Пожарная безопасность строительных материалов

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………………………3

Глава 1. Теоретические основы горения  твёрдых метериалов…………………………………5

1. Общие сведения о горении…………………………………………………………………...6

1.2. Физико-химические основы горения………………………………………………………..6

Глава 2. Пожарная опасность строительных материалов……………………............................7

2.1. Природные свойства материалов……………………………………………………………8

2.2. Отделочные и облицовочные  материалы…………………………………………………...9

2.3. Напольные покрытия………………………………………………………………………..10

2.4. Кровельные и гидроизоляционные материалы………………………… …………….…..10

2.5. Теплоизоляционные материалы……………………………………………………………11

Глава 3. Классификация строительных материалов…………………………………………...13

3.1. Классификация строительных материалов по дымообразующей способности………...14

3.2. Классификация строительных материалов по токсичности …………………………..…15

3.3. Классификация строительных материалов по горючести………………………………..15

Заключение……………………………………………………………………………………….18

Список литературы………………………………………………………………………………19 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Обеспечение пожарной безопасности входит в число ключевых задач при  строительстве и эксплуатации современных  высоток, крупных деловых центров  и торгово-развлекательных комплексов. Специфика таких зданий – большая  протяженность путей эвакуации  – диктует повышенные требования к пожарной безопасности используемых строительных конструкций и материалов. И только когда эти требования соблюдаются наравне с решением других технических и экономических  задач, здание считается спроектированным правильно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЕНИЯ  ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

1.1. Общие сведения о горении

Горение представляет собой сложный  физико-химический процесс превращения  горючих веществ и  материалов в продукты горения, сопровождающийся  выделением тепла и света. Наука  о горении — чрезвычайно многосторонняя  область, весьма обширная и во многом еще  противоречивая. Поэтому некоторые  специалисты считают, что  термину  «горение» трудно дать четкую трактовку.

Проявления горения весьма разнообразны. Это,  например, быстрое сгорание горючих паров в двигателях внутреннего  сгорания, регулируемое сжигание топлива  в энергетических установках и т. д.

Для возникновения и развития горения  необходимо одновременное сочетание  горючего вещества или материала, окислителя (обычно кислорода воздуха) и  источника  зажигания (при возгорании), причем эти факторы должны сочетаться в  определенных количественных  соотношениях. В случае, когда соотношение между  компонентами горючей системы (совокупность горючего и окислителя) таково, что  сгорание происходит  полностью  и в продуктах сгорания отсутствуют  исходные компоненты, имеют дело со стехиометрическои горючей системой.

На пожарах, как правило, горение  происходит с недостатком окислителя, что приводит к образованию  неполных продуктов сгорания. Горение некоторых  веществ (ацетилен, окись этилена  и др.), способных при  разложении выделять большое количество тепла, возможно и в отсутствие окислителя.

Горение зависит от условий образования  горючей среды, теплообмена с  окружающей средой, отвода продуктов  сгорания и многих других факторов. Все это объясняет многообразие видов горения. В зависимости  от свойств горючей системы горение  может быть гомогенным и гетерогенным, предварительно перемешанных компонентов, и диффузионным,  ламинарным и  турбулентным и т. д.

Горение различных, в том числе  твердых материалов, как правило, происходит в газовой фазе. Для  некоторых твердых материалов (например, каменных углей) характерен переход от пламенного горения спустя определенное время, в течение которого завершится  выделение летучих компонентов, к горению непосредственно конденсированной фазы, проявляющемуся в появлений раскаленной поверхности. Такое горение является  гетерогенным. К особому его виду относится тление, для которого характерны как накал конденсированной фазы, так и близко примыкающее к твердой поверхности гомогенное пламя. Сущность этого вида горения изучена недостаточно. Наиболее часто с ним встречаются при горении целлюлозных материалов (древесина, хлопок и т.д.). По-видимому, к тлению склонны также материалы, которые имеют в составе своих молекул небольшое (по сравнению с массой остальных элементов) количество кислорода. Нередко под тлением понимают беспламенное горение. По-видимому, это определение является недостаточно точным, поскольку известны не подверженные тлению, но способные беспламенно (в виде накала) гореть материалы (например, некоторые металлы). Очевидно, только высокопористые неплавящиеся горючие материалы, в порах которых имеется некоторое количество кислорода, достаточное для окисления некоторой части газообразных продуктов пиролиза, склонны к тлению. Режим горения в виде тления  занимает, очевидно, промежуточное положение между режимами сугубо гетерогенного горения (в виде накала поверхности материала) и обычного диффузионного горения. Важно подчеркнуть, что некоторые материалы (например, древесина) в зависимости от условий могут гореть и в режиме тления, и в режиме пламенного диффузионного горения. Основным внешним условием горения материалов в виде тления является недостаток поступающих к горящему материалу кислорода и тепла. Если при гомогенном горении горючее вещество и окислитель не перемешаны, то происходит диффузионное горение. Такой характер горения наблюдается,  например, при поступлении потока горючих паров в воздух.

При горении твердых материалов такой поток образуется в результате их разложения (пиролиза) при нагреве  или испарения (для плавящихся материалов). Горение при этом лимитируется либо диффузией воздуха в зону пламени, либо интенсивностью потока горючих  паров, либо обоими процессами. Пожары, как правило, характеризуются диффузионным турбулентным  горением. Общей чертой всех явлений и видов горения  является высокая экзотермичность химических превращений.

Особенностями горения на пожаре являются способность самопроизвольного  распространения огня по материалам (строительным конструкциям), интенсивное  дымообразование, выделение больших количеств  продуктов сгорания (в том числе продуктов неполного сгорания, обладающих повышенной токсичностью). 

Способностью, распространения огня характеризуется важнейший показатель пожароопасности твердых материалов — горючесть. Важной особенностью всех процессов горения является тот факт, что химические превращения должны идти с самоускорением. Горение может проявляться в виде процессов самовоспламенения и стационарного горения (распространения пламени). 

Самовоспламенение — это самопроизвольное возникновение пламенного горения  предварительно нагретой до некоторой  критической температуры горючей  смеси. Процесс самовоспламенения  может проявиться лишь в виде кратковременной  вспышки и не обязательно сопровождается устойчивым горением.

В отличие от самовоспламенения  стационарное горение характеризуется  образованием устойчивого пламени (факела при диффузионном горении). В случае ламинарного горения  предварительно перемешанных смесей газообразного  горючего с воздухом (простейший вид  горения) фронт пламени распространяется по  холодной свежей смеси.

Пламя — это видимая зона горения, характеризующаяся свечением и  излучением тепла. Возникшее в результате воспламенения (зажигания) или самовоспламенения  пламя само становится источником непрерывного потока тепла и химически активных частиц в прилегающие слои свежей горючей смеси.

При турбулентном диффузионном горении  структура очага горения и  способ распространения пламени  в факеле менее ясны и существенно  отличаются от  гомогенного горения  предварительно смешанных компонентов. Считается, что при диффузионном горении пламя является саморегулирующимся и его зона располагается в  области образования горючей  смеси стехиометрического состава. Однако, как отмечалось выше, диффузионное горение на пожаре сопровождается неполным окислением горючих компонентов. По-видимому, это обусловлено турбулентным характером горения на  пожаре в условиях недостаточного притока кислорода. При этом могут образовываться крупные  неперемешивающиеся моли с большим избытком горючих паров, которые лишь частично сгорают, а основную массу неполностью окислившихся паров выносят за очаг горения.

Наглядными примерами такого характера  горения  являются пожары резервуаров  с жидкими топливами, крупных  складов лесоматериалов и др. Возникновение  и развитие процесса горения зависят от скорости химического превращения горючей смеси и процессов тепломассообмена между пламенем, еще несгоревшим горючим материалом и окружающей средой.

 

1.2. Физико-химические основы горения

Учение о скорости и механизме  химических реакций составляет предмет  химической кинетики. Скорость химического  превращения зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются строение молекул компонентов реакции, соотношение  между их  количествами и температура.

Как отмечалось выше, возникновение  и развитие горения возможны лишь для самоускоряющихся реакций. Известны три механизма ускорения химических превращений — тепловой, автокаталитический и цепной. С их учетом созданы фундаментальные основы современных представлений о явлениях горения — теории теплового и цепного самовоспламенения и распространения пламени. Ведущая роль в создании и развитии этих теорий принадлежит советским ученым во главе с Н. Н. Семеновым.

Тепловая теория самовоспламенения (называемая также теорией теплового  взрыва) основана на  сопоставлении  скоростей процессов тепловыделения при  экзотермическом окислении  и теплоотвода от реагирующей смеси в стенки содержащего ее сосуда. Условие самовоспламенения определяется равенством этих скоростей.

Температура стенок сосуда, при которой  достигается это равенство, называется температурой  самовоспламенения. Начиная  с этой температуры (характерной  в каждом случае для данных конкретных условий, поскольку теплоотвод зависит от этих конкретных условий — размера и формы реакционного сосуда, теплофизических свойств газа) происходит саморазогрев, который может привести к вспышке (самовоспламенению).

Если в (1.2) подставить известные  данные входящих характеристик, то оценки показывают, что максимальный разогрев, приводящий к изменению режима  протекания процесса окисления от медленного стационарного к очень быстрому нестационарному, завершающемуся вспышкой (самовоспламенением), составляет всего несколько десятков градусов.

Ускорение реакции может достигаться  не только в результате повышения  температуры при саморазогреве в ходе экзотермической реакции, но и в результате особого характера химических превращений — цепных реакций. Носителями этих реакций являются особые активные частицы — радикалы и атомы, обладающие свободными валентными связями. При столкновении этих частиц с исходными молекулами или продуктами превращения взаимодействие между ними происходит при значительно меньших значениях энергии активации, чем при молекулярных процессах. Причем в особого  рода цепных реакциях — разветвленных — скорость реакции может бурно расти за счет того, что в результате взаимодействия активного центра с молекулой образуется несколько активных центров. Дополнительно созданные активные частицы начинают собственные цепи превращений, приводя к еще большему накоплению активных центров и лавинообразному нарастанию  скорости суммарного процесса.

Однако в некоторых реакциях активные частицы могут взаимодействовать  с другими частицами таким  образом, что активные центры вообще не будут  образовываться. Такие  реакции ведут к обрыву цепной реакции. Теория цепных реакций позволила  объяснить такие явления, как  пределы самовоспламенения по давлению, ингибирование и промотирование горения, каталитическое влияние стенок реакционного сосуда и многие другие, которые трудно объяснить тепловыми теориями. Необходимо подчеркнуть, что в реальных условиях пожара горение протекает по комбинированному цепочечно-тепловому механизму.

Начавшийся цепным путем экзотермический  химический процесс сопровождается выделением тепла,  которое обусловливает  тепловое самоускорение. В этих условиях окисление носит характер так называемого вырожденного разветвления, открытого Н. Н.  Семеновым, и заключающегося в том, что разветвление  достигается не в каждом элементарном акте с участием АЦ, а при накоплении некоторого количества  промежуточного малоустойчивого продукта, при распаде которого образуются новые активные центры. Типичным  примером такого процесса является окисление углеводородов кислородом. Для таких процессов характерны  многостадийный механизм превращений и доминирующее значение теплового самоускорения на завершающих стадиях. Из-за сложности таких процессов до сего времени отсутствуют общепринятые представления об их механизме. Так, для окисления даже простейшего представителя углеводородов — метана — исследователи предлагают до девяноста элементарных реакций.

Теории самовоспламенения рассматривают  условия возникновения очага  горения. Развитие процесса  горения, горючесть веществ характеризуются  их  способностью распространять и  поддерживать этот процесс. Современные  теории распространения пламени  развиты для случая ламинарного  горения предварительно  перемешанных газовых смесей. Рассматривается  пламя, распространяющееся по нормали  к его поверхности.

В том случае, когда возрастающий при горении объем газов отводится  в окружающую среду и давление не возрастает, имеют дело с нормальной (фундаментальной) скоростью распространения  пламени, а в отсутствии сброса избыточного  давления — с видимой.

Пламя, возникшее при самовоспламенении  или действии высокотемпературного источника зажигания (искра, открытое пламя), передает в соседние слои свежей  горючей смеси тепло и активные частицы, которые. При достаточной  интенсивности потоков энергии  создают  самоподдерживающийся фронт  пламени. Существуют  тепловая и  диффузионная теории распространения  пламени.

Тепловая теория разработана Я. В. Зельдовичем и основана на предположении  о подобии полей температур и  концентраций, во фронте пламени. При  тепловом механизме распространения  пламени диффузионное  перемешивание  свежего газа с продуктами сгорания  является дополнительным, наряду с  теплопроводностью, фактором переноса тепла. Для количественного описания распространения пламени необходимо решить  систему уравнений неразрывности (для каждого реагента), состояния  сохранения энергии, количества движения и массы.