СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТМАСС

Противопожарные требования и области применения трехслойных и других конструкций на основе пластмасс

Область применения конструкций на основе пластмасс в значи­тельной степени определяется противопожарными требованиями, кото­рые до сих пор серьезно тормозят внедрение в строительство конструк­ций на основе пластмасс, — особенно трехслойных, применяемых в наружных ограждениях. Это объясняется прежде всего новизной конст­рукций и недостаточной изученностью их поведения при пожаре. По­этому в большинстве зарубежных стран до сих пор нет четких законо­положений, определяющих область применения конструкций. Литера­турные же данные по этому вопросу скудны и часто противоречивы. В книге Эйвинда Биркеланда, обобщающей норвежский опыт проекти­рования и строительства навесных стен [9], отмечается, что в настоя­щее время нет достаточных данных, на которых можно было бы обос­новать противопожарные нормы для легких ненесущих стён. Отмеча­ется, что в Швеции для таких легких навесных стеновых панелей Коро­левское строительное управление уже разработало определенные тре­бования, в числе которых ограничение применения в этих конструкци­ях сгораемых материалов, устройство внутренней несгораемой обли­цовки стен, обязательность горизонтальных и вертикальных преград, разделяющих стены между этажами. Эти требования Э. Биркеланд признает целесообразным применять в отношении навесных стен и в Норвегии.

Во французских требованиях противопожарной безопасности в связи с применением навесных стен придается особое значение оконным прое­мам и указывается, что проем без козырьков может увеличивать опас­ность непосредственного распространения пожара на вышерасположен­ный этаж.

В Указаниях по применению декрета от 22 октября 1955 г., устанав­ливающего основные правила строительства жилых зданий во Франции, а также в постановлении от 23 мая 1960 г. по противопожарной защите зданий, безопасности и спасению людей при пожарах, изданному в допол- ние к упомянутым указаниям, отмечается, что «для лицевых частей наружных ограждающих конструкций (к ним относятся и навесные сте­ны) ни в коем случае не допускается применение весьма легковоспламе - няемых материалов с очень быстрым распространением огня по по­верхности».

Для повышения огнестойкости ограждающих конструкций применя­ются различные огнезащитные покрытия. В ФРГ фирмой «Хоми Форт - риб» выпускается огнезащитная окраска «резистерм», которая во время пожара образует толстый слой угольной изоляции, значительно повы­шающий предел огнестойкости конструкции. Эффективность этой крас­ки подтверждена результатами испытаний (в 1966 г.) двух защищен­ных ею стальных опор. При испытании опоры нагружались расчетной нагрузкой (83,5 г) и подвергались воздействию огня по стандартной кривой. Одна из опор испытывалась через 27 дней, а другая через 8 ме­сяцев после нанесения краски.

Потеря несущей способности опор произошла через 27 мин, что превышает предел огнестойкости 20 мин, требуемый, согласно Din 4102 (1965 г.), для несущих опор.

Расход краски «резистерм» составляет 1500 г/ж2. Она поставляется в виде пасты и путем обработки приобретает нужную консистенцию. Краску наносят обычно в два слоя по специальной грунтовке. Краска «резистерм» обладает ограниченной водостойкостью и наносится преи­мущественно с внутренней стороны помещения, откуда обычно и начи­нается пожар. В случае повышенной влажности помещения или приме­нения в наружных условиях наносится дополнительный слой водостой­кой краски.

Английский автор Л. Аэтон в своей статье «Пожарная безопасность в зданиях и использование пластмасс» (1964 г.) отмечает, что по ан­глийским строительным законам применение пластмасс в наружных сте­нах жестко ограничивается, поскольку для облицовки таких стен требу­ются несгораемые материалы. Исключением являются лишь небольшие дома и одноэтажные здания. Далее Аэтон указывает, что по вопросу о применении пластмасс в строительстве между английскими специалиста­ми и властями есть расхождения, поскольку отсутствует национальное законодательство по этому вопросу. При возникновении трудностей по­добного рода обычно решающее значение имеют противопожарные тре­бования.

На Международной конференции по применению пластмасс в строи­тельных конструкциях, проведенной в 1965 г. в Лондоне [88], вопросы противопожарных требований были отражены в трех специальных до­кладах и во многих выступлениях докладчиков и участников конфе­ренции. В них отмечались трудности, связанные с противопожарны­ми ограничениями, и необходимость их пересмотра. Следует отме­тить, что обязательны для применения в строительстве Англии только нормы, обеспечивающие безопасность людей, но не сохран­ность зданий и имущества. Эти нормы содержатся в законах о здраво­охранении от 1936 и 1961 гг. и в соответствующих местных законодатель­ных актах.

В связи с тем, что школьные здания не вошли в Британские проти­вопожарные нормы, требования, предъявляемые к ним, утверждаются местными властями и являются менее жесткими, в особенности приме­нительно к навесным стеновым панелям с обшивкой из плакированной стали и др. (см. ниже).

Известную специфику в английскую практику строительства вносит страхование от пожара, чему был посвящен специальный доклад на кон­ференции. Фактически можно застраховать любую конструкцию почти независимо от ее огнеопасности, все дело в цене. Естественно, что мы не можем пойти по этому пути.

Оценка материалов и конструкций с точки зрения их огнестойкости производится в Англии дифференцированно, с учетом факторов, влияю­щих на развитие пожара и определяющих степень его разрушительно­сти. В развитии пожара учитываются две стадии:

1) с момента возникновения огня до его распространения на все помещение (или отсек здания), где начался пожар;

2) с момента распространения огня на все помещение и весь нахо­дящийся в нем сгораемый материал до прекращения пожара (либо в ре­зультате применения средств пожаротушения, либо в результате исчер­пания запасов сгораемого материала).

Как указывается, на первой стадии интенсивность развития пожара в значительной степени определяется свойствами материалов, образую­щих покрытие стен и потолков, в первую очередь их сгораемостью и скоростью распространения пламени на поверхности материала.

На второй стадии развития пожара, когда помещение уже охвачено огнем, на огнестойкость здания влияет значительно большее число фак­торов, а именно:

Вид и количество сгораемых материалов; температура, развиваю­щаяся при их сгорании; выделение дыма и токсичных веществ;

Огнезащитные свойства ограждающих конструкций, препятствующих распространению огня в смежные помещения (отсеки) здания;

Сохранение несущей способности основных конструкций здания при действии огня и высокой температуры.

Английские нормы допускают широкое применение стеклопластиков, в первую очередь светопрозрачного.

В промышленные зданиях стеклопластики общего назначения (сго­раемые) применяются при соблюдении следующих условий:

А) для складских помещений—10% от общей площади в шахмат­ном порядке;

Б) для производственных помещений и гаражей — 25% от общей площади.

Самозатухающий стеклопластик может быть применен в виде не­прерывных полос для помещений с повышенными требованиями к осве­щению. ^

Данные конференции в Лондоне [88], результаты посещения ан­глийских фирм, выпускающих трехслойные и другие конструкции с при­менением пластмасс, и упомянутые данные литературных источников позволяют отметить ряд общих тенденций в СССР и за рубежом по при­менению пластмасс в строительных конструкциях:

1) учитывая, что все пластмассы сгорают, не рекомендуется их при­менение для сильно нагруженных несущих элементов зданий;

2) в качестве обшивок трехслойных панелей рекомендуется приме­нять преимущественно не пластмассы, а несгораемые материалы — асбе­стоцемент, защищенную сталь, алюминий (это не относится к малоэтаж­ным зданиям для которых вопросы пожарной опасности имеют мень­шее значение);

3) важно устройство горизонтальных и вертикальных несгораемых преград, разделяющих стены между этажами, козырьков в проемах и т. п.

Вместе с тем, судя по зарубежной практике, иностранные нормы применения пластмасс в целом значительно мягче отечественных.

До последнего времени у нас не могли найти применения такие ши­роко используемые за рубежом конструкции, как стальной штампован­ный настил, оклеенный полистиролом. Легкие навесные панели в виде со­топласта, заполненного вермикулитом и оклеенного эмалированной сталью, примененные в Лондоне для 32-этажного здания, могут по нашим нормам применяться для зданий не выше 5 этажей, и то с определенны­ми оговорками.

Навесные трехслойные панели из пенополистирола, оклеенного асбе­стоцементом, примененные в Англии для 6-этажного административного здания фирмы «Индалекс», могли применяться у нас лишь для зданий не выше 2 этажей.

Менее жесткие противопожарные нормы — одна из основных причин сравнительно быстрого развития за рубежом строительных трехслойных конструкций на основе пластмасс, где многие десятки фирм заняты их серийным производством (см. выше).

В СССР противопожарные требования регламентируются в основ­ном главой 5 части II (раздел А) СНиП, а также рядом глав, относя­щихся к проектированию промышленных (глава II-M.2-62), гражданских (глава П-Л.0-62), сельскохозяйственных (главы II-H.2-62; II-H.3-62) и других зданий.

Ниже приводятся некоторые выдержки из указанных глав СНиП, касающиеся применения трехслойных ограждающих конструкций (кров­ли и стен) из пластмасс и других прогрессивных материалов.

Согласно табл. 1 главы II-A.5-62 СНиП материалы и конструкции разделяются на три вида: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Как известно, все полимерные материалы горят и могут поэтому быть отнесены к трудносгораемым или сгораемым материалам. Наиболь­ший практический интерес представляют трудносгораемые материалы, область применения которых довольно широка (см. ниже).

До последнего времени согласно СНиП требовалось, чтобы трудно­сгораемые материалы с трудом воспламенялись, в связи с чем большин­ство полимерных материалов не попадало в эту группу. В соответствии с изменением № 1 СНиП, утвержденным в 1967 г. Госстроем СССР, слова «с трудом» были исключены и характеристика трудносгораемых материалов была установлена согласно табл. 2. В соответствии с новой характеристикой основные конструктивные пластмассы, представляющие интерес для трехслойных конструкций, в том числе самозатухающий пенополистирол, могут быть принципиально отнесены к трудносгораемым материалам. Однако из-за отсутствия утвержденной методики испытаний материалов на возгораемость вопрос о применении самозатухающего пе­нополистирола остается практически нерешенным (см. ниже).

По табл. 2 конструкции также разделяются на три категории: несго­раемые, трудносгораемые и сгораемые. Для наших целей наибольший интерес представляет группа трудносгораемых конструкций, к которой согласно характеристике могут быть, например, отнесены пенопласты (вом числе пенополистирол), оклеенные несгораемыми материалами. Область применения различных частей зданий определяется согласно табл. 2 главы II-A.5-62 СНиП. Выдержка из этой таблицы и ряд при­мечаний к ней с учетом изменения № 1 СНиП даются лишь в части сов­мещенных покрытий и навесных стеновых панелей (табл. 3), где приме­нение трехслойных панелей представляет наибольший интерес. Согласно старой редакции СНиП для большинства практически важных случаев, а именно совмещенных покрытий зданий II степени огнестойкости (где

Применяются несущие металлические фермы) и навесных панелей стен зданий II и III степени огнестойкости (в том числе жилые здания до 5 этажей), требовались несгораемые конструкции, т. е. без полимерных материалов. Примечания к таблице в части стен можно было считать практически малоэффективными, если учесть характеристику трудно­сгораемых материалов в прежней редакции СНиП. Практически при­менение трехслойных конструкций со средним слоем из пенополистирола разрешалось в элементах зданий наравне со сгораемыми конструкция­ми, например: для ограждений жилых зданий не выше двух этажей, для совмещенной кровли и навесных стен промышленных зданий III степе­ни огнестойкости с ограниченными площадями (для производства кате­гории Д —до 4000 м2, см. главу СНиП II-M.2-62, п. 4, № 18, табл. 8).

Такие ограничения не могли стимулировать применение пенополисти­рола. Правда, согласно примечанию 3 к п. 2.3 гл. II-A.5-62 разрешалось применение в совмещенных покрытиях по несгораемому основанию сгораемых или трудносгораемых утеплителей. Однако УПО считало не­сгораемым основанием лишь железобетонное покрытие. Кроме того, здесь вступало в силу второе ограничение — требуемый предел огнестой­кости, т. е. время, в течение которого конструкция, нагруженная расчет­ной нагрузкой, сохранит несущую способность при пожаре.

Для указанных конструкций требуется предел огнестойкости 15 мин— требование особенно тяжелое для совмещенных покрытий, где широко применяются трехслойные и другие плиты с металлическими об­шивками, предел огнестойкости которых, по данным огневых испытаний (см. главу 6), составляет 8—11 мин.

Между тем по испытаниям ЦНИИПО требуемый предел огнестойко­сти не выдерживают не только трехслойные панели с металлическими об­шивками, но и несущие металлические конструкции (фермы, балки), до­пускаемые в совмещенных покрытиях II степени огнестойкости. Как по­казали испытания ЦНИИПО, даже двутавровая стальная балка № 20 имеет предел огнестойкости всего 11 мин, волнистые асбестоцементные листы — 5 мин. Ясно, что требовать для панелей, работающих на мест-

5 А. Б. Губенко

Примечания: 1. Для зданий I, II и III степеней огнестойкости допускается при­менение навесных стеновых панелей с заполнениями трудносгораемыми утеплителями (цементным фибролитом и другими равноценными по возгораемости материалами), за­щищенными со всех сторон несгораемыми материалами, предотвращающими скрытый переход огня из одной панели в другую.

Для одноэтажных зданий III степени огнестойкости, за исключением зданий боль­ниц, детских яслей-садов, спальных корпусов школьных интернатов, допускается приме­нение навесных стеновых панелей с заполнением сгораемыми утеплителями, в том числе и полимерами, при условии их защиты со всех сторон несгораемыми материалами, предотвращающими скрытый переход огня из одной панели в другую.

2. Для совмещенных покрытий допускается применение трудносгораемых утепли­телей по металлическим или асбестоцементным листам, без устройства противопожар­ных поясов.

Для зданий II и III степеней огнестойкости допускается применение панелей покры­тий с утеплителем из трудносгораемых материалов, защищенных со всех сторон несго­раемыми материалами.

Ную нагрузку, больший предел огнестойкости, чем для несущих ферм, не логично.

Значительно менее остро стоит этот вопрос с применением трехслой­ных навесных панелей стен, где применяются, как правило, более огне­стойкие обшивки (асбестоцементные и т. п.) и которые находятся в про­цессе эксплуатации, а также при огневых испытаниях в более благоприят­ных условиях. Так, например, огневые испытания трехслойных стеновых панелей с обшивкой из асбестоцемента и средним слоем из пенополисти - рола (сгораемого) показали предел огнестойкости 36—48 мин. Панели же с алюминиевыми обшивками хотя и показали значительно меньший предел огнестойкости (24 мин), но более высокий, чем в плитах кровли (см. главу 6).

В связи с изложенным рассматривается вопрос о снижении требу­емых пределов огнестойкости для указанных конструкций, в особенно­сти совмещенных покрытий.

Указанное «Изменение № 1» главы II-A.5-62 СНиП ввело значи­тельные облегчения, особенно для навесных стен (табл. 3). Сейчас до­пускается применение трудносгораемых конструкций (с трудносгора­емым утеплителем) даже в зданиях I степени огнестойкости при условии, что эти конструкции защищены со всех сторон трудносгораемыми мате­риалами, предотвращающими скрытый переход огня из одной панели в другую. Кроме того, разрешено применение легких конструкций по ме­таллическим листам или трехслойных, утепленных трудносгораемыми материалами.

Эти облегчающие пункты недостаточно эффективны (в особенности для совмещенных покрытий) из-за высоких величин требуемых пределов

Огнестойкости (см. табл. 3), а также из-за неопределенности характе­ристики трудносгораемого материала.

Поэтому применение новых материалов приходится пока в каждом отдельном случае с переменным успехом согласовывать с УПО. Так было получено разрешение на применение пенополистирола для покры­тий по штампованному настилу Волжского завода в г. Тольятти (рис. 1.3) для кровельных и стеновых панелей обогатительной фабрики в Якутской АССР и др., вместе с тем отказано в применении этого материала для трехслойных панелей ограждений Красноярской ГРЭС.

Таким образом, в вопросе применения пенополистирола в соче­тании с металлическими обшивками пока нет полной ясности. В трех­слойных же панелях с абестоцементными обшивками, обладающих по­вышенной огнестойкостью (см. главу 6), применение пенополистирола в большинстве случаев не встречает затруднений. Конструкции же с фе - нольным пенопластом, обладающие повышенной огнестойкостью с точки зрения противопожарных норм, могут сейчас применяться в навесных стеновых покрытиях без ограничения. Они, например, разрешены к применению для стеновых панелей с обшивкой из асбестоцемента в зда­ниях повышенной этажности в Москве (здания СЭВ, научно-технического информационного центра ГНТК). Однако, как указывалось, фенольный пенопласт по физико-механическим свойствам существенно уступает по - листирольному, что ограничивает его применение.

Это обстоятельство, а также наличие обширной сырьевой базы по производству пенополистирола и зарубежный опыт указывают на необхо­димость дальнейшего облегчения противопожарных требований, чтобы дать этому и другим высокоэффективным полимерам дорогу для широ­кого применения в строительстве.

В настоящей главе приведены общие данные по применению кон­струкций на основе пластмасс за рубежом и в СССР, а также освеще­ны основные направления развития этих конструкций в нашей стране.

Подробнее эти вопросы рассмотрены ниже в соответствующих гла­вах, где особое внимание уделяется трехслойным панелям, которые, оче­видно, найдут наибольшее применение в практике ближайших лет.