Лекция 1.Строительные материалы, факторы, влияющие на их поведение в условиях пожара (1)

1.

Основные свойства
строительных материалов и
процессы, происходящие в них
в условиях пожара
Elena Rogovik

2.

Целью изучения дисциплины «ЗиС» является
приобретение общих сведений о зданиях,
сооружениях и их конструкциях,
приемах
объемно-планировочных
решений
и
функциональных основах проектирования для
приобретения
теоретических
знаний
и
практических навыков, необходимых для:
- оценки пожарной опасности строительных
материалов и разработки предложений по их
огнезащите и применению;
-оценки огнестойкости строительных конструкций
и здания в целом;
- оценки устойчивости зданий и сооружений при
пожаре.
Elena Rogovik

3. Понятия «здание», «сооружение»

• Здание — это результат строительства, представляющий собой
объёмную строительную систему, имеющую надземную и (или)
подземную части, включающую в себя помещения, сети
инженерно-технического обеспечения и системы инженернотехнического обеспечения и предназначенную для проживания и
(или) деятельности людей, размещения производства, хранения
продукции или содержания животных.
Elena Rogovik

4. Понятия «здание», «сооружения»

• Сооружение — это результат строительной деятельности,
объёмная, плоскостная или линейная строительная
система с наземной, надземной и/или подземной частями,
состоящая из несущих, а в отдельных случаях и ограждающих
конструкций.
К
сооружениям
относятся
открытые
производственные установки, этажерки, эстакады,
станции метро, дымовые трубы, резервуары и др.
Elena Rogovik
мосты,

5. Строительные конструкции

• Каждое здание состоит из строительных конструкций.
• Строительные конструкции — это элементы здания или
сооружения, выполняющие несущие, ограждающие либо
совмещенные (несущие и ограждающие) функции.
• К основным строительным конструкциям относят фундаменты,
стены, отдельные опоры, перегородки, перекрытия, крыши,
лестницы, окна, двери, ворота, световые и светоаэрационные
фонари.
Elena Rogovik

6.

–
разнообразные
природные и искусственные материалы для строительства и
ремонта зданий и сооружений.
Строительные
материалы
(СМ)
По назначению материалы можно условно разделить на две
группы:
1 -конструкционные материалы
2 - материалы специального назначения.
Конструкционные
материалы
применяют
главным
образом для несущих конструкций.
Строительные материалы специального назначения
необходимы для защиты конструкций от вредных воздействий
среды или повышения эксплуатационных свойств и создания
комфорта.
Elena Rogovik

7.

Конструкционные материалы:
Природные каменные материалы.
Неорганические вяжущие.
Искусственные каменные, получаемые:
омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетон,
железобетон, растворы);
спеканием (керамические материалы);
плавлением (стекло).
Металлы (сталь, алюминий, сплавы).
Полимеры и пластмассы.
Древесина.
Композиционные (асбестоцемент, стеклопластик, …).
Elena Rogovik

8. Примеры конструкционных материалов

Elena Rogovik

9.

Материалы специального назначения:
Теплоизоляционные,
Акустические,
Гидроизоляционные, кровельные,
герметизирующие,
Отделочные,
Антикоррозионные,
Огнеупорные,
Материалы для защиты от радиации и
др.
Elena Rogovik

10. Примеры материалов спец. назначения

Elena Rogovik

11.

ФАКТОРЫ,
ВЛИЯЮЩИЕ
НА
ПОВЕДЕНИЕ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА
Эксплуатационные факторы:
- область применения материала,
- внешняя нагрузка,
- условия эксплуатации.
Факторы пожара:
- температурный режим и продолжительность пожара,
- средства пожаротушения,
- агрессивная среда при пожаре (токсичность продуктов
горения, разрушающая материалы)
Elena Rogovik

12.

Elena Rogovik

13. Свойства строительных материалов

Elena Rogovik

14. Физические свойства:

• Истинная плотность - это отношение массы материала к
его объему в абсолютно плотном состоянии:
• p=m/Va, кг/м³
• Средняя плотность – это отношение массы тела или
вещества ко всему занимаемому им объему, включая поры и
пустоты:
• pс=m/V, кг/м3
• Насыпная плотность – это отношение массы сыпучего
материала к его объему, включая пространство между
частицами. Ее определяют для зернистых и порошкообразных
материалов, таких как песок, щебень, цемент.
• pн=m/V , кг/м3
Elena Rogovik

15. Физические свойства: плотность

Elena Rogovik

16. Физические свойства:

• Пористостью материала называют степень заполнения его объема
порами:
Поры – мелкие ячейки в материале, заполненные воздухом или
водой. Поры бывают открытые и закрытые, мелкие и крупные.
• Пустотность – количество пустот, образующихся между зернами
рыхлонасыпанного материала (песка, щебня и т.п.) или имеющихся
в некоторых изделиях.
Elena Rogovik

17. Физические свойства:

• Гигроскопичность – свойство материала поглощать
водяные пары и воздуха и удерживать их. Она зависит от
температуры воздуха, его относительной влажности,
вида, количества и размера пор, а также от природы
вещества.
• Водопоглащение – способность материала впитывать и
удерживать воду. Характеризуется оно количеством воды,
поглощаемой
сухим
материалом,
погруженным
полностью в воду, и выражается в процентах от массы.
• Отношение предела прочности при сжатии материала,
насыщенного водой (R нас.) к пределу прочности при
сжатии
материала в
сухом
состоянии (R сух.)
называется коэффициентом размягчения.
Elena Rogovik

18. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Влагоотдача – способность материала отдавать влагу.
Воздухостойкость – способность материала длительно
выдерживать
многократное
систематическое
увлажнение и высушивание без значительных
деформаций и потери механической прочности.
Водопроницаемость
–
способность
материала
пропускать воду под давлением. Водопроницаемость
характеризуется количеством воды, прошедшей в
течении 1ч через 1 м2 площади испытуемого материала
при давлении 1 МПа. Плотные материалы (сталь,
стекло) водонепроницаемы.
Elena Rogovik

19. Механические свойства

Прочность – свойство материала сопротивляться
разрушению под действием напряжений, возникающих
от нагрузки.
Твердость – способность материала сопротивляться
проникновению в него другого более твердого тела. Это
свойство важно при обработке, а также при
использовании его для полов, дорожных покрытий.
Деформация – изменение размеров и формы материалов
под нагрузкой.
Упругость – свойство материала восстанавливать после
снятия нагрузки свою первоначальную форму и
размеры.
Пластичность – свойство материала изменять свою
форму под нагрузкой без появления трещин и сохранять
эту форму после снятия нагрузки. Все материалы
делятся на пластичные и хрупкие.
Elena Rogovik

20. Теплофизические свойства

Теплопроводность – способность материала пропускать
тепловой поток, возникающий вследствие разности
температур на поверхности образца (изделия).
Теплоемкость – способность материала поглощать при
нагревании определенное количество тепла.
Морозостойкость
–
способность
материала
насыщенного
водой
выдерживать
многократное
попеременное замораживание и оттаивание без
признаков разрушения и значительного снижения
прочности.
Огнеупорность – свойство материала противостоять
длительному воздействию высоких температур не
деформируясь и не расплавляясь.
Elena Rogovik

21. Свойства, характеризующие пожарную опасность строительных материалов

Под пожарной
опасностью принято понимать
вероятность
возникновения
и
развития
пожара,
заключенную в каком-либо веществе, состоянии или
процессе.
Согласно ст. 13 ФЗ-123 «Технический регламент о
требованиях ПБ»:
горючесть;
воспламеняемость;
распространение пламени по поверхности;
дымообразующая способностью;
токсичность продуктов горения.
Elena Rogovik

22. Горючесть

Горючесть – свойство, характеризующее способность
материала гореть. Строительные материалы подраз
Горючие строительные материалы подразделяются на четыре
группы по горючести:
Федеральный закон РФ «Технический регламент о
требованиях ПБ» № 123 от 22.07.2008 с изм. 25.12.2023,
Г1 (слабогорючие)
Г2 (умеренногорючие)
Г3 (нормальногорючие)
Г4 (сильногорючие)
Горючесть и группы строительных материалов по горючести
устанавливают:
ГОСТ 30244-94
Elena Rogovik

23. Свойства, характеризующие пожарную опасность строительных материалов

Воспламеняемость
–
способность
материала
воспламеняться от источника зажигания, либо при
нагреве до температуры самовоспламенения.
Параметрами воспламеняемости материала являются
критическая поверхностная плотность теплового потока
(КППТП) и время воспламенения.
КППТП — величина теплового потока, при которой
прекращается распространение пламени.
Elena Rogovik

24. Воспламеняемость

Горючие
строительные
материалы
воспламеняемости подразделяются на три группы:
по
В1(трудновоспламеняемые);
В2(умеренновоспламеняемые);
В3 (легковоспламеняемые)
Группы строительных материалов по воспламеняемости
устанавливают:
ГОСТ 30402-96
Elena Rogovik

25. Распространение пламени

Распространение пламени – способность образца
материала распространять пламя по поверхности в
процессе горения.
Группы строительных материалов по распространению
пламени устанавливаются для поверхностных слоев
кровли и полов, в том числе ковровых покрытий, по ГОСТ
30444.
Для
других
строительных
материалов
группа
распространения
пламени
по
поверхности
не
определяется и не нормируется.
Elena Rogovik

26. Распространение пламени

РП1 (не распространяющие пламя);
КППТП 11,0 и более
• РП2 (слабо распространяющие пламя);
8 ≤ КППТП < 11 кВт/м2
• РП3 (умеренно распространяющие пламя);
5 ≤ КППТП < 8 кВт/м2
• РП4 (сильно распространяющие пламя).
КППТП менее 5,0
асно СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и
сооружении»
Elena Rogovik

27. Свойства, характеризующие пожарную опасность строительных материалов

Дымовыделение – способность материала выделять дым
при горении.
Горючие строительные материалы по дымообразующей
способности подразделяются на три группы по
коэффициенту дымообразования.
Коэффициент
дымообразования
показатель,
характеризующий
оптическую
плотность
дыма,
образующегося
при
пламенном
горении
или
термоокислительной деструкции (тлении) определенного
количества твердого вещества (материала) в условиях
специальных испытаний.
Elena Rogovik

28. Свойства, характеризующие пожарную опасность строительных материалов

По дымообразующей способности различают следующие
группы горючих строительных материалов:
Д1 (с малой дымообразующей способностью);
Д2 ( с умеренной дымообразующей способностью);
Д3 (с высокой дымообразующей способностью).
Группы строительных материалов по дымообразованию
устанавливаются ГОСТ 12.1.044-89
Elena Rogovik

29. Свойства, характеризующие пожарную опасность строительных материалов

• Показатель токсичности продуктов горения отношение количества материала к единице объема
замкнутого пространства, в котором образующиеся при
горении материала газообразные продукты вызывают
гибель 50% подопытных животных.
Elena Rogovik

30. Свойства, характеризующие пожарную опасность строительных материалов

• Т1 (малоопасные);
• Т2 (умеренноопасные);
• Т3 (высокоопасные);
• Т4 (чрезвычайно опасные)
Группы горючих строительных материалов по
токсичности устанавливают согласно ГОСТ 12.1.044-89
Elena Rogovik

31. Свойства, характеризующие пожарную опасность строительных материалов

Температура
воспламенения
tв – минимальная
температура, при которой интенсивность выделения
газообразных горючих продуктов разложения достаточна
для их зажигания внешним источником и поддержания
самостоятельного горения материала при устранении
внешнего источника.
Температура самовоспламенения tсв – самая низкая
температура материала, при которой в условиях
специальных
испытаний
происходит
интенсивное
увеличение
скорости
экзотермической
реакции,
заканчивающейся пламенным горением.
Elena Rogovik

32. Свойства, характеризующие пожарную опасность строительных материалов

Кислородный индекс (КИ) – минимальная концентрация
кислорода (%) в кислородно-азотной смеси, необходимая
для устойчивого горения материала.
Индекс распространения пламени – условный
безразмерный показатель, характеризующий способность
материала распространять пламя по поверхности.
Скорость распространения пламени по поверхности
материала V, м/с, – скорость перемещения фронта
пламени относительно несгоревшего участка.
Теплота сгорания Qн, МДж/кг, – количество тепла,
выделяющегося при полном сгорании единицы массы
материала.
Elena Rogovik

33. Физические процессы

Теплоперенос – непрерывное перемещение теплового потока
от обогреваемой поверхности образца материала вглубь.
Влагоперенос – процесс перемещения влаги в пористой
структуре материала одновременно с развитием процесса
теплопереноса.
Elena Rogovik

34. Характер изменения: а – температуры, t; б – давления пара, Р; в – влагосодержания, u образца материала по толщине и в

при одностороннем высокотемпературном
нагреве (х – координата по толщине образца, τi– моменты времени от
начала нагрева, τот– время откола куска толщиной hот - при взрывообразном
разрушении
Elena Rogovik

35. Точка росы

Elena Rogovik

36. Химические процессы

• Дегидратация - химическая реакция отщепления от
молекулы вещества химически связанной воды.
Например, для гипса:
СаSO4⋅ 2H2O = CaO4⋅ 0,5H2O + 1,5H2O.
Дегидратация приводит, в частности, к усадке материала,
например, цементного вяжущего в бетоне, асбестоцементе.
В то же время другие компоненты композиционных
материалов могут расширяться, что приводит к
возникновению внутренних усилий в материале, созданию
напряженного его состояния, накоплению повреждений –
разрушению (снижению прочности).
Elena Rogovik

37. Химические процессы

• Диссоциация
Химические процессы
арасщепление
расщепление (распад) молекул.
-
(распад)
молекул.–
Например, при температуре 900°С протекает реакция
диссоциации известняка:
СаСО3 = СаО + СО2.
Она характерна также для минеральных вяжущих веществ,
которые являются основой искусственных каменных
материалов. Эта реакция приводит к снижению объемной
массы, прочности материала, увеличению его пористости.
Elena Rogovik

38. Физические процессы

• Теплоперенос – непрерывное перемещение теплового
потока от обогреваемой поверхности образца материала
вглубь.
• Влагоперенос – процесс перемещения влаги в пористой
структуре материала одновременно с развитием процесса
теплопереноса.
Elena Rogovik

39. Химические процессы

Термическое разложение является чрезвычайно
сложным процессом, зависящим от множества
параметров.
Этот процесс можно разделить на 3 разновидности:
1. Термическая деструкция, при которой сложные
молекулы распадаются на более простые звенья.
2. Пиролиз – процесс глубокого расщепления
продуктов деструкции вплоть до образования
простейших молекул.
3. Термоокислительное разложение при участии
кислорода воздуха.
Elena Rogovik

40. Физико-химические процессы

Горение – сложный физико-химический процесс
превращения горючих материалов в продукты
горения, сопровождающийся выделением тепла и
света.
Воспламенение – процесс принудительного зажигания
горючей
смеси,
т.
е.
инициирование
горения
высоконагретым источником зажигания.
Распространение пламени – непрерывный процесс,
происходящий за счет высвобождения
в результате
химической реакции тепла, распространяющегося к
несгоревшей части поверхности материала.
Elena Rogovik

41. Физико-химические процессы

Тепловыделение
является
следствием
процесса
(сопутствующим процессом) горения строительных (и не
только строительных) материалов в условиях пожара.
Дымовыделение
также
является
сопутствующим
процессом
горения.
Оптические
свойства
дыма
характеризуются способностью поглощать и рассеивать
свет, что является причиной снижения видимости в
задымленном пространстве и ограничения возможности
эвакуации людей при пожаре.
Elena Rogovik

42. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

Elena Rogovik