Защита зданий, сооружений и конструкций от огня и шума. Материалы, технологии, инструменты и оборудование


Л. П. Зарубина





            ЗАЩИТА ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ ОТ ОГНЯ И ШУМА


МАТЕРИАЛЫ, ТЕХНОЛОГИИ, ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

Учебное пособие

2-е издание











Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

УДК 614.841.34+628.517
ББК 38.96+30н
     3-35












    Зарубина, Л. П.

3-35      Защита зданий, сооружений и конструкций от огня и шума. Мате    риалы, технологии, инструменты и оборудование : учебное пособие / Л. П. Зарубина. - 2-е изд. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. -336 с.
         ISBN 978-5-9729-0686-4

    Рассмотрены средства и способы пассивной и активной огнезащиты, описаны огнезащитные покрытия для металлоконструкций, железобетонных конструкций, воздуховодов, деревянных конструкций, кабельных сетей. Даны системы противопожарной и противодымной защиты, пожарной сигнализации, автоматического пожаротушения. Рассмотрены вопросы звукоизоляции производственных, жилых и офисных помещений. Приведены современные материалы для звукоизоляции, шумоизоляции и шумопоглощения. Обобщен и систематизирован многолетний опыт работы ведущих научных, проектных и производственных организаций.
    Для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, строительством и эксплуатацией зданий и сооружений. Может быть полезно студентам высших учебных заведений, аспирантам, слушателям институтов повышения квалификации строительного, машиностроительного и технологического профилей.

                                                 УДК 614.841.34+628.517
                                                 ББК 38.96+30н


ISBN 978-5-9729-0686-4   © Зарубина Л. П., 2021
                         © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

ЧАСТЬ I ЗАЩИТА ОТ ОГНЯ

Защита зданий, сооружений
и конструкций от огня и шума

ЗарубинаЛ.П.


        Введение


   Произошедшие в последние годы крупные пожары с большими материальными потерями и человеческими жертвами обострили внимание общества к проблеме пожарной безопасности строящихся объектов. По статистике МЧС, в стране происходит ежегодно около 300 тыс. пожаров, при которых гибнет порядка 15 000 человек, пострадавших - сотни тысяч. По сравнению со странами Европы, США, Канадой, Японией, количество погибших при пожарах в России в 3-5 раз больше. В мае 2009 года вступил в силу новый Федеральный закон «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (далее - ФЗ ТР), положениям которого должны соответствовать все без исключения объекты на территории России. ФЗ ТР законодательно вводит принцип выбора вариантов противопожарной защиты, тем самым реализуя конституционное право собственника распоряжаться своим имуществом, в т.ч. и рисковать им. Но безопасность людей должна быть обеспечена независимо от формы собственности.[1,2]
   При пожаре температура достигает отметки в 1000 градусов по Цельсию. Несущие конструкции при таких температурах начинают деформироваться уже через 7-10 минут. Значительно увеличивать это время позволяют огнезащитные покрытия, способные создавать теплоизолирующую шубу и, благодаря этому, сохранять технологические свойства конструкций.
   Огнезащита направлена на снижение пожарной опасности строительных конструкций (СК), обеспечение требуемой огнестойкости зданий, сооружений и материалов.
   К числу объектов, для которых проблема оптимальной огнезащиты имеет особенно большое значение, относятся:
   -    СК с нормируемыми пределами огнестойкости (колонны, балки, ригели, плиты перекрытий, рамные конструкции);
   -    огнестойкие воздухо- и газоводы систем противодымной защиты зданий и сооружений;
   -    кабельные коммуникации различных типов (силовые, осветительные, контрольные) и кабельные проходки через огнестойкие строительные конструкции;
   -    резервуары с нефтепродуктами и сжиженными газами и другие элементы нефтегазодобывающего и нефтехимического комплекса. В условиях пожара перечисленные объекты подвергаются совместному действию силовых нагрузок и высокотемпературного нагрева.Продолжительность огневого воздействия может достигать 2,5 ч и более.

4

Введение

   Согласно СНиП 21-01-97* [3] одной из основных характеристик пожарной безопасности зданий и сооружений является степень их огнестойкости. Степень огнестойкости здания определяется огнестойкостью его строительных конструкций.
   Показателем огнестойкости СК является предел огнестойкости, который определяется по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких нормируемых для данной конструкции признаков предельных состояний:
   -    потери несущей способности (R);
   -    потери целостности (Е);
   -    потери теплоизолирующей способности (I).
   В таблицах СНиП 21-01-97* приведены значения требуемых пределов огнестойкости различных строительных конструкций зданий. Для противопожарных преград (стен, перегородок, перекрытий) в зависимости от их типа устанавливаются пределы огнестойкости от REI 15 до REI 150.(цифры обозначают нормируемый для конструкций данного типа предел огнестойкости в минутах)
   В зависимости от степени огнестойкости зданий для его несущих элементов устанавливаются пределы огнестойкости от R 15 (III степень) до R 120 (I степень). Для наружных стен здания устанавливаются пределы огнестойкости от RE 15 (III степень) до RE 30 (I степень); для перекрытий междуэтажных, в том числе чердачных и над подвалами, - от REI 15 до REI 60; для внутренних стен лестничных клеток - от REI45 до REI 120, а для маршей и площадок лестниц -отК30до R 60.
   Для некоторых уникальных зданий и сооружений, опасных производств устанавливают более жесткие показатели огнестойкости. Например, для СК подземных сооружений задают более высокие значения требуемых пределов огнестойкости по сравнению с наземными зданиями (180 мин и более).
   Наименьшую огнестойкость имеют металлические конструкции [5]. Предел их огнестойкости зависит в первую очередь от приведенной толщины металла (Под приведенной толщиной металла понимается отношение площади сечения элемента к обогреваемой части параметра сечения). Так например, стальные балки, прогоны, ригели, колонны, стойки и др. с приведенной толщиной металла 3, 5, 10, 15, 20, 30 мм имеют пределы огнестойкости 5, 9, 15, 18, 21, 27 мин соответственно. СНиП 2101-97* допускает применение незащищенных стальных конструкций в тех случаях, когда минимальный требуемый предел огнестойкости конструкции указан R 15 (RE 15, REI15), за исключением случаев, когда предел огнестойкости несущих элементов здания составляет менее R 8. В этих случаях, а также во всех остальных, когда требуемый предел огнестойкости конструкций превышает R 15 (RE 15, REI 15), повышение их огнестойкости до требуемого уровня производится с помощью огнезащиты.
   При использовании деревянных конструкций в большинстве случаев должны приниматься меры по снижению горючести и пределов распространения огня. Это достигается применением огнезащитных пропиток или специальных покрытий.

5

Защита зданий, сооружений
и конструкций от огня и шума

ЗарубинаЛ.П.

   Кроме этого к несущим и ограждающим конструкциям из дерева могут предъявляться требования по огнестойкости. Деревянные конструкции обладают низким уровнем огнестойкости. Например, деревянные клееные балки прямоугольного сечения 31-72 х 12-21 см, применяемые в покрытиях производственных задний, имеют предел огнестойкости 30 мин. Деревянные клееные колонны прямоугольного сечения 19 х 30 см, нагруженные с эксцентриситетом 6 см, при нагрузке 274 кН имеют предел огнестойкости 45 мин [4].
   Согласно пособию по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов [6], пределы огнестойкости конструкций из древесины определяются с учетом скорости ее обугливания. При этом учитывается, что огнезащитная обработка практически не уменьшает скорости обугливания древесины. Повышение огнестойкости этих конструкций до требуемого уровня производится с помощью огнезащиты требуемой толщины.
   Таким образом, проблема обеспечения огнестойкости СК особенно актуальна для металлических и деревянных конструкций, а также легких ограждений зданий и сооружений различного назначения. В некоторых случаях, в частности для подземных сооружений, она становится важной и для железобетонных конструкций.
   В пособии [6] даны рекомендации по установлению размеров железобетонного элемента и толщины защитного слоя бетона в зависимости от его вида, класса арматуры, типа конструкции, формы поперечного сечения и других факторов для обеспечения требуемого предела огнестойкости.
   В тех случаях, когда принятое в соответствии с рекомендациями расстояние до оси арматуры железобетонного элемента не обеспечивает требуемого предела огнестойкости или принятое конструктивное исполнение элемента не удовлетворяет ограничениям по массе, материалоемкости и стоимости, применяют огнезащиту.
   Исследования показали, что в огнезащите нуждаются, главным образом, сборные многослойные, пустотные, ребристые, тонкослойные панели и плиты, конструкции с внешним армированием, конструкции из полимербетона [5]. Причем для конструкций из полимербетона помимо огнестойкости актуально снижение горючести материала.
   В случае подземных сооружений, в которых бетон несущих конструкций может иметь повышенную влажность, увеличение толщины защитного слоя бетона как средство обеспечения требуемых пределов огнестойкости не эффективно из-за опасности его взрывообразного разрушения в условиях пожара.

6

Глава 1. Пассивная защита


        Глава 1. Пассивная огнезащита

   1.1. Средства и способы огнезащиты

   Повышение огнестойкости конструкций до требуемого уровня осуществляется с помощью соответствующей огнезащиты.
   Понятие «огнезащита» предполагает использование различных средств огнезащиты - огнезащитных составов или материалов. За рубежом в случае использования средств огнезащиты иногда применяют термин «пассивная огнезащита». При этом под активной огнезащитой понимается использование систем пожарной сигнализации, автоматического пожаротушения (спринклерных и дренчерных установок) и др.[3]
   Главная задача пассивных средств огнезащиты - предотвратить возникновение пожара, а если он все-таки произошел, дать возможность людям покинуть здание, сохраняя несущие конструкции здания, и препятствую дальнейшему развитию огня, что значительно сокращает материальные убытки.
   Пассивная огнезащита строительных конструкций - один из основных способов обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений. За последние десять лет произошло резкое ужесточение нормативных требований к огнестойкости строительных конструкций и инженерных сетей, что нашло отражение в материалах федерального закона N2123 от 22 июля 2008 г. «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». [5]
   Защита объектов от огневого воздействия осуществляется следующими способами:
   а)    бетонирование, оштукатуривание, обкладка кирпичом (конструктивный способ);
   б)    облицовка объекта огнезащиты штатными материалами или установка огнезащитных экранов на относе (конструктивный способ);
   в)    нанесение непосредственно на поверхность объекта огнезащитных покрытий (окраска, обмазка, напыление и др.);
   г)    пропитка подповерхностных слоев конструкций огнезащитным составом;
   д)    комбинированный (композиционный) способ, представляющий собой рациональное сочетание различных способов. Первый из них традиционно используется для строительных конструкций, к которым не предъявляется требование пониженной массы. Остальные способы могут применяться для всех перечисленных выше объектов.
   Основными компонентами средств огнезащиты являются:
   а)термостойкие заполнители:


7

Защита зданий, сооружений
и конструкций от огня и шума

ЗарубинаЛ.П.

   -  вермикулит вспученный и невспученный (сырье);
   -  перлит вспученный и невспученный (сырье);
   -  керамзит;
   -     минеральные волокна из базальта, а также каолиновые, кремнеземистые и кварцевые волокна;
   б)     неорганические вяжущие вещества (воздушные, гидравлические и кислотоупорные):
   -  жидкое стекло натриевое;
   -  природный двуводный гипс и природный ангидрит;
   -  портландцемент;
   -  глиноземистый цемент;
   -  фосфатные вяжущие (растворы фосфатов и фосфорных кислот)
   в)   органические (полимерные) связующие:
   -  меламиноформальдегидная смола;
   -  аминосмолы;
   -  эпоксидные смолы в смеси с аминосмолами и др;
   -     латексы сополимеров хлористого винила с винилиденхлоридом, бутадиена со стиролом и др.
   г)    специальные добавки, усиливающие огнезащитную способность композиции, повышающие технологичность огнезащитного состава, увеличивающие прочность, адгезию и долговечность огнезащиты.
   В некоторых случаях применяется однокомпонентная огнезащита (без связующего) в виде засыпок в полости или минеральной ваты из волокон, скрепленных силами естественного сцепления.
   Поведение материалов и конструкций в условиях пожара имеет следующие особенности.
   В условиях пожара дерево, а также композиционные полимерные материалы подвергаются термическому разложению с выделением парогазовой смеси сложного состава и образованием пористого кокса. Это приводит к потере их прочности и жесткости.
   Для стали характерно снижение жесткости и прочности с последующим переходом в пластичное состояние.
   При нагреве бетон уменьшает свою жесткость и прочность. Кроме того, происходит его дегидратация, сопровождающаяся переносом массы пара. Бетон повышенной влажности испытывает взрывообразное разрушение при огневом воздействии.
   Конструкции без огнезащиты деформируются и разрушаются под действием напряжений от внешних нагрузок и температуры. Огнезащита, блокирующая тепловой поток от огня к поверхности конструкций, позволяет сохранить их работоспособность в течение заданного времени.

8

Глава 1. Пассивная защита

   Вспучивающиеся покрытия на органических связующих увеличивают толщину вследствие образования пенококса, который постепенно выгорает и в конце огневого воздействия может механически отрываться от конструкции.
   Для покрытий на минеральных вяжущих, содержащих в своем составе связанную воду, характерно выделение и перенос массы пара, что приводит к блокированию теплового потока в защищаемую конструкцию и замедляет рост ее температуры.
   Для вспучивающихся покрытий на минеральных вяжущих характерно как увеличение толщины при нагреве, так и блокирование теплового потока в защищаемую конструкцию за счет выделения и переноса массы пара.
   Для огнезащиты из термостойких волокнистых или пористых материалов характерно поглощение и низкая интенсивность переноса теплоты теплопроводностью, конвекцией и излучением при сохранении исходной формы.
   Композиционная огнезащита позволяет усилить физические эффекты блокирования теплового потока в защищаемую конструкцию, реализуемые при использовании простых способов огнезащиты.
   Основные преимущества и недостатки способов огнезащиты, которыми реализуются типичные средства, приведены в табл.1.1 [4]


Таблица 1.1. Основные преимущества и недостатки способов защиты

       Название способа                      Преимущества                         Недостатки            
                                                                       Большая масса (дополнитель-      
                                                                       ная нагрузка на конструкции и    
Бетонирование, оштукатурива-    Относительно низкая стоимость мате-    фундамент). Необходимость        
ние, обкладка кирпичом          риалов                                 применения стальной сетки и (или)
                                                                       анкеров. Большая трудоемкость    
                                                                       работ. Сложность восстановления  
                                                                       и ремонта                        
                                Повышенная вибростойкость и долго-     Большие толщины огнезащитных     
                                вечность за счет механического крепле- материалов (в случае волокнистых 
Установка облицовок или         ния к конструкциям. Возможность        материалов). Высокий уровень     
экранов из плитных или листовых демонтажа и ремонтопригодность.        паропроницаемости. Перерасход    
материалов                      Высокая производительность работ       материала при низкомуровне       
                                по установке огнезащиты. Хорошие       требуемых пределов огнестойкости 
                                защитно- декоративные качества         защищаемых конструкций           
                                                                       Низкая вибростойкость и долговеч                                                                       ность покрытия при большихтолщи- 
Нанесение методами набрызга     Относительно низкая трудоемкость. Воз- нахслоев. Большая продолжитель-  
или полусухого торкретирова-    можность эксплуатации в атмосфер-      ность нанесения и невозможность  
ния составов на минеральном     ныхусловиях (для составов на основе    параллельного проведения других  
вяжущем                         портландцемента)                       работ. Сложность восстановления и
                                                                       ремонта. Трудность обеспечения и 
                                                                       контроля заданныхтолщин покрытия 
                                                                       Низкий уровень достигаемых       
Нанесение напылением вспу-      Относительно низкая трудоемкость.      пределов огнестойкости (до 45-60 
чивающихся покрытий             Малая толщина покрытия                 мин). Трудность обеспечения и    
                                                                       контроля заданных толщин         

9

Защита зданий, сооружений
и конструкций от огня и шума

ЗарубинаЛ.П.

   1.2.    Конструктивные способы защиты. Листовые, плитные и рулонные облицовки или экраны

   Этот способ огнезащиты находит все более широкое применение в практике.
   К числу его преимуществ относится то, что плитные и рулонные материалы можно применять для облицовки конструкций вновь возводимых зданий после введения его в эксплуатацию, а при реконструкции проведение огнезащитных работ возможно без прекращения эксплуатации.
   Кроме того, возможен демонтаж огнезащиты этого типа при выполнении работ по усилению несущих конструкций и нанесении антикоррозионных покрытий на металлические конструкции.
   Внутренние полости между облицовкой и защищаемой конструкцией можно использовать для монтажа коммуникаций.
   Применение данного способа огнезащиты позволяет избежать мокрых процессов при производстве работ и вести монтаж не только при положительной, но и при отрицательной температуре воздуха.
   К числу наиболее дешевых и достаточно широко выпускаемых промышленностью средств огнезащиты данного типа относятся гипсокартонные (ГКЛ) и гипсоволокнистые (ГВЛ) листы. Они состоят из слоя гипса плотностью 800-1150 кг/мЗ, покрытого с обеих сторон картоном толщиной 0,5-0,7 мм.
   ГВЛ армированы целлюлозным волокном. Их целесообразно применять в тех случаях, когда существуют повышенные требования к внешнему виду несущих конструкций. Огнезащита из ГКЛ может выполняться в один и более слоев в зависимости от величины требуемого предела огнестойкости стальных конструкций. Для наружных облицовок рекомендуется использовать листы толщиной не менее 14 мм.[4]
   Гипсоволокнистые КНАУФ-суперлисты ( ГВЛ ) соответствуют группе горючести - Г1 (слабогорючие) (по ГОСТ З0244-94), группе воспламеняемости - В 1 (трудно-воспламеняемые) (по ГОСТ З0402-96), группе дымообразующей способности -Д 1 (с малой дымообразующей способностью) (по ГОСТ 12.1.044-89), группе токсичности продуктов горения - Т1 (малоопасные) (по ГОСТ12.1.044-89), группе распространения пламени по поверхности - РП 1 (по ГОСТ Р 510З2-97).
   ГВЛ предназначены для применения в жилых, административных, общественных и производственных зданиях:
   -  всех степеней огнестойкости, включая I степень;
   -  всех классов конструктивной пожарной опасности, включая класс СО;
   -  всех классов функциональной пожарной опасности, включая класс Ф1;
   -  любых конструктивных систем и типов;
   -  любого уровня ответственности, включая повышенный;
   -  различной этажности;

10