Материалы строительные. Метод испытания на распространение пламени".
5. ГОСТ 28157-89 "Пластмассы. Методы определения стойкости к горению".
6. ГОСТ 30244—94 Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть.