Таблица 2

4.7. Вспенивающееся уплотнение

 

Для уплотнения зазоров размером 1-8 мм между полотном и коробкой противопожарных дверей за рубежом широко используются пластины типа "Палузол" фирмы "BASF" (ФРГ).

Гибкие и ударопрочные пластины толщиной около 2 мм с внутренним слоем в основном из волокно- и водосодержащего силикате натрия со стеклотканью ("Палузол-100") или продольной сеткой шагом 25´25 мм при толщине проволоки 0,5 мм ("Палузол-210"), вспениваются при 100-150 °С с образованием несгораемого, мелкопористого и прочного теплозащитного слоя.

Пластина "Палуэол-100" (белого цвета) применяется прежде всего там, где необходимо устанавливать узкие полосы (например, по периметру дверного полотна или коробки). Процесс вспенивания значительно ускоряется благодаря комбинации пластины "Палузол" с алюминиевой фольгой с хорошей теплопроводностью, в результате чего достигается равномерность вспенивания по всей ширине пластины.

Пластина "Палузол-210" (черного цвета) рекомендуется для применения в плоскости (например, защита дверных коробок, замков, петель от воздействия высоких температур пожара).

Защитное действие пластин достигается благодаря образованию теплозащитного слоя при одновременном поглощении тепла вследствие испарения воды. Коэффициент теплопроводности, невспененной пластины "Палузол" составляет 0,7 ккал×м^-1×ч^-1×°С^-1 вспененной - 0,05 ккал×м^-1×ч^-1×°С^-1. Пластины легко режутся с помощью ножниц по металлу.

В нашей стране не разработаны несгораемые уплотняющие материалы или вспенивающиеся пластины, которые одновременно могут препятствовать проникновению дыма и выдерживать воздействие огня. Во ВНИИПО ведутся работы в этом направлении.

 

5. ПОВЕДЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ ДВЕРЕЙ В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА

 

Необходимость изучения особенностей поведения конструкций противопожарных дверей и материалов, из которых они изготовлены, при воздействия высоких температур пожара обусловлена требованиями, предъявляемыми СНиП 2.01.02-85 в отношении их возгораемости и огнестойкости.

Процесс горения, его характер и распространение зависят от многих факторов. Все их учесть практически невозможно. Для сгораемых материалов обычно рассматривают способность к воспламенению и распространению пламени, количество выделившегося тепла, продолжительность и скорость горения. Каждая из этих характеристик зависит от ряда физико-химических и теплофизических свойств, структуры, состава материала, конструктивного исполнения и т.д.

Древесина - сгораемый материал, и поэтому можно ожидать, что она характеризуется невысокой огнезащитной способностью, однако это не так. При пожарах древесина обугливается сравнительно медленно (0,6-1,0 мм×мин^-1), и образовавшийся слой угля, имеющий более низкую теплопроводность, чем древесина, в некоторой степени предохраняет от возгорания слои за фронтом обугливания.

Древесина более твердая и плотная горит хуже, чем более мягкая и легкая, а ее горючесть снижается с ростом относительной влажности.

Начиная с температур порядка 270-280 °С, разложение древесины становится особенно быстрым экзотермическим процессом, при этом выделяется значительное количество газов, в основном сгораемых. При горении этих газов пламя нагревает новые объемы древесины и способствует дальнейшему расширению процесса горения. После выделения газов остается древесный уголь: при горении древесины его образование происходит с поверхности внутрь материала, пока температура его превышает 275 °С. Древесный уголь, образующийся при 275-350 °С, загорается на воздухе при 340-370 °С. Если температура достаточна для его возгорания, то он дает при этом часть тепла, необходимого для дальнейшего горения.

Все способы огнезащиты древесины улучшают лишь ее сопротивление воздействию огня (ограничивают опасность возгорания), но не замедляют начавшийся процесс горения.

Считается, что деревянные двери могут успешно сопротивляться огню. Для проверки этого положения исследована огнестойкость дверей различных конструктивных решений их поведение в процессе испытаний было практически одинаково.

Под действием огня обшивка дверей из фанера, твердой ДВП, шпона возгорается через 3 мин, а через 6 мин она полностью сгорает и начинается горение брусков, деформируется полотно (особенно его углы). Увеличивающиеся зазоры между коробкой и полотном двери создают благоприятные условия для проникновения на необогреваемую поверхность дыма и пламени. Любое увеличение зазора в результате коробления или оседания полотна из-за ослабления петель приводит к росту потока горячих газов, способствующих возгоранию торцевых поверхностей дверного полотна и коробки и проникновению пламени на "холодную" сторону. Выявлено, что в первую очередь разрушается верхняя часть двери (по верхнему или вертикальным торцам).

За рубежом для предупреждения проникновения пламени широко используются вспенивающиеся уплотнения, в частности пластины "Палузол". Они устанавливаются в специальную выемку в торце дверного полотна или коробки. При 60-100 °С оно подвергается пластической деформации, при 100-150 °С во внутреннем слое пластины с одновременным увеличением ее толщины появляются пузырьки пара. При более высоких температурах образуется несгораемый мелкопористый прочный изоляционный слой. Процесс вспенивания заканчивается при 250 °С. Вспененный слой закрывает зазор между полотном и коробкой двери, препятствуя проникновению тепла и дыма.

К преимуществам деревянных дверей без металлической обшивки относятся: сравнительно небольшая масса; возможность использования в помещениях, к которым предъявляются эстетические требования; применение любой отделки. Главный недостаток этих дверей заключается в том, что они являются сгораемыми. Поэтому рекомендуется изготавливать их us огнезащищенной (подвергнутой глубокой пропитке антипиренами) древесины.

Самое широкое использование получили противопожарные деревянные двери с металлической обшивкой. Их полотна изготовляют из одного или нескольких слоев просушенных досок и обшивают по слою теплоизоляционного материала (в основном асбестового картона толщиной не менее 4 мм) листовой сталью толщиной 0,5-0,8 мм в замок - в двойной шов (фальц) по вертикали и одинарный - по горизонтали (рис. 1) /16/.

Считается, что двери подобной конструкции могут успешно противостоять огню, глухая металлическая обшивка защищает древесину от воздуха и тем самым препятствует ее горению в условиях пожара. Учитывая, что средняя скорость переугливания древесины под обшивкой равна 0,5 мм×мин^-1, дверь толщиной 60 мм может прогореть не менее чем через 2 ч. Однако, в действительности двери оказываются не такими огнестойкими, а их состояние в результате действия огня определяется факторами, которые обычно не учитываются. Характерно поведение дверей при пожаре. В опытах с обогреваемой поверхности полотна обшивка вспучивалась на 200 мм. Через 10-15 мин от начала испытаний на необогреваемой стороне полотна с глухой обшивкой появлялся густой дым, а на 20-й мин - смола. По истечении 40-60 мин дым исчезал, и в местах его выделения появлялись языки пламени. Горение в дальнейшем не прекращалось, т.е. наступал предел огнестойкости двери по признаку нарушения целостности. К моменту наступления предела огнестойкости дверное полотно не прогорело, глубина обугливания древесины составила не более 50% ее толщины, а температура необогреваемой поверхности не превысила 90 °С.

Недостаточная огнестойкость таких дверей объясняется следующим. При действии огня тонкая обшивка и расположенный под нею слой теплоизоляционного материала не обеспечивают длительной защиты, т.е. быстро прогреваются. Глухая металлическая обшивка двери изолирует древесину от воздуха и исключает возможность горения внутри полотна. Повышение температуры под обшивкой вызывает сухую перегонку древесины; нагреваясь в закрытом объеме без доступа воздуха, она разлагается, выделяя значительное количество паро- и газообразных продуктов. Деформация обшивки под действием огня приводит к тому, что через какое-то время нарушается плотность прилегания полотна к коробке двери. Через зазоры, образующиеся по периметру, начинают выбиваться раскаленные газы, которые вызывают возгорание смеси на необогреваемой стороне полотна. Иногда парогазовая смесь самовозгоралась. Именно эта особенность, обычно не учитываемая, оказывает решающее влияние на огнестойкость дверей. Для его устранения в обшивке с обеих сторон или только с той, которая может подвергнуться действию огня при пожаре, прорезаются предохранительные отверстия для выпуска парогазовой смеси (рис. 2, 3). В дверях с такими отверстиями продукты разложения беспрепятственно выходят на обогреваемую поверхность и целиком сгорают. В результате резко уменьшается интенсивность выделения парогазовой смеси и исключается возможность преждевременного появления пламени на необогреваемой стороне.

 

 

Рис. 1. Схемы обшивки дверных полотен:

1 - швы в одинарный фальц; 2 - швы в двойной фальц; 3 - предохранительное отверстие;

4 - асбестовый картон; 5 -наладка; 6 - обшивка

 

 

Прорезанные отверстия наглухо закрываются накладками из листовой стали, припаянными сплавом с температурой плавления около 350 °С. При пожаре накладки отпадут через 2-3 мин, причем только на обогреваемой стороне. Накладки из листовой стали можно заменить на резиновые заглушки.

Выпуск парогазовой смеси можно обеспечить, уложив листы обшивки внахлестку и прибив их гвоздями через 80 мм.

К преимуществам деревянных дверей с металлический обшивкой относятся доступность материалов, необходимых для их изготовления, простота конструкции, медленный прогрев при действии огня. Недостатки дверей данного типа - непривлекательный внешний вид в связи с неровной поверхностью обшивки и наличием выступающих частей, затрудняющих декоративную отделку; нетехнологичность конструкции полотна; возможность задымления во время пожара прилегающих к двери помещений (при глухой обшивке).

Металлические противопожарные двери имеют коробчатые полотна из листовой стали толщиной около 1 мм и каркас из стального профиля по периметру. Внутренние полости полотен заполняют различными несгораемыми теплоизоляционными материалами. В качестве теплоизоляции применяются асбоцементная напыляемая изоляция, асбестоперлитовые, асбестовермикулитовые и перлитоцементные плиты, волокнистые материалы и др.

На прогрев полотен с заполнением асбоцементной напыляемой изоляцией, асбестоперлитовыми, асбестовермикулитовыми и перлитоцементными плитами влияет их влажность. Высокая влажность увеличивает теплопроводность материала, благодаря чему конструкция прогревается за более короткое время, чем при сухой изоляции. Как только температура в слоях изоляции достигает 100 °С (температура испарения воды), процесс прогрева конструкции за счет испарения воды замедляется до тех пор, пока не испарится вся влага, а затем, когда изоляция становится сухой, сечение ее снова медленно начинает прогреваться. При нагревании пористых изоляционных материалов повышенная влага может привести к разрушению слоя изоляции из-за отслоения (расслоения) материала вследствие давления горячих водяных паров в местах, где отсутствуют пути для их выхода.

В испытаниях установлено, что перлитоцементные, асбестоперлитовые и асбестовермикулитовые плиты при повышенных температурах (более 600 °С) склонны к усадке. Визуальный осмотр дверей после испытаний показал, что зазоры между плитами составили 20-26 мм. Это обстоятельство способствовало преждевременному прогреву конструкции.

Из волокнистых материалов для теплоизоляции полотен дверей применялись холсты из ультрасупертонкого базальтового волокна, материал теплозвукоизоляционный марки АТИМСС, маты теплозвукоизоляционные марок ATM-10с и ATM-10к, минераловатные плиты, базальтовый теплоизоляционный картон, вата каолинового состава. В противопожарных дверях волокнистые материалы ведут себя, как и любой другой теплоизоляционный материал, теплопроводность которого увеличивается при повышении температуры.

Обращенная к огню поверхность холстов базальтового ультрасупертонкого волокна и базальтового картона на глубину от 2 до 4 мм спекается, уплотняется и становится хрупкой. Последующие слои видимых изменений не претерпевают. Маты типа АТИМСС из штапельного стекловолокна спекаются, превращаясь в хрупкую массу с большими воздушными порами. Маты теплозвукоизоляционные ATM-10с и ATM-10к, вата каолинового состава практически не претерпевают изменений. После длительного воздействия температур пожара на минераловатные плиты связующее вещество разлагается, выгорает и материал превращается в непрочную рассыпающуюся массу. Отмечено, что все теплоизоляционные маты при повышенных температурах склонны к усадке и образованию зазоров между собой, поэтому их рекомендуется укладывать с перекрытием стыков.

На огнестойкость дверей кроме толщины изоляции, плотности набивки ее в полотно существенное влияние оказывают форма и расположение подкрепляющих ребер, являющихся тепловыми мостиками между обшивками.

Исследование полей температур (рис. 4) показывает, что значительная часть тепла проникает через конструкцию дверного полотна в местах прорезания изоляции ребрами жесткости и имеет ярко выраженный локальный (местный) характер. Область влияния тепловых потоков, проходящих через ребра жесткости, ограничивается расстоянием 6-7z (z - высота ребра жесткости, соединяющего две обшивки) по обе стороны от них, причем стенка ребер располагается посередине этого расстояния. За пределами данного расстояния температурные поля полотен дверей с ребрами жесткости совпадают с температурными полями тех же полотен, но без ребер жесткости, а линии температурных полей становятся прямолинейными.

Основным недостатком металлических дверей являются деформации их полотна, в первую очередь угловых частей, начинающиеся с огневым воздействием. Большой прогиб плоскости полотна в сторону обогреве, а угловых частей в противоположную сторону объясняется значительным перепадом температур между обшивками. Так как уменьшать температурный перепад по сечению дверей не имеет смысла, ослабить прогиб и исключить отгиб углов можно конструктивными мерами.

Там, где к интерьеру предъявляются высокие эстетические требования, полотна дверей изготовляют из негорючих конструкционных плит типа асбосилит или "Термакс", облицованных декоративный бумажно-слоистым пластиком, имеющим свойство медленно распространять пламя по поверхности, декоративными пленками, шпоном. Они могут окантовываться по периметру раскладками из антипирированного дуба, ясеня, стали или алюминия.

 

 

Рис. 4. Поля температур прогрева полотна двери (ребра жесткости не изолированы):

1 - полотно двери; 2 - точки установки термопар

 

При огневом воздействии на дверной блок, полотно которого изготавливалось из плиты асбосилита, облицованной пластиком толщиной 1,5 мм, с обвязкой по периметру из антипирированного дуба, происходили следующие явления: на 2-й мин с обогреваемой стороны пластик начинал вздуваться, отслаиваться от основы, в отличие от материалов из древесины, сильно деформироваться и через 3 мин испытания быстро сгорал, выделяя большое количество тепла и дыма, в результате чего резко повышалась температура в огневой камере печи. Далее происходил отгиб верхних и нижних углов дверного полотна и через 10-15 мин наблюдалось проникновение пламени на необогреваемую сторону через зазор, образовавшийся между полотном и коробкой. Винипласт, используемый в качестве вспенивающейся прокладки, положительного эффекта не дал.

Следует иметь в виду, что для изготовления полотен дверей можно использовать асбосилит, влажность которого не превышает 5%, так как при более высокой влажности через 13-15 мин огневого воздействия происходит его взрывообразное разрушение /17/. Поэтому для предупреждения преждевременной потери целостности дверей из асбосилита при их изготовлении необходимо строго контролировать влажность материала.

Особое место занимает двухрядные конструкции противопожарных дверей из плит асбосилита (рис. 5), которые по сравнению с однорядными имеют существенные преимущества - большую огнестойкость и повышенную звукоизоляцию. Их конструкция выполнена таким образом, что металлическая рама - прочная основа полотна - с обеих сторон по всей площади закрыта плитами асбосилита, надежно защищающий ее от прогрева при действии пламени с любой стороны. Фиксация дверного полотна в коробке со стороны ручки осуществлялась, как и в металлических дверях, в трех местах (в том числе и в углах) с помощью ригелей замка.

В ходе испытаний было отмечено, что при навеске дверных полотен на двух петлях происходила его деформация в средней части между верхней и нижней петлями. Именно в этом месте пламя проникало на необогреваемую сторону через зазор между полотном и коробкой двери. При установке третьей петли в средней части полотна подобных явлений не происходило. Незначительный прогрев рамы полотна уменьшает появление больших перекосов кромок и деформаций полотна в целом и не нарушает плотности прилегания к коробке по периметру.

 

 

Рис. 5. Двухрядные противопожарные двери из плит асбосилита:

а - вариант I; б - вариант II; 1 - плиты асбосилита; 2 - базальтовое волокно

 

В связи с увеличением выпуска цементно-стружечных плит (ЦСП), относящихся к группе трудносгораемых, было решено провести эксперименты с противопожарными дверями, полотна которых изготовлены из ЦСП.

Испытания на огнестойкость перегородок с обшивками из ЦСП выявили ряд недостатков этого материала: склонность к температурным расширениям и деформациям при воздействии повышенных температур; металлические детали крепления, предусматривающие использование самонарезающих винтов и шурупов, которые при действии огня образуют тепловые мостики, приводящие к нарушению сцепления соединительного цемента с ЦСП в результате поверхностного обугливания древесных частиц. В то же время крепление сдерживает температурное расширение, создавая дополнительные напряжения в плите, способствующие образованию в ней трещин (начиная с 5-й мин испытания), их раскрытию (до 15-20 мм на 12-й мин) и, в конечном счете, обрушению (15-17-я мин).

Принимая во внимание отмеченные недостатки, было предложено отказаться при проектировании дверного блока от механического крепления ЦСП к стальной раме дверного полотна.

В испытаниях дверей отечественного производства, полотна которых были изготовлены из древесно-стружечной плиты, облицованной шпоном ценных пород или древесно-волокнистой плитой (рис. 6), с рамой дверного полотна и дверной коробкой, выполненных из деревянных брусков, было отмечено, что через 2 мин огневого воздействия возгорелась облицовка обогреваемой поверхности полотна. Дым вместе с искрами проникал через притвор на необогреваемую поверхность. Верхние углы полотна деформировались, увеличивая зазор между дверной коробкой и полотном, в результате чего пламя проникло на "холодную" сторону через 5 мин. На 8-й мин воспламенилась наружная поверхность полотна двери. Горение дверного блока (коробки и полотна) продолжалось и после прекращения огневого воздействия.

Двери данной конструкции, применяемые в жилых домах, обеспечивают незадымляемость лестничной клетки только в течение 2-3 мин и утрачивают пламенепроницаемость через 5 мин с момента возникновения пожара, что не гарантирует безопасной эвакуации людей даже в 4- и 5-этажных жилых домах.

Все испытанные двери, как правило, имели обычные врезные замки с ручкой-фалью и накладные петли из стали или тугоплавкой бронзы.

Дверные ручки из алюминия и его сплавов при 600-650 °С оплавляются с образованием капель. Но это обстоятельство не оказывает серьезного воздействия на целостность дверного блока при условии, что ручки надеваются на стальной четырехгранник. В то же время соединительный стержень ручек является тепловым мостиком, оказывающим влияние на прогрев.

 

 

Рис. 6. Двери отечественного производства:

1 - коробка двери; 2 - рама полотна двери; 3 - древесностружечная плита; 4 - шпон;

5 - сотовое заполнение

 

Следует учитывать и тот факт, что при температуре выше 900 °С начинают разрушаться детали из меди, латуни и бронзы.

Анализ результатов и поведения испытанных дверных блоков различных конструктивных вариантов отечественного производства позволил выявить следующие основные недостатки, влияющие не огнестойкость:

большие температурные деформации дверного полотна (особенно его угловых частей);

увеличенные размеры зазоров между дверным полотном и коробкой;

нетеплоизолированная коробка врезного замка;

слабая герметизация притворов;

отсутствие вспенивающихся прокладок;

недостаточная жесткость деревянных дверных полотен и полотен из ДСП;

не отработаны форма, размеры и не определены места установки ребер жесткости в металлических дверных полотнах;

низкое качество изготовления противопожарных дверей.