Применение материалов с негорючим наружным слоем в качестве противопожарных поясов на кровлях

Введение

С целью повышения пожарной безопасности зданий на крышах выполняют противо­пожарные пояса, которые представляют собой противопожарную отсечку на неэксплуатируемой кровле, обеспечивающую прерывание горючего материала. Чаще всего противопожарные пояса используются для плоских кровель из битумосодержащих и полимерных рулонных и мастичных материалов, чтобы защитить поверхности крыши строений от возгорания и распространения огня.

Противопожарные пояса должны быть шириной не менее 6 м и пересекать основание под кровлю и теплоизоляцию, если данные слои выполнены из материалов группы горючести Г3 и Г4. При устройстве противопожарных поясов по водоизоляционному ковру должно быть предусмотрено покрытие из плитных или монолитных материалов группы горючести НГ, с маркой по морозостойкости не ниже F150.

В качестве основания функциональное назначение противопожарных поясов – ограничение распространения горения по поверхности кровель в случаях применения покрытий с недостаточными противопожарными свойствами, а также при устройстве кровель на участках примыкания к противопожарным стенам и к встроенно-пристроенным зданиям. Требования к составу и конструктивному исполнению противопожарных поясов установлены пунктами 5.2.5, 5.2.6 и 5.3.3 [1]. При этом основной конструктивной особенностью противопожарных поясов является требование обязательного выполнения защитного слоя как для эксплуатируемых кровель, с применением негорючих плитных материалов, цементной или бетонной стяжки толщиной не менее 40 мм, что ведет к значительному утяжелению и удорожанию покрытия кровли.

В настоящее время стали появляться более легкие в применении материалы с доказанной пожаробезопасностью, такие как битумосодержащие фольгированные рулонные материалы со специальными добавками, позволяющими исключить распространение пламени при пожаре.

Внесение соответствующих изменений в нормативные документы в области пожарной безопасности позволит расширить возможности применения различных материалов для устройства противопожарного пояса как защитного слоя эксплуатируемых кровель.

Поэтому целью работы является обоснование возможности применения материалов, альтернативных указанным в п. 5.3.3 [1], и внесение предложений по его изменению.

Таким образом, выполнение работ по рассматриваемой проблеме является важной и актуальной задачей по внедрению эффективных материалов и конструкций в современное строительство в РФ.

Материалы и методы

Программой экспериментальных исследований предусматривалось проведение натурных испытаний образцов систем кровельных покрытий, как применяемых в настоящее время, так и новых систем для определения их пожарно-технических характеристик.

Для испытания были подготовлены четыре опытных образца – фрагмента крыши с неэксплуатируемой кровлей и противопожарным поясом из различных материалов.

В качестве основания для всех типов образцов использовался профилированный лист Н75–750 толщиной не менее 0,7 мм по [2], с габаритными размерами 6 × 3 м. Края гофр профнастила плотно заполнялись заглушками из теплоизоляционных минераловатных плит на глубину 250 мм. Также для всех типов образцов на профнастил укладывали пароизоляционный слой из полимерной пленки толщиной 1 мм.

Образец 1-го типа был принят в качестве эталонного образца для противопожарного пояса, выполнен в соответствии с требованиями п. 5.3.3 [1] и состоял из минераловатной плиты и мелкоразмерной тротуарной плитки фигурного очертания толщиной 60 мм, уложенной на цементно-песчаный раствор.

На несущее основание профилированного настила был уложен пароизоляционный слой из полиэтиленовой пленки, теплоизоляционный слой из минераловатных плит «Техно Т 100» толщиной 100 мм, плотностью 100 кг/м³, группа горючести – НГ (производство ООО «Завод Техно»). Крепление теплоизоляционного слоя выполнялось при помощи полимерного тарельчатого дюбеля и металлического самореза. Поверх утеплителя укладывался водо­изоляционный слой в виде полимерного рулонного материала «Logicroof V-RP» на основе высококачественного пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ), армированного полиэстеровой сеткой (производство ООО «ТехноНИКОЛЬ – Строительные системы»).

Защитный слой противопожарного пояса формируется мелкоразмерной тротуарной плиткой толщиной 60 мм, уложенной на цементно-песчаный раствор. Готовый к испытаниям образец 1-го типа показан на рис. 1.

В качестве образца 2-го типа была принята кровля с двухслойным водоизоляционным ковром из битумосодержащих рулонных кровельных материалов и защитным слоем из фольгированного материала на битумной основе со специальными добавками и наполнителями.

На несущее основание профилированного настила был уложен пароизоляционный слой из полиэтиленовой пленки и теплоизоляционный слой из минераловатных плит «Техно Т 100» толщиной 100 мм, плотностью 100 кг/м³, группа горючести – НГ, который закреплен к несущему профилированному листу при помощи полимерных тарельчатых дюбелей и металлических саморезов.

Поверх утеплителя укладывались два слоя водоизоляционного ковра. Нижний слой водоизоляционного ковра – рулонный битумосодержащий кровельный материал «Техно­эласт Фикс П» (производство ООО «ТехноНИКОЛЬ – Строительные системы»), состоящий из битума, СБС-полимерного модификатора и минерального наполнителя, с защитным слоем из крупнофракционного песка снизу и полимерного покрытия сверху. Укладку нижнего слоя водоизоляционного ковра выполняли механическим способом при помощи тарельчатых дюбелей и металлических саморезов, с расплавлением основания. Нахлест продольных швов дополнительно сплавлялся газовой горелкой.

Верхний слой водоизоляционного ковра – рулонный кровельный битумосодержащий материал «Техноэласт К ЭКП» (производство ООО «ТехноНИКОЛЬ – Строительные системы»), соответствующий группе пожарной опасности кровли КП0 по [3], группе распространения пламени РП1 по [4], группе воспламеняемости В2 по [5] и состоящий из стекло- или полиэфирной основы с двусторонним нанесением битумно-полимерного вяжущего, состоящего из битума, СБС-полимерного модификатора и минерального наполнителя. В качестве защитного слоя использовали крупнозернистую посыпку и полимерные пленки. Укладку верхнего слоя водоизоляционного ковра выполняли с наплавлением на нижний слой и сплавлением нахлестов продольных швов газовой горелкой.

Защитным слоем покрытия является рулонный кровельный битумно-полимерный материал с защитным покрытием из фольги толщиной не менее 30 мкм «Техноэласт К ТФП» (производство ООО «ТехноНИКОЛЬ – Строительные системы»), получаемый путем двустороннего нанесения на стеклотканевую основу битумно-полимерного вяжущего. Укладка защитного слоя противопожарного пояса выполнялась с наплавлением на верхний слой водоизоляционного ковра и сплавлением продольных нахлестов газовой горелкой.

Готовый образец с водоизоляционным и защитным слоями противопожарного пояса из рулонных кровельных битумосодержащих материалов показан на рис. 2.

В качестве образца 3-го типа выбрана кровля с водоизоляционным ковром из горючих материалов и негорючим теплоизоляционным слоем.

На основание из профилированного настила был уложен пароизоляционный слой из полимерной пленки и теплоизоляционный слой из минераловатных плит «Техно Т 100» толщиной 100 мм, плотностью 100 кг/м³, группа горючести – НГ. Теплоизоляционный слой крепили к несущему профилированному настилу при помощи полимерного тарельчатого дюбеля и металлического самореза. Поверх утеплителя укладывался водоизоляционный ковер из кровельной полимерной мембраны на основе высококачественного пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ), армированного полиэстеровой сеткой «Logicroof V-RP». Защитный слой противопожарного пояса не укладывался. Готовый образец перед испытаниями показан на рис. 3.

В качестве образца 4-го типа была принята кровля с теплоизоляционным слоем из полимерных материалов и противопожарным поясом из противопожарной защитной стеклоткани с ПВХ напылением.

На несущее основание из профилированного настила укладывали пароизоляционный слой из полимерной пленки и теплоизоляционный слой из полимерных плит на основе экструзионного пенополистирола «Пеноплэкс» толщиной 50 мм в 2 слоя. Крепление теплоизоляционного слоя к несущему основанию из профилированного настила выполнялось при помощи полимерного тарельчатого дюбеля и металлического самореза. Поверх утеплителя укладывается разделительный слой – стеклохолст плотностью 100 г/м².

На стеклохолст укладывался водоизоляционный ковер из рулонного кровельного полимерного материала на основе высококачественного пластифицированного поливинилхлорида, армированного полиэстеровой сеткой «Logicroof V-RP».

В качестве защитного слоя противопожарного пояса использовалась противопожарная защитная стеклоткань с ПВХ напылением «Logicroof NG» (производство ООО «Техно­НИКОЛЬ – Строительные системы») (рис. 4).

Наружную поверхность исследуемых образцов располагали на одной высоте с бортами ванны для горючей жидкости. На расстоянии 6000 мм от ванны и на высоте 50 и 1000 мм от поверхности образцов размещались датчики теплового потока и термоэлектрические преобразователи, направленные в сторону ванны. Термоэлектрические преобразователи размещались на подложках из древесины или деревосодержащих материалов группы горючести Г4, размерами (50 × 50) ± 20 мм, покрашенных в черный цвет. Крепление термопар к подложкам проводили в соответствии с [6]. Схемы размещения опытных образцов и средств измерения относительно источника горения представлены на рис. 5 и 6.

Испытания проводились на открытом воздухе при температуре окружающей среды 15–25 °C, относительной влажности воздуха не более 80 %, скорости ветра не более 2 м/с и отсутствии атмосферных осадков.

Для проведения испытаний ванну заполняли авиационным керосином марки ТС-2. При диаметре ванны 4500 мм и уровне жидкости 150 мм расчетный объем топлива составил 2,39 м³, а расчетная площадь зеркала горения жидкости составила 15,9 м². Отсчет времени воздействия открытого пламени на испытуемый образец производился с момента полного охвата пламенем всей площади ванны для горючей жидкости.

В ходе проведения испытаний фиксировали показания температуры и величины теплового потока на расстоянии 6000 мм от ванны для горючей жидкости. Измерения температуры и величины теплового потока производили с интервалом не более 60 секунд. Время появление оплавления и горения горючих материалов, из которых собраны образцы, определяли визуально. Испытание проводили до момента начала последовательного уменьшения интенсивности теплового потока, после чего принудительно тушили горючую жидкость.

Результаты

Результаты испытания № 1

Внешний вид образцов перед испытанием № 1 представлен на рис. 7.

Общая продолжительность испытания составила 13 минут. На рис. 8 представлен процесс проведения испытания.

На рис. 9 представлен внешний вид образца № 1 после испытания. ПВХ мембрана под плиткой оплавилась по краям, но не воспламенилась. Минераловатный утеплитель оплавился в зоне огневого воздействия.

На рис. 10 представлен внешний вид образца № 2. ПВХ мембрана полностью сгорела. Минераловатный утеплитель оплавился в зоне огневого воздействия.

Внешний вид образца № 3 представлен на рис. 11. Воспламенение не зафиксировано. Визуальные изменения минимальны. Незначительное выгорание противопожарной защитной стеклоткани с ПВХ напылением со стороны, максимально приближенной к очагу пожара. Утеплитель «Пеноплэкс» имеет незначительные повреждения со стороны очага пожара.

Внешний вид образца № 4 представлен на рис. 12. Воспламенение не зафиксировано. Визуальные изменения минимальны. Незначительное оплавление переднего торца битумной кровельной системы.

В ходе испытания № 1 в результате ветрового воздействия происходило смещение очага пламени в сторону образцов № 1 и 2, вследствие чего на образцы № 3 и 4 оказывалось только тепловое воздействие от очага пожара, при этом огневое воздействие пламени на поверхности данных образцов было незначительным.

На основании этого принято решение о проведении второго эксперимента с внесением изменений для обеспечения симметричности огневого воздействия на образцы независимо от направления ветра во время испытаний. Образцы № 1 и 2 были демонтированы, а на их месте собраны аналогичные образцы № 3 и 4.

Результаты испытания № 2

Внешний вид расстановки образцов перед испытанием № 2 представлен на рис. 13.

Общая продолжительность испытания составила 13 минут. На рис. 14 представлен процесс проведения испытания.

Образец № 1 – противопожарная стеклоткань имеет минимальные повреждения. ПВХ мембрана без повреждений. Теплоизоляционный слой «Пеноплэкс» без повреждений.

Внешний вид образца № 2 представлен на рис. 15. Оплавление минеральной плиты в передней части образца. Локальное прогорание рулонной битумной гидроизоляции в левом углу образца на площади – около 0,5 м². Незначительное остаточное открытое горение водоизоляционного ковра после окончания испытания.

Внешний вид образца № 3 представлен на рис. 16. Образец полностью сгорел до основания.

Внешний вид образца № 4 представлен на рис. 17. Оплавление минеральной плиты произошло в передней части образца. Локальное прогорание водоизоляционного ковра и защитного слоя в правом углу образца на площади – около 0,3 м². Незначительное остаточное тление, открытое горение отсутствовало.

В ходе испытания № 2 в результате ветрового воздействия смещение очага пламени в основном происходило в сторону образцов № 2, 3 и 4, вследствие чего на образец № 1 оказывалось только тепловое воздействие от очага пожара, при этом огневое воздействие пламени на поверхности данных образцов было незначительным. В итоге полностью сгорел образец № 3, аналогичный образцу № 1.

Анализ результатов испытаний

Испытание № 1

В соответствии с программой экспериментальных исследований результаты оценки считаются неудовлетворительными в случае возникновения горения образцов. При визуальной фиксации оплавления горючих материалов образцов без возникновения горения результаты оценки считаются неудовлетворительными в случае фиксации повышения плотности теплового потока на 10 % по сравнению с максимальными значениями, зафиксированными у образца № 1 (для датчиков, расположенных на одной высоте). В ходе испытания направление ветра было зафиксировано в сторону образцов № 1 и 2.

Образец № 1 с тротуарной плиткой считается эталонным образцом, полностью соответствующим нормативным требованиям для противопожарных поясов. Горение или оплавление элементов образца отсутствовали. Распространения пламени по поверхности образца не наблю­далось. Максимальные значения величины теплового потока на расстоянии 6 м от очага пожара в размере 10,25 и 9,55 кВт/м² были зафиксированы на 8-й минуте испытания. Указанные величины могут быть приняты как референсные для оценки других образцов.

Результат оценки испытания образца № 1 считается удовлетворительным.

Образец № 2 с водоизоляционным ковром из ПВХ мембраны воспламенился на третьей минуте испытания, за одну минуту пламя распространилось по всей поверхности образца. К окончанию испытания верхний водоизоляционный ковер из рулонного полимерного кровельного материала полностью сгорел. Максимальные значения величины теплового потока на расстоянии 6 м от очага пожара в размере 6,70 и 6,00 кВт/м² были зафиксированы на 9-й минуте испытания. Максимальная температура 200 °C была достигнута на 8-й минуте.

Результат оценки испытания образца № 2 считается неудовлетворительным по причине возникновения горения образца.

На образце № 3 с теплоизоляционным слоем «Пеноплэкс» и противопожарной стеклотканью с ПВХ напылением возгорания не произошло. Распространения пламени по поверхности образца не наблюдалось. Зафиксировано незначительное оплавление утеплителя, без возгорания. Максимальные значения величины теплового потока на расстоянии 6 м от очага пожара в размере 9,48 и 9,27 кВт/м² были зафиксированы на 4-й минуте испытания. Максимальная температура 92 °C была достигнута на 4-й минуте.

Результат оценки испытания образца № 3 считается удовлетворительным, поскольку при наличии оплавления образца без возгорания значения величины теплового потока зафиксированы ниже, чем у эталонного образца № 1. При этом следует отметить, что огневое воздействие в сторону данного образца было незначительным.

На образце № 4 с двухслойным водоизоляционным ковром из рулонных кровельных битумосодержащих материалов и защитным слоем из фольгированного материала на битумной основе возгорания материалов образца не произошло. Распространения пламени по поверхности образца не наблюдалось. Зафиксировано незначительное оплавление верхнего защитного слоя фольгированного материала. Максимальные значения величины теплового потока на расстоянии 6 м от очага пожара в размере 8,21 и 7,56 кВт/м² были зафиксированы на 7-й минуте испытания.

Результат оценки испытания образца № 4 считается удовлетворительным, поскольку при наличии оплавления образца без возгорания значения величины теплового потока зафиксированы ниже, чем у эталонного образца № 1. При этом следует отметить, что огневое воздействие в сторону данного образца было незначительным.

Испытание № 2

В ходе испытания направление ветра было зафиксировано в сторону образцов № 2, 3 и 4.

Образец № 1 с теплоизоляционным слоем «Пеноплэкс» и противопожарной стеклотканью с ПВХ напылением. Горение или оплавление элементов образца отсутствует. Распространения пламени по поверхности образца не наблюдалось. Максимальное значение величины теплового потока на расстоянии 6 м от очага пожара в размере 4,99 кВт/м² было зафиксировано на 4-й минуте испытания. При этом следует отметить, что огневое воздействие в сторону данного образца практически отсутствовало.

Результат оценки испытания образца № 1 считается удовлетворительным.

Образец № 2 с двухслойным водоизоляционным ковром из рулонных кровельных битумосодержащих материалов и защитным слоем противопожарного пояса из фольгированного материала на битумной основе воспламенился на 6-й минуте испытания. Распространения пламени по поверхности образца не наблюдалось. Незначительное горение левого угла образца на площади около 0,5 м² продолжалось до окончания испытания и в течение нескольких минут после его окончания. Максимальные значения величины теплового потока на расстоянии 6 м от очага пожара в размере 13,50 и 13,27 кВт/м² были зафиксированы на 5-й и 7-й минутах соответственно. Максимальная температура 67 °C была достигнута на 8-й минуте.

Результат оценки испытания образца № 2 считается неудовлетворительным по причине возникновения горения образца.

Образец № 3 воспламенился на первой минуте испытания и к окончанию испытания полностью сгорел. Максимальное значение величины теплового потока на расстоянии 6 м от очага пожара в размере 28,03 кВт/м² было зафиксировано на 9-й минуте испытания. Максимальная температура 124 °C была достигнута на 2-й минуте.

Результат оценки испытания образца № 3 считается неудовлетворительным по причине полного сгорания образца.

На образце № 4 с двухслойным водоизоляционным ковром из рулонных кровельных битумосодержащих материалов и защитным слоем противопожарного пояса из фольгированного материала на битумной основе возгорание материалов образца произошло на 5-й минуте. Распространения пламени по поверхности образца не наблюдалось. Незначительное горение левого угла образца на площади около 0,3 м² продолжалось до окончания испытания. После окончания испытания горение образца не наблюдалось. Максимальные значения величины теплового потока на расстоянии 6 м от очага пожара в размере 10,22 кВт/м² были зафиксированы на 10-й минуте испытания. Максимальная температура 103,7 °C была достигнута на 10-й минуте.

Результат оценки испытания образца № 4 считается удовлетворительным.

Выводы

1. Проведенные испытания показали, что погодные факторы (ветер, дождь) оказывают существенное влияние на результаты испытаний. В частности, при испытании № 2 образцы № 1 и 3 были выполнены идентичными. Направление ветра во время испытания было в сторону образца № 3, который полностью сгорел. При этом идентичный образец № 1 получил незначительные повреждения от теплового потока очага возгорания. Для объективной оценки свойств противопожарного пояса на кровле рекомендуется поддон с горючей смесью выполнить квадратной формы и выполнять 4 одинаковых образца на каждую сторону поддона.
2. Длительность испытаний составила 13 минут. Целесообразно увеличить объем горючей смеси для обеспечения времени огневого испытания до 30 минут. В такой промежуток времени ветровое воздействие может быть более равномерным по отношению к испытываемым образцам.
3. Ветровое воздействие на очаг возгорания во время испытания № 2 было достаточно сильным. Огневая нагрузка от очага пожара совместно с огневой нагрузкой от горевших материалов образца № 3 частично повредила измерительное оборудование. Целесообразно провести дополнительные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по оценке достаточности ширины противопожарного пояса 6 метров для воспламенения кровли за противопожарным поясом в случае более длительного огневого испытания (до 30 минут) или более интенсивного ветрового воздействии на очаг возгорания в направлении противопожарного пояса.
4. Применение противопожарной стеклоткани неэффективно при использовании на горючем основании противопожарного пояса.
5. По результатам двух натурных испытаний образцов противопожарных поясов на кровле можно сделать следующие выводы:
   • тротуарная плитка, уложенная на цементно-песчаную смесь, на негорючем основании из минеральной плиты может применяться для устройства противопожарного пояса;
   • трехслойная система покрытия на основе рулонных кровельных водоизоляционных битумосодержащих материалов «Техноэласт Фикс П», «Техноэласт ЭКП» и «Техноэласт К ТФП» не может применяться для устройства противопожарного пояса;
   • трехслойная система покрытия на основе рулонных кровельных водоизоляционных битумосодержащих материалов «Техноэласт Фикс П», «Техноэласт Пламя СТОП К ЭКП» и «Техноэласт К ТФП» может применяться для устройства противопожарного пояса.

Заключение

По результатам проведенной работы были сделаны предложения по их использованию:

1. Включить в план разработки нормативно-технической документации разработку национального стандарта ГОСТ на метод испытания противопожарных поясов на кровле на основе методики испытаний, апробированной в данной работе.
2. Дополнительно к критериям оценки, указанным в [1], выработаны оценки эффективности противопожарного пояса (наличие/отсутствие самостоятельного горения, повреждение поверхности конструкции, величина теплового эффекта), которые при разработке стандарта необходимо дополнительно оценить совместно с [3].
3. Необходимо получение дополнительных данных для определения условий проведения испытаний по влиянию ветровых нагрузок на распространение пламени за противопожарным поясом и продолжительности огневого воздействия на противопожарный пояс.
4. В раздел 3 «Термины, определения и сокращения» [1] ввести термин «Противопожарный пояс на кровле» – конструктивный элемент кровельной системы, состоящий из верхнего слоя (по водоизоляционному ковру) и нижнего негорючего слоя (под водоизоляционным ковром), препятствующий распространению пламени по поверхности кровли.
5. Пункт 5.2.6 [1] дополнить вторым абзацем в следующей редакции:
   
   «При условии прохождения натурных испытаний по утвержденной методике и нераспространению пламени по поверхности противопожарного пояса допускается применение на неэксплуатируемых кровлях современных горючих кровельных материалов в качестве верхнего слоя противопожарного пояса (по водоизоляционному ковру) шириной не менее 6 м. Нижний слой противопожарного пояса (под водоизоляционным ковром) должен выполняться из материалов группы горючести НГ. При этом противопожарный пояс должен пересекать основание под кровлю, выполненное из материалов групп горючести Г3 и Г4 (в том числе теплоизоляцию), на всю толщину этих материалов».