Полная. Научно образовательный материал безопасность жизнедеятельности
 Скачать 1.24 Mb.
|
|
РАЗДЕЛ IY. ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ 4.1. ЗАДАЧИ ПРОТИВОПОЖАРНОГО СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Пожары и взрывы причиняют большой материальный и социальный ущерб, нередко они сопровождаются тяжелыми травмами и человеческими жертвами. Для развитых стран ежегодный ущерб оценивается в 1-1,25% ВВП, пострадавшие здания восстанавливаются в среднем три года, косвенные убытки в три раза превышают прямой ущерб. Наибольшее число пожаров происходит в жилом секторе. Ущерб от пожаров и взрывов в решающей степени обусловлен конструктивно-планировочным решением здания и насыщением его противопожарным инженерным оборудованием. Выбор материалов и конструкций, площадь и этажность объекта определяют масштаб пожара и 67 сроки восстановления здания, эффективность эвакуационных путей и систем сигнализации, дымоудаления и тушения огня влияет на количество пострадавших. Задачи строителя-проектировщика в сфере пожарной безопасности состоит в том, чтобы построенное здание обладало огнестойкостью, адекватной его взрывной и пожарной опасности – чем выше риск возникновения пожара или взрыва, тем выше требования к конструктивно-планировочным особенностям такого здания. Уменьшить масштаб и ущерб от пожара или взрыва, снизить сроки восстановления здания – основная задача инженера- строителя при проектировании. 4.2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ ГОРЕНИЯ Горением называется сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества с окислителем, он сопровождается выделением большого количества тепла и света. Реакция может проходить в виде горения или в виде взрыва, если химическая активность горючего вещества высока. Для возникновения и развития процесса горения необходима « триединая система »: ГОРЮЧЕЕ ВЕЩЕСТВО + ОКИСЛИТЕЛЬ + ИСТОЧНИК ПОДЖИГАНИЯ ↓ ↓ ↓ - горючие газы - кислород воздуха - достаточная температура - горючие жидкости ( содержание - определенный запас - пылевоздушные смеси 21% ) энергии -твердые вещества Горючие вещества представлены горючими газами и жидкостями, а также пылевоздушными смесями и твердыми веществами. Горение происходит, как правило, в газовой среде, поэтому жидкие и твердые вещества при нагревании подвергаются испарению и разложению, чтобы пары и газы вступили в реакцию горения. Обычно в качестве окислителя участвует кислород, который содержится в воздухе в количестве 21%. Источник поджигания должен иметь достаточную температуру и определенный запас энергии, чтобы разогреть горючую смесь. Очень важным для горения является соотношение между горючим и окислителем в горючей смеси. Диапазон концентраций, в котором происходит горение, имеет границы в виде нижнего и верхнего предела воспламенения – НКПВ и ВКПВ ( рис.4.1 ), а сам диапазон представляет область воспламенения. 68 область воспламенения Рис.4.1. Если при сгорании все молекулы горючего и окислителя прореагировали без остатка, то в исходном состоянии компоненты горючей смеси находились в стехиометрическом соотношении ( рис.4.2 ). Если после реакции в избытке ока- зался окислитель, то в исходном состоянии смесь была бедной, а при избытке горючего – богатой. В механизме процесса горения можно выделить несколько этапов: 1 этап – источник поджигания разогревает горючую смесь, повышается химическая активность компонентов; Рис.4.2 2 этап – источник поджигания продолжает нагревать смесь, горючее и окислитель начинают взаимодействовать в виде реакции горения. Этап характеризуется температурой горения; 3 этап – источник продолжает нагревать смесь, скорость реакции возрастает, появляется пламя. Этап характеризуется температурой воспламенения; 4 этап – с появлением пламени скорость реакции резко возрастает, при этом выделяется тепло. Процесс переходит в стадию самопотдерживающей реакции горения , для которой уже не нужен источник поджигания. Этап характеризуется температурой самовоспламенения; 5 этап – ускоряющийся процесс переходит в стадию цепной реакции горения, он характеризуется максимальной скоростью окисления. 0% горючего 100% горючего 100% 0% НКПВ ВКПВ окислителя окислителя бедная смесь богатая смесь НКПВ стехиометрическое ВКПВ соотношение 69 В зависимости от скорости реакции процесс горения может быть дефляграционным ( скорость несколько м / с ), взрывным ( скорость до сотен м / с ) и детонационным ( скорость тысячи м / с ). В реальных пожарах процесс дефляграционный. Наибольшая скорость горения наблюдается в чистом кислороде, наименьшая - при концентрации в воздухе 14-15% кислорода. Горение прекращается, если исключить один из компонентов триединой системы ГОРЮЧЕЕ В-ВО + ОКИСЛИТЕЛЬ + ИСТОЧНИК ПОДЖИГАНИЯ На этом основаны все способы тушения пожара. Например, при тушении горючей жидкости пенами прекращается поступление паров в зону горения. При тушении дерева водой резко понижается температура зоны горения. 4.3. ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫЕ СВОЙСТВА ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ Строительные решения зданий или помещений в максимально возможной степени должны зависеть от взрывопожарных свойств используемых в них горючих веществ, которые характеризуют условия для возникновения и развития реакции горения. Рассмотрим основные параметры четырех типов горючих веществ. 1.Горючие газы. Смесь горючих газов и окислителя можно зажечь лишь в определенных пределах концентрации компонентов между нижним и верхним пределами воспламенения или взрываемости ( рис.4.3 ). В нормах величина НКПВ (Вз) принята как основной показатель взрывопожароопасности горючих газов, чем ниже его величина, тем выше опасность. 2. Горючие жидкости. При нагревании над поверхностью жидкости образуются пары, которые вступают в реакцию горения. Концентрация паров зависит от температуры жидкости и, чтобы получить концентрацию паров, равную НКПВ, необходима определенная температура жидкости, называемая температурой вспышки (( рис.4.4 ). Это минимальная температура жидкости, при которой над её поверх- 70 100% горючего область воспламенения 100 % t ВКПВ 0% окислителя ВСП окислителя Рис.4.4 ностью образуется паровоздушная смесь, способная воспламениться от внешнего источника поджигания. Устойчивого горения при этом не происходит, пары вспыхивают и гаснут из-за своей низкой концентрации. Температура вспышки – аналог НКПВ, принят в качестве основного показателя взрывопожароопасности горючих жидкостей. По величине Т жидкости разделяются на легковоспламеняющиеся (ацетон, спирт, бензин ) с Т ВСП ВСП ≤ 61 С и горючие ( мазут, масла и др.) с Т 61 О С. о ВСП ≥ 3.Пылевоздушные смеси. Процесс горения пылей малопредсказуем из-за больших неопределенностей создания опасных концентраций аэровзвеси, что создает дополнительный риск при их эксплуатации. Взрывопожароопасность пылевоздушных смесей устанавливается по величине нижнего концентрационного предела воспламенения или взрываемости НКПВ(Вз). В зависимости от величины НКПВ(Вз) пыли делятся на взрывоопасные ( сера, сахар, мука и др. ) и пожароопасные ( древесная, табачная пыль и пр. ), каждая из них разделяется на два класса. 0% горючего 100 % окислителя 100% горючего 0% окислителя область воспламенения Рис.4.3 НКПВ ВКПВ 0% горючего 71 ПЫЛЕВОЗДУШНЫЕ СМЕСИ ВЗРЫВООПАСНЫЕ ПОЖАРООПАСНЫЕ НКПВз ≤ 65 г / м НКПВ > 65 г / м 3 3 I КЛАСС II КЛАСС III КЛАСС IV КЛАСС НКПВз 15г/м НКПВз 15г/м НКПВ ≤ 3 f 3 ≤ 250 С НКПВ 250 С 0 f 0 Для некоторых пылей другой параметр – величина ВКПВз существует лишь в расчетах, на практике его невозможно реализовать. Например, для торфяной пыли он составляет 2200 г/ м 3 , для сахарной пудры 13500 г/ м . 3 Твердые вещества. Взрывопожароопасность твердых веществ зависит Рис.4.5 от несколькими параметрами, а не одного. При нагревании они частично разлагаются, образуя летучую часть, которая горит как горючие газы (рис.4.5 ). В коксовом остатке реакция идет под тепловым воздействием и характеризуются температурами горения, самовоспламенения и воспламенения , а также распространением горения по поверхности материала. Возможно самовозгорание твердых веществ по химическим ( например, пролив азотной кислоты на дерево ) или микробиологическим процессам ( торф, опилки, хлопок и пр.). Микробиологическое разложение вызывает небольшое повышение внутренней температуры, которое оказывается достаточным, чтобы материалы с большой пористостью начали реакцию горения. 4.4. ОЦЕНКА ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ летучая часть Т С 0 Т С 0 0 Т С 72 Определение уровня пожарной опасности здания позволяет сформировать требования к его конструктивно-планировочному решению и к системам противопожарного оборудования. В зависимости от назначения здания и помещения разделяются по функциональной пожарной опасности на 5 классов: - класс Ф1 включает объекты для постоянного и временного проживания людей; - класс Ф2 содержит здания культурно-просветительского назначения; - класс Ф3 представлен зданиями с предприятиями по обслуживанию населения; - класс Ф4 включает производственные объекты, которые, в свою очередь, подразделяются на категории по взрывопожароопасности ( см. 4.5 ). Строительные конструкции здания в условиях пожара могут повышать или понижать пожарную опасность здания. В зависимости от конструктивной опасности здания делятся на 4 класса: С0, С1, С2 и С3. На класс конструктивной опасности здания влияет пожарная опасность строительных конструкций, имеющих также четыре класса: К0 ( непожароопасные ), К1 ( малопожароопасные ), К2 (умеренно опасные) и К3 ( пожароопасные ). Для строительных материалов оценка пожарной опасности выполняется по пяти характеристикам: горючести ( см. 4.6 ), воспламеняемости, по распространению пламени по поверхности, дымообразующей способности и токсичности продуктов горения. Таким образом, оценка пожарной опасности объекта осуществляется комплексным способом и определяется соответствующими характеристиками для материалов, конструкций и здания в целом. 4.5. КАТЕГОРИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИИЙ И ЗДАНИЙ ПО ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНОСТИ Категорирование производственных помещений и зданий по взрывопожароопасности ( ВПО ) является основой строительного противопожарного нормирования промышленных объектов. ВПО, с одной стороны, определяет условия для возникновения опасных факторов пожара или взрыва. За эту часть отвечает администрация предприятия. С другой стороны, ВПО показывает возможные масштабы и последствия инцидента, которое зависит от конструктивно-планировочного решения здания ( рис.4.6 ). 73 Нормы пожарной безопасности НПБ 105-03 разделяют производственные помещения и здания на 5 категорий по взрывопожароопасности: категория А – взрывопожароопасная. В неё включены производства сероводорода, ацетона, эфира и др. веществ с высокой химической активностью, способных и гореть и взрываться с давлением взрыва более 5кПа; Рис.4.6. категория Б – взрывопожароопасная. Вещества в этих помещениях также могут и гореть и взрываться с избыточным давлением взрыва выше 5кПа, однако химическая активность горючих газов, жидкостей и пылей ниже, чем в категории А; категории В1-В4 – пожароопасные. В зависимости от удельной пожарной нагрузки помещения разделяются на категории В1, В2, В3 и В4. Под пожарной нагрузкой понимается энергия, выделяемая при сгорании горючих материалов, находящихся на площади 1м пола помещения. Наиболее опасная категория В1, для которой пожарная нагрузка более 2200МДж/ м , у категории В4 она не превышает 180 МДж /м . К В1-В4 относят деревообрабатывающие производства, насосные для перекачки горючих жидкостей, кабельные сооружения и др; 2 2 2 категория Г – без названия. В данных помещениях негорючие материалы находятся в расплавленном состоянии, либо горючие вещества используются в качестве топлива. Это металлургические и литейные производства, а также котельные, реакторные отделения и машзалы ТЭС и АЭС; категория Д – без названия. В помещениях этой категории негорючие материалы находятся в холодном состоянии. Таких рабочих участков на промпредприятиях большинство. Как правило, под одной крышей располагаются помещения с разной категорией, Согласно НПБ 105-03, если площадь помещений высокой категории занимает более 5% площади всех помещений, то всему зданию устанавливают эту высокую категорию. При наличии систем автоматического пожаротушения величина нормы повышается до 25% площади всех помещений. Ошибки в назначении категории влекут за собой серьезный экономический ущерб, особенно при занижении риска возникновения взрыва или пожара. В этом случае подбор материалов, выбор конструкций и Взрывопожаро- опасность помеще- ния,здания Условия для Масштаб и возникновения последствия от пожара или пожара или взрыва взрыва 74 планировочного решения оказывался неадекватным взрывопожароопасности здания и приводил к повышенному масштабу пожара или взрыва. Назначение категории осуществляются в проектной организации на основании отраслевого Перечня помещений. Для новых, нетиповых производств категорию здания или помещения определяют специальными расчетами. 4.6. ГОРЮЧЕСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В последние годы к традиционным строительным материалам прибавилось огромное количество тепло- и звукоизоляционных и декоративных материалов с неизвестными горючими характеристиками. Поэтому испытание новых материалов обладает повышенной актуальностью. Согласно ГОСТу все строительные материалы разделяются на негорючие ( НГ ) и горючие ( Г ), имеющие четыре группы: Г1 – слабо горючие, Г2 – умеренно горючие, Г3 – нормально горючие и Г4 – сильно горючие. Испытания начинают с определения негорючести, образец 5 × 5 × 5 см нагревают в печи при температуре 835 С в течении 30 минут. Материал считается негорючим, если: 0 - прирост температуры в печи ≤ 50 С; 0 - потеря массы образца ≤ 50%; - продолжительность пламени ≤ 10с. К негорючим материалам относятся все неорганические строительные материалы – бетон, кирпич, металл, цемент т др. При несоответствии хотя бы одному условию материал считается горючим и для него проводятся новые испытания в другой печи и другим размером образца на определении группы горючести. Образец 7 × 19 × 100 см помещают в газовую шахтную печь и нагревают пламенем газовой горелки. При испытании замеряют температуру дымовых газов, степень повреждения по длине и по массе, а также продолжительность пламени. На основании этих данных определяют группу горючести – у Г1 повреждения минимальные, у Г4 – максимальные. К группам Г3 и Г4 относят почти все органические строительные материалы, в группу Г1 и Г2 входят композиции из неорганических ( заполнитель ) и органических ( вяжущее ) материалов – минераловатные плиты на битуме, асфальтобетон, а также древесина, пропитанная антипиренами. 75 4.7. ОГНЕСТОЙКОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Огнестойкость строительных конструкций является основой всей системы противопожарной защиты здания и означает их способность сопротивляться воздействию огня и выполнять при этом свои эксплуатационные функции – несущую, ограждающую и теплоизоляционную. Огнестойкость конструкции характеризуется пределом огнестойкости и обозначает время в минутах от начала огневых испытаний до возникновения в конструкции следующих признаков: 1) обрушение или недопустимый прогиб; означает потерю несущей способности, обозначается R ; 2) образование в конструкции сквозных трещин, через которые проникает дым и продукты горения. Означает потерю ограждающей способности, обозначается E ; 3) повышение температуры на необогреваемой поверхности в среднем на 160 0 С больше, чем до пожара. Означает потерю теплоизоляционной способности и обозначается Y . Например, надпись R120 указывает на то , что предел огнестойкости конструкции по несущей способности составляет не менее 120 мин. Или надпись REY30 означает предел огнестойкости в 30 мин, независимо от того, какое предельное состояние наступило первым. Огнестойкость строительных конструкций устанавливают опытным и расчетным путем. Экспериментальные испытания огнестойкости проводятся в специальной огневой печи в условиях реального воздействия открытого пламени – колонна нагревается с четырех сторон, плита перекрытия – с нижней поверхности ( рис.4.7 ). Температура в печи изменяется по усредненным данным для реального пожара в жилых зданиях. В огневую печь помещается конструкция в натуральную величину, она находится под реальной нагрузкой, аналогичной рабочей. 76 Рис.4.7 Расчетный способ определения огнестойкости основан на данных по изменению прочности материала при нагревании и по изменению температуры по сечению конструкции. Для каждого материала существует так называемая критическая температура, при ней прочность материала уменьшается в два раза. Многочисленные испытания позволили создать каталог справочных данных по пределам огнестойкости основных строительных конструкций. Наибольшим пределом обладают каменные и кирпичные конструкции, их огнестойкость зависит только от толщины элемента. Железобетонные конструкции обладают средними значениями предела, минимальная огнестойкость отмечена у металлических и деревянных конструкций. 4.8. ОГНЕСТОЙКОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Ж.б.к. благодаря своей негорючести и сравнительно невысокой теплопроводности неплохо сопротивляются действию пожара. Предел огнестойкости ж.б.к. зависит от условий работы конструкции – несущая или ненесущая, а также от вида нагрузки – сжатие или изгиб. Наиболее чувствительным элементом ж.б.к. к действию огня является арматура. 1. Несущие изгибаемые конструкции. Их разрушение происходит в результате перегрева нижней рабочей арматуры ( рис.4.8.). Поэтому любые меры 77 Рис.4.8 по увеличению продолжительности нагревания рабочей арматуры до критической повысит предел огнестойкости изгибаемых конструкций. Среди них: - повышение толщины защитного слоя; - снижение теплопроводности бетона. Кроме того, рекомендуется применять жаростойкую арматуру класса А- III из стали марки 25Г2С с критической температурой в 570 С. 0 Для типовых изгибаемых конструкций предел огнестойкости составляет R45 – R90. |