Для теплоогнезащиты строительных конструкций часто используется минеральная вата малой плотности, которая имеет свойство легко деформироваться при монтажных работах. В статье представлены результаты исследования зависимости прогрева стальных и деревянных конструкций, имеющих огнезащитное покрытие из минераловатных плит при их сжатии. Расчетным путем установлено, существенное ухудшение огнезащитных свойств такого деформированного покрытия. Расчеты проводились для стандартного режима пожара и для углеводородного. В результате исследования сделан вывод о том, что при проведении технологических операций по огнезащите строительных конструкций из минеральной ваты, при которых происходит увеличение её плотности (сжатие), расчёт пределов огнестойкости защищаемой конструкции следует производить по фактической плотности и фактической толщине слоя минеральной ваты.
Минераловатные плиты широко применяются как в промышленном, так и в гражданском строительстве, для тепло- и огнезащиты строительных конструкций [1] в том числе и в судостроении [2]. При монтажных работах по той или иной причине плиты могут претерпевать деформации и пребывают в сжатом состоянии с уменьшенной толщиной. В этом случае остается открытым вопрос, оказывает ли влияние сжатие минераловатной плиты на прогрев защищаемой конструкции.
Для оценки влияния сжатия минераловатной плиты на прогрев защищаемой конструкции проведены расчёты прогрева слоёв минеральной ваты плотностью от 50 до 350 кг/м3. Предполагается, что начальная плотность слоя минеральной ваты составляет 50 кг/м3. Толщины слоёв разной плотности определяются условием сохранения массы плиты при сжатии:
При выполнении расчета приняты следующие начальные толщины слоев минеральной ваты - 50 и 100 мм. Толщины материалов используемых в защищаемой конструкции (стойке) приняты следующие: стали – 3,4 мм, 5 и 10 мм, древесины – 25 мм. Коэффициенты теплопроводности минеральной ваты для каждой плотности определяется по справочным данным [3-5] и приведены в таблице 1.
Изменение теплоёмкости минеральной ваты от температуры прогрева определяется уравнением [6]: С=754+0,63·T, где Дж/(кг×oC).
Степень черноты поверхности минеральной ваты принята ɛ=0.96 [4].
Стандартный температурный режим пожара, при котором производят расчетные испытания строительных конструкций, определяется в виде следующей зависимости [7]:
Для нефтехимической промышленности и на морских нефтяных платформах используется углеводородный температурный режим пожара [8]:
Расчет распределения температуры в поперечном сечении конструкции производился путем численного решения уравнения теплопроводности с учетом зависимости теплофизических характеристик материалов от температуры:
Граничные условия задачи описывались уравнением лучистого и конвективного теплообмена между внутренней поверхностью конструкции и окружающей средой:
При расчете на поверхностях контакта разных материалов конструкции учитывается условие равенства температур и тепловых потоков, а также предполагается, что целостность конструкции сохраняется.
На рисунке 1 приведена расчетная схема, использованная при проведении тепловых расчетов прогрева конструкции стойки. Область I – сталь (или древесина). Область II – слой минеральной ваты. На линиях 2-6 определено условие теплоизоляции (расчетные линии на которых тепловой поток равен нулю); 7 – линия, на которой выполняется условие равенства температур и тепловых потоков, совпадает с границами раздела двух материалов. По расчетной линии 1 происходит воздействие стандартного температурного режима пожара. X – толщина огнезащитного слоя. М – приведенная толщина металла конструкции, ПТМ (или толщина древесины).
Зависимости температуры стальных конструкций от времени, при разной степени сжатия минеральной ваты, приведены на рисунках 2-7. Зависимости температуры поверхности деревянных конструкций от времени, при разной степени сжатия минеральной ваты, приведены на рисунках 8-9. Цифрами на рисунках обозначены плотности материала, достигнутые при сжатии.
Из полученных результатов следует, что при сжатии огнезащитного слоя из минеральной ваты температура прогрева и скорость прогрева защищаемой конструкции могут существенно увеличиваться. Следовательно, в случае проведения технологических операций над огнезащитой из минераловатных плит, при которых происходит увеличение её плотности, расчёт пределов огнестойкости защищаемой конструкции следует производить по фактической плотности и фактической толщине слоя минеральной ваты.
Литература:
1. Сайт компании Paroc: https://www.paroc.ru/resheniya-paroc/pozharnaya-bezopasnost Актуализировано 2021.05.17
2. Судостроение. Корпусная противопожарная изоляция. Альбом технических решений. Июнь 2019.Сайт компании Paroc: https://www.paroc.ru/related-documents?product=E978842AB1384E59900DDECBD816CC61&related=B57C07AEF6FE4069B6953155A2777739 Актуализировано 2021.05.17
3.Сергеев В.П., Ященко О.М., кандидаты техн. наук, Божко В.И., Бочарова И.Н., инженеры НИЛБВ ИПМ НАН Украины, Тымчишин С.В., директор Черновицкого завода теплоизоляционных материалов, Тимошенко А.В., инженер. Теплозвукоизоляционные материалы на основе базальтовых волокон: свойства и ассортимент. Строительные материалы и изделия. 1987, №2, с 29-31
4. СНиП II-35-76 “Котельные установки”
5. М.Я.Ройтман Пожарная профилактика в строительном деле. Москва: Издательство министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1961,368 с.
6. Проектирование, испытание и оценка огнестойкости противопожарных дверей: Рекомендации.- М.: ВНИИПО МВД СССР, 1990 – 91 с.
7. ГОСТ 30247.1-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции».
8. ГОСТ Р ЕН 1363-2-2014. Конструкции строительные. Испытания на огнестойкость. Часть 2. Альтернативные и дополнительные методы.
