Разработка способов оценки пожарной опасности полимерных материалов в строительстве
УДК 614.841.3:691На правах рукописи
ДОСАЕВА АЙГУЛЬ БОРИБЕКОВНА
Разработка способов оценки пожарной опасности
полимерных материалов в строительстве
05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Республика Казахстан
Алматы, 2010 Диссертационная работа выполнена в Алматинском институте энергетики и связи Научные руководители: доктор технических наук Махамбетова У.К.
доктор технических наук Дюсебаев М.К.
Официальные оппоненты: доктор технических наук Шакиров А.Т.
доктор технических наук Долгов П.В.
Ведущая организация: Институт горного дела им. Д.А. Кунаева
Защита состоится « »2010 года. в часов в аудитории А-213 на заседании диссертационного совета Д 14.02.04 при Алматинском институте энергетики и связи по адресу: 050013, г. Алматы, ул. Байтурсынулы, 126. Факс 8(7272) 925057.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алматинского института энергетики и связи по адресу: 050013, г. Алматы, ул. Байтурсынулы, 126.
Автореферат разослан «25» января 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета К.К. Жумагулов Введение
Общая характеристика работы
Современные строительные материалы, в особенности отделочные и облицовочные являются в большинстве своем полимерными.
Характеризуются большой площадью поверхности и большим содержанием органических веществ, что обуславливает их высокую потенциальную пожарную опасность.
Актуальность проблемы При увеличении спроса на полимерные материалы в строительной отрасли возникает необходимость создания системы стандартов на методы огневых испытаний, учитывающая особенности их эксплуатации. Существующая нормативная и методологическая база не позволяет быстро и объективно оценивать свойства различных групп полимерных материалов, для чего необходимы дополнительные расчеты, результаты испытаний. Поэтому актуальным являются исследования полимерных материалов в условиях близких к реальному пожару, разработка предложений по совершенствованию противопожарного нормирования и их применения в строительстве. Для повышения объективности определения пожарной опасности полимерных материалов на основании анализа отечественных и зарубежных нормативных документов были рассмотрены действующие методики огневых испытаний и предложены способы их совершенствования.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с концепцией внедрения в практику работы национальных научных центров международных стандартов управления и научно-исследовательской деятельностью по Программе «Обеспечить переход национальных научных лабораторий на международные стандарты надлежащей научной практики (Good Scientific Practice) на 2009-2011 годы» и с приоритетным направлением по программе «Разработка научных основ и технологий создания новых перспективных материалов различного функционального назначения», утвержденные приказом № 10 от 4.06.06 г. МОН РК.
Идея работы заключается в использовании пожарно-технических критериев для повышения достоверности и объективности оценки полимерных материалов в условиях близких к реальному пожару.
Цель работы: разработка способов оценки пожарной опасности полимерных материалов совершенствованием методов и установок по определению показателей горючести, воспламеняемости и распространения пламени по поверхности конструкций.
Объект исследований - образцы полимерных материалов (кровельные, стеновые, напольные), отечественная и зарубежная нормативная база по определению пожарной опасности.
Методы исследований В работе использованы стандартные методы определения показателей горючести, температур воспламенения и самовоспламенения, критической плотности распространения пламени;
математическое моделирование процесса распространения пламени по наклонной поверхности твердых горючих материалов с набегающим потоком воздуха;
применена математическая обработка данных экспериментальных исследований по определению способности полимерных материалов распространять пламя по поверхности кровельных конструкций.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
зависимость температуры дымовых газов от -установлена продолжительности времени испытаний на горючесть полимерных материалов;
-оценка горючести полимерных материалов основана на определении динамики тепловыделения во времени при горении образцов испытаний;
математическая модель, описывающая процесс -предложена распространения пламени по наклонной поверхности конструкций кровельных покрытий;
-разработаны экспериментальные установки, позволяющие определять показатели горючести, воспламеняемости, распространения пламени по поверхности полимерных материалов.
Научные положения и результаты, выносимые на защиту:
-оценка пожарной опасности современных полимерных материалов обеспечивается разработкой способов на основе экспериментальных установок, которые позволяют определить показатели горючести, воспламеняемости, скорости распространения пламени, моделирующих воздействие различных внешних факторов, возникновение и продолжительность пожара.
распространения пламени по наклонной поверхности -процесс конструкций кровельных покрытий с набегающим потоком воздуха описывается математической моделью, которая позволяет выявить изменение пути, проходимого фронтом пламени во времени S=f(t) с учетом начальной температуры, теплофизических свойств твердых горючих материалов, а также плотности потока теплового излучения факела пламени.
Достоверность научных положений подтверждается:
-достаточным объемом экспериментальных исследований разных видов полимерных материалов;
-выбором критериев оценки пожарной опасности полимерных материалов, моделируемых при исследовании в условияхреального пожара;
-лабораторной проверкой результатов исследований;
-корреляционным анализом результатов, полученных по разработанным и стандартным методикам, для определения функции S= f() с наибольшим коэффициентом корреляции 1, при наименьшей стандартной ошибке S 0.
Личный вклад автора в науку заключается в следующем:
-постановка задач исследований;
-анализ отечественных и зарубежных стандартизированных методик по определению горючести, воспламеняемости, распространения пламени по поверхности полимерных материалов;
методов огневых испытаний по определению -совершенствование критериев полимерных материалов;
-предложена математическая модель процесса распространения пламени по наклонной поверхности;
-разработка конструктивных решений по усовершенствованию установок для определения пожарно-технических показателей;
-участие в проведении крупномасштабных и лабораторных испытаний.
Практическая ценность работы В ходе работы были проведены испытания большого количества различных полимерных материалов и проанализированы полученные результаты. Полученные в диссертации результаты направлены в Комитет метрологии для включения в перечень изменений и дополнений к действующим нормативным документам на методы испытаний (ГОСТ 30244 94 метод II;
ГОСТ 30402-96;
ГОСТ Р 51032-97;
ГОСТ 12.1.044-89, п.п. 4.18 и 4.20).
Апробация работы Научные и практические результаты диссертации докладывались и обсуждались на: Международной научно-технической конференции «Архитектура и строительство в новом тысячелетии» (Алматы, 2009);
Международной научно-практической конференции «Валихановские чтения -14» (Кокшетау, 2009);
Международной научно-практической конференции (Тараз, 2009);
опубликованы в научных сборниках: «Вестник Каз ГАСА»
(2008);
«Вестник Каз НАУ» (2008);
«Вестник Каз АТК» (2009);
журналах:
«Поиск» (2009);
«Известия вузов» (Бишкек, 2009).
Публикации По результатам выполненных исследований опубликовано 10 научных работ;
из них 6 – в научных изданиях, рекомендованных Комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК.
Структура и объем диссертационной работы Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 92 наименований, изложенных на страницах компьютерного текста, содержит 15 таблиц, 45 рисунков и приложений.
Содержание работы Для строительной отрасли необходима самостоятельная система стандартов на методы огневых испытаний полимерных материалов, учитывающая особенности их применения и эксплуатации. Основная задача этой системы состоит в обеспечении количественной оценки нормируемых показателей Методологическую и теоретическую основу исследований данной работы составили труды отечественных и российских исследователей: Дюсебаева М.К., Долгова П.В., Кусаинова А.А., Махамбетовой У.К., Монахова В.Л., Серкова Б.Б., Таубкина С.И., Шинтемирова К.С., Шакирова А.Т., Хакимжанова Т.И., зарубежных исследователей Джонсенс M., Квентур Л., Томас П.Х., и др.
Анализ литературных данных показал зависимость причин пожароопасности полимерных материалов от сложных физико-химических процессов и законов, обуславливающих их поведение в условиях пожара.
Горение твердых полимерных материалов зависит от количества и состава газовой фазы, образующейся при термическом разложении материала, а также от химического состава материала, характера огнезащитных добавок и его теплофизических свойств, что во многом определяется условиями возникновения и развития пожара. Все это приводит к значительным трудностям оценки потенциальной горючести полимерных материалов на стендовых испытательных установках.
Важной характеристикой воспламеняемости твердого полимерного материала является температура начала термического разложения, которая для многих материалов величина весьма близкая к температуре воспламенения.
Время воспламенения зависит от физико-химических и теплофизических свойств материала, от мощности источника зажигания. При этом поверхность материала может подвергаться термическому разложению не только под действием собственно источника зажигания, но и под действием дополнительных тепловых потоков.
Определяющую роль в интенсификации горения в начальной стадии играет скорость распространения пламени по поверхности. Различают механизмы распространения пламени по поверхности термически тонких полимерных материалов и термически толстых материалов, а также по поверхностям горизонтально и вертикально ориентированных материалов.
Скорость распространения пламени по поверхности зависит от типа, ориентации материала, наличия или отсутствия внешнего теплового потока, температуры внешнего окружения, скорости воздуха, толщины и ширины образца, размера фронта пламени и т.д.
В диссертации рассматриваются способы оценки пожарной опасности современных полимерных материалов на основе совершенствования методов и разработки экспериментальных установок по определению показателей пожарной опасности полимерных материалов.
Метод испытания на горючесть по ГОСТ 30244-94 (II) удовлетворительно описывает способность полимерных материалов воспламеняться от достаточно мощного локального теплового источника и распространение фронта пламени по вертикально ориентированной поверхности под действием конвективного теплового потока, увеличивающегося совместно с интенсификацией процесса горения. Однако основной проблемой метода является игнорирование реального тепловыделения с единицы массы материала, где фиксируется лишь максимальное значение температуры дымовых газов и время остаточного горения.
При классификации на воспламеняемость полимерных материалов к методологическим недостаткам по ГОСТ 30402-96 можно отнести спорность корректности использования лишь критической плотности поверхностного теплового потока, неоднородность условий воспламенения вблизи поверхности образца по отношению к местоположению источника зажигания, неадекватность лабораторных условий теплового воздействия условиям возникновения и развития реального пожара.
Из недостатков методики ГОСТ Р 51032 - 97 можно отметь значительную зависимость величины критической поверхностной плотности теплового потока от характера распределения поверхностной плотности теплового потока и времени предварительного прогрева поверхности образца, а также корректность использования одной и той же методики для испытаний напольных полимерных материалов, использующихся в помещениях и для кровельных материалов, покрывающих крыши зданий.
Наиболее обоснованными шагами на пути снижения пожарной опасности полимерных материалов является совершенствование стандартных методов испытаний, которые основываются на разработке испытательных установок и калибровочных процедур, позволяющих добиться приемлемой сходимости и воспроизводимости результатов.
На рисунке 1 представлены графики результатов испытаний нескольких полимерных материалов проведенных на испытательной установке по ГОСТ 30244-94 (метод II).
а) профиль поливинилхлоридный б) напольное покрытие типа «тафтинг»
для оконных и дверных блоков (ТУ 8170-003-39920662-97) (ТУ 5772-193-00203312-99) Рисунок 1 - Зависимость температуры дымовых газов от времени при испытаниях на горючесть по ГОСТ 30244-94 (метод II) В процессе проведения испытаний по определению групп горючести однородных, слоистых полимерных материалов, применяемых в качестве отделочных, облицовочных, а также лакокрасочных покрытий использовался метод II по ГОСТ 30244-94, где определялась максимальная температура дымовых газов, степень повреждения образцов по длине, потеря массы и временя остаточного горения. При этом полученные результаты на графиках отличаются не только максимальной температурой дымовых газов, но и различной динамикой тепловыделений, которые обусловлены физико химическими свойствами каждого конкретного материала, и т. д.
На рисунке 2 изображены типичные экспериментальные зависимости «температура дымовых газов - время», которые позволяют выделить следующие временные параметры:
0 - время начала процесса само разогрева испытываемого образца, определяющееся превышением температуры, регистрируемой в дымовой трубе Т(), над значением, полученным при калибровке Ткал (), т.е. Т( ) Ткал () | max - время достижения i-ого температурного пика (количество температурных пиков при испытаниях материалов может быть несколько);
1 - время огневого воздействия (в стандартных испытаниях 1 = 10 мин);
2 - время достижения в камере сгорания начальной температуры воспламенения, которая колеблется 18-22 °С.
Рисунок 2 - Калибровочная зависимость Ткал () и зависимость «температура дымовых газов - время» Т() Анализ графика на рисунке 2 показал, что для определения тепловыделения, наряду с регистрацией зависимости Т() («температура дымовых газов - время»), необходимо также определять массовую скорость образующегося потока высоконагретых продуктов горения, т.е.
регистрировать в процессе испытания изменение массы испытываемого dm ( ), т.к. dQ ( ) dm T ( ).
образца d d d Вторым способом оценки полимерных материалов на пожароопасность является метод испытаний по определению воспламеняемости полимерных материалов по ГОСТ 30402-96. Исследования показали, что в стандартном методе основные трудности состоят в том, что в условиях квазиоднородности плотности теплового потока на экспонируемой поверхности для образцов многих полимерных материалов невозможно создать вблизи поверхности однородное концентрационное поле горючих продуктов термического разложения.
Из рисунка 3 видно, что r ( 0 r r0 ) и (0 2 ) n(r,, z ) n0 ( z ), где r,, z - цилиндрические координаты, n - концентрация горючих летучих продуктов, которая неэквивалентна:
точке подвода источника зажигания ( 0,0, z 0 ) и точкам (r,,,z0, при условии 0 r r0,0 2 ) горизонтальной плоскости.
Рисунок 3 - Распределение концентрации горючих летучих продуктов термического разложения над экспонируемой поверхностью Было предложено для объективной и достоверной оценки воспламеняемости полимерных материалов увеличить количество равномерно распределенных вблизи поверхности образца источников зажигания на расстоянии ~ 10 мм, с использованием при расчетах энергетического критерия E = q1 воспл.
ср Третьим способом оценки полимерных материалов на пожарную опасность является метод испытаний на распространение пламени по поверхности по ГОСТ Р 51032-97, где были выделены следующие группы:
- напольные покрытия;
- стеновые декоративно-отделочные и облицовочные материалы;
- потолочные декоративно-отделочные и облицовочные материалы;
- кровельные материалы.
Исследования показали, что для разной группы материалов необходимы определенные условия эксплуатации и соответственно механизмы распространения пламени по каждой поверхности неодинаковы.
Возможность применения одного и того же метода испытаний для напольных и кровельных покрытий представляется довольно сложным.
Поэтому разработан новый метод испытаний на распространение пламени по поверхности конструкций кровельных покрытий с использованием таких параметров как скорость выгорания материала и интенсивность тепловыделения. В результате экспериментальных исследований проведен кр учет энергетических характеристик источника огневого воздействия qвп, max и кр кр qвп, где qвп, max - максимальная величина плотности потока теплового излучения q, при которой происходит воспламенение образцов кр в, max полимерных материалов и распространение пламени по поверхности, а q - кр вп кр максимальная величина плотности потока теплового излучения q рп, max, при котором распространение пламени по поверхности образцов кровельных материалов прекращается.
Новый метод позволил осуществить переход от условий эксперимента к условиям моделей, учитывающий возникновение возможных пожаров. На этой основе были сформулированы противопожарные требования и профилактические мероприятия, регулирующие и снижающие пожарную опасность конструкций кровельных покрытий зданий.
Разработана математическая модель распространения пламени по наклонной поверхности твердого горючего материала с набегающим потоком воздуха, которая должна прогнозировать пределы устойчивого горения по разным параметрам. Решение задачи распространения пламени по поверхностям твердых горючих материалов сводится к решению уравнений теплопроводности на стадии индукции и на стадии распространения пламени.
После преобразований было получено уравнение теплового баланса:
h U ( ) + 0 )d x = hU ( ) + h 1U ( )( ) + hk 2U ( )( ( ) пар пл пар пл возд y= S (t ) (1) Представленная математическая модель отличается от других существующих моделей тем, что в ней рассматривался процесс распространения пламени по наклонной поверхности с набегающим потоком 0 cp воздуха. Масштабы длины х0 = I и времени t0 =, с помощью которых I S t S = f ( ),, = t S= определялась зависимость где - безразмерные x0 величины расстояния и времени, которые зависят от теплофизических свойств и начальной температуры твердых горючих материалов, а также плотности потока теплового излучения факела пламени.
Ранее отмечалось, что для отделки и облицовки зданий широкое применение нашли строительные материалы из пенополистирольных и пеноизольных плит. На определяемые характеристики пожарной опасности пенопластов оказывают влияние огнезащитные добавки, в частности антипирен. В таблице 1 приведены результаты испытаний на горючесть пенополистирольных плит, где рассматривается степень влияния антипирирующих добавок на показатели пожарной опасности пенопластов.
Из таблицы 1 видно, что без антипирена пенополистирол способен обрисовывать горящий расплав, а с антипиреном уже нет.
Таблица 1 - Результаты испытаний на горючесть пенополистирольных плит Наименование материала Группа горючести Г4 (Т=1058 0С, SL=100%, Плиты пенополистирольные «Экстрапен»
по ТУ 2244-018-32286133-99 без антипирена Sm=100%, t с.г.=102 с) Г3 (Т=148 0С, SL=100%, Плиты пенополистирольные «Экстрапен»
по ТУ 2244-018-32286133-99 с антипиреном Sm=4%, t с.г.=0 с) Аналогичное влияние антипиренов продемонстрировано в таблице 2 на примере пенополистирольных плит ПСБ-С ГОСТ 15588-86 при испытаниях на пожарную опасность.
Таблица 2 - Результаты испытаний на горючесть пенополистирольных плит Группа Группа № Материал горючести воспламеняемости 1 Плиты Г3 (Т=112 С, В пенополистирольные SL=100%, (КППТП= =20 кВт/м2) ПСБ-С-25 ГОСТ 15588-86 Sm=5%, t с.г.=0 с) (ООО «Томпласт-ЛТД») Г3 (Т=128 0С, 2 Плиты В пенополистирольные SL=100%, (КППТП= =20 кВт/м2)* ПСБ-С-25 ГОСТ 15588-86 Sm=2%, t с.г.=0 с) (ЗАО «Полимерстрой») Г3 (Т=92 0С, 3 Плиты В пенополистирольные SL=100%, (КППТП= =15 кВт/м2) ПСБ-С-25 ГОСТ 15588-86 Sm=11%, (ООО «Байкалтермодом») t с.г.=0 с) Г3 (Т=92 0С, 4 Плиты В пенополистирольные SL=100%, (КППТП= =15 кВт/м2) ПСБ-С-25 ГОСТ 15588-86 Sm=12%, t с.г.=0 с) (ОАО «СМППЖТ») В процессе проведения испытаний образцов выяснилось, что умелый подбор, в частности антипирена, позволяет значительно улучшить некоторые пожарно-технические характеристики.
Во время испытаний на горючесть при нагреве возникают деформации образцов полимерных материалов на основе ПВХ и очень важно обеспечить наиболее благоприятные условия для развития горения материалов.
Представленная в таблице 3 разница результатов испытаний на горючесть пенополистирольных плит в зависимости от объемной массы образцов существенна и достигает предельных значений. Горючесть данного материала соответствующего одним и тем же техническим условиям становится неопределенной величиной.
Таблица 3 - Результаты испытаний образцов пеноизола с различной объемной массой 10 кг/м3 23 кг/м Объемная масса Г4, (Т=326 0С, SL=100%, Г1, (Т=970С, SL=19%, Группа горючести Sm=53%, t с.г.= 0 с) Sm=14%, t с.г.= 0 с) На рисунке 4 представлены результаты испытаний поливинилхлоридного профиля с различным способом закрепления образцов в держателе, как с использованием дополнительного закрепления в держателе, так и без такового.
Темпервтура, С 1Испытание 2Испытание 200 3Испытание 0 2,5 5 7,5 10 12,5 Время, мин Рисунок 4 - Зависимость температуры дымовых газов от времени (ГОСТ 30244-94, метод II) профилей для окон и дверей В трех сериях испытаний время остаточного горения образцов и потеря массы, связанные с реальным тепловыделением полимерных материалов, очень сильно отличаются, что говорит о большом влиянии способа закрепления образцов на характер проявления горючести материалов на основе поливинилхлорида.
При определении характеристик пожарной опасности полимерных материалов, испытываемых на негорючей основе, в условиях стандартных испытаний могут проявляться особенности связанные с теплоотводом в основу. При этом в зависимости от выбора клеевого состава, его расхода и качества приклейки для одних и тех же материалов могут быть получены различные результаты.
Влияние расхода клеевого состава, а также его типа на процесс испытаний представлен на рисунке 5 результатами испытаний линолеума поливинилхлоридного без подосновы по ТУ 5771-003- 05024784-2000.
Отсюда можно сделать вывод, что качество приклейки материала может существенно изменять пожарно-технические характеристики материала, проявляемые в условиях испытаний.
Температура, С ПВА ПВА Мастика 0 2 4 6 8 Время, мин Рисунок 5 - Зависимость температуры дымовых газов от времени (ГОСТ 30244-94, метод II) При испытаниях по ГОСТ Р 51032-97 для кровельных материалов, приклеенных к негорючему основанию при помощи битумной мастики, такая пожарно-техническая характеристика, как способность распространять пламя по поверхности, в большей степени зависит от используемого материала основы и исполнения лицевой поверхности и в меньшей степени от состава используемого покровного материала.
На рисунке 6 продемонстрированы результаты испытаний линолеума поливинилхлоридного без подосновы по ТУ 5771-003-05024784-2000.
а) слой кровельного рулонного б) 3-х слоя рулонов рубероида материала, наклеенного на склеенных между собой битумно негорючее основание битумно- каучуковой мастикой каучуковой мастикой Рисунок 6 – Изменения температур в точках 1 – 6 по длине образца.
Из графика видно, что для испытательных образцов без негорючей основы имеет влияние выбор типа и расход клеевого состава.
На рисунке 7 представлен график испытаний одного типа материала в различных условиях, наклеенный и не наклеенный на негорючую основу, в котором проявляется способность материала выделять различное количество теплоты и проявлять различную степень горючести.
По результатам экспериментальных исследований сделан вывод, что среди испытанных кровельных материалов наименьшей склонностью к распространению пламени по поверхности обладают материалы со стеклотканной основой и крупнозернистой посыпкой лицевой поверхности.
q,кВт/м 80 60 40 0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 L,мм 1 - плитка битумная кровельная марки «TEGOLA CANADEZE»тип «Престиж»;
2 - материал рулонный кровельный марки «Армогидрокром»;
3 - материал рулонный кровельный марки «Изофламм»;
4 - три слоя рубероида марки РНП - 420 и минеральная вата «PAROC»;
5 - материал рулонный кровельный марки «Gammaelast + Deltaelast»
Рисунок 7 - Изменения суммарных тепловых потоков при горении кровельных материалов.
В соответствии с разработанной математической моделью сделана обработка экспериментальных данных и представлена в виде графика на рисунке 8.
S/x 150 t/t0,мм 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3- плитка кровельная битумная марки «TegoIa Canadeze» тип – «Престиж»;
4- плитка кровельная битумная марки «Tegola Canadeze» тип - «Стандарт»;
5 - материал рулонный кровельный марки «Gammielast+Deitaelast»;
6 - материал рубероид кровельный марки «Unifleks».
Рисунок 8 - Изменения безразмерной величины распространения фронта пламени по поверхности рулонных кровельных материалов и битумных плиток в безразмерном времени.
По результатам обработки полученных экспериментальных исследований по определению способности кровельных материалов распространять пламя по поверхности, были определены зависимости S = f ().
Заключение В диссертационной работе изложены научно-обоснованные результаты исследований по способам оценки пожарной опасности полимерных материалов применяемых в строительстве. Основные результаты, практические выводы и рекомендации заключаются в следующем:
1Установлено, что принципиальным недостатком отечественного метода испытаний полимерных материалов на горючесть (ГОСТ 30244- метод II) является отсутствие возможности измерения реальной интенсивности тепловыделения с единицы массы материала при воздействии различных тепловых потоков и изменений условий газообмена.
2 Обосновано, что действующая классификация полимерных материалов по горючести на основе параметров: максимальная температура дымовых газов, потеря массы, степень повреждения по длине и время остаточного горения не способна дать объективной оценки горючести полимерных материалов.
3 Экспериментально подтверждено, что при оценке горючести полимерных материалов, условное тепловыделение, рассчитанное на основе измерения, в условиях стандартных испытаний лучше использовать зависимость «температура дымовых газов - время» и потеря массы образца.
4 Предложено дополнительное оборудование для стандартной испытательной установки для сбора расплава, образующегося при испытаниях термопластичных полимерных материалов, 5 Установлено, что на воспламеняемость для термореактивных полимерных материалов сильно зависит от особенностей макроструктуры материала, что требует для улучшения сходимости результатов увеличения количества испытаний или увеличения количества локальных источников зажигания над поверхностью материала, исключающих влияние неоднородности термически разлагающейся поверхности образца на результаты испытаний.
6 Экспериментально подтверждено, что использование, при классификации воспламеняемости полимерных материалов под действием внешнего теплового потока, зависимости времени воспламенения образца от поверхностной плотности теплового потока, представляет энергетический критерий способности полимерных материалов к воспламенению и дает более объективную оценку.
7Установлено, что критическая поверхностная плотность теплового потока не может являться достаточно объективным параметром, определяющим способность полимерных материалов к распространению пламени по поверхности.
8Установлено, что определяющее влияние на результаты испытаний полимерных материалов на негорючей основе являются тип клеевого состава, его расход и равномерность приклейки материала к негорючему основанию.
9 Рекомендовано обязательно отражать вышеперечисленные параметры в протоколах испытаний.
10Разработана математическая модель распространения пламени по наклонной поверхности конструкций кровельных материалов с набегающим потоком воздуха. Выявлены безразмерные параметры, описывающие процесс распространения пламени по поверхности ТГМ и позволяющие прогнозировать показателя распространения пламени, при известных значениях теплофизических характеристик ТГМ и газовой среды, а также моделировать процессы распространения пламени горючих поверхностей различных материалов в реальных условиях.
11Обоснованы направления дальнейшего развития методологии испытаний полимерных материалов на пожарную опасность в аспекте преодоления относительности результатов испытаний и возможности их использования в инженерно-расчетных методах.
Оценка полноты решения поставленных задач В диссертационной работе проведен обзор современных отечественных и зарубежных стандартных методов испытаний полимерных материалов на пожарную опасность, проанализированы их преимущества и недостатки.
Усовершенствованы методики и установки по определению показателей пожарной опасности полимерных материалов, позволяющие повысить их объективную оценку. Подобные работы в Казахстане, направленные на совершенствование методологии экспериментального исследований полимерных материалов, практически отсутствуют. Поставленные в работе цель и задачи исследования в целом решены полностью.
Оценка технико-экономической эффективности внедрения Использование разработанных методик и экспериментальных установок по определению пожарно-технических показателей полимерных материалов будет способствовать снижению их потенциальной пожарной опасности от вероятности возникновения пожаров. Предполагаемая экономическая эффективность за счет использования огнестойких полимерных материалов в здании в результате возможного пожара проведена чисто условно и может составить в пределах 650 тыс. тенге при строительстве одного зданий.
Рекомендации по использованию результатов.
Результаты диссертационной работы приняты для дальнейшего использования в Лаборатории сертификационных испытаний в области пожарной безопасности МЧС РК г. Алматы. На основе полученных результатов исследований разработаны «Рекомендации по проведению испытаний полимерных материалов на пожарную опасность».
Список опубликованных работ по теме диссертации 1. Досаева А.Б., Шарипова С.А., Махамбетова У.К., Аубакиров Г.А.
Моделирование условий теплового воздействия при оценке пожарной опасности кровельных материалов // Вестник КазГАСА. Алматы.-2008.
-№2(28).- С. 170-177.
2. Досаева А.Б., Махамбетова У.К., Шарипова С.А., Аубакиров Г.А.
Определение критической поверхностной плотности теплового потока при распространении пламени по поверхности строительных материалов // Вестник Каз НАУ. Алматы.- 2008. -№4. - С.178-181.
3. Досаева А.Б., Дюсебаев М.К. Оценка пожарной опасности кровельных материалов // Труды Международной научно-технической конференции «Архитектура и строительство в новом тысячелетии».- Алматы, 2008.- С.
602-603.
4. Досаева А.Б. Шарипова С.А., Махамбетова У.К., Аубакиров Г.А.
Исследования по определению и прогнозированию пожарной опасности конструкций кровельных покрытий зданий // Вестник Каз АТК. -2009. №1.- С. 221-225.
5. Досаева А.Б. Шарипова С.А., Махамбетова У.К., Аубакиров Г.А.
Исследование испытания строительных материалов на воспламеняемость // Поиск. -2009.- №1. - С. 141-145.
6. Досаева А.Б. Махамбетова У.К., Дюсебаев М.К. Противопожарные требования по применению кровельных материалов и конструкций кровельных покрытий в зданиях // Известия вузов. Бишкек. – 2009.- №1. С. 86-90.
7. Досаева А.Б., Дюсебаев М.К., Махамбетова У.К., Аубакиров Г.А.
Исследования процесса распространения по поверхности твердых горючих материалов // Исследования, результаты. – 2009.- №1. - С.100 - 103.
8. Досаева А.Б., Дюсебаев М.К., Махамбетова У.К., Аубакиров Г.А.
Изучение дымообразования строительных материалов в условиях пожара // Вестник Каз АТК. – 2009.- № 1. - С. 298-303.
9. Досаева А.Б., Дюсебаев М.К., Махамбетова У.К. Взаимное влияние показателей пожарной опасности строительных материалов // Международная научно-техническая конференция «Инновации и информационные технологии в образовании». Тараз, 2009.- Т.IV.- С. 87-90.
10.Досаева А.Б., Дюсебаев М.К., Махамбетова У.К. Современное состояние проблемы комплексной оценки пожарной опасности строительных материалов // Материалы Международной научно практической конференции «Валихановские чтения -14».-Алматы, 2009. С. 126- 128.
ТЙІНДЕМЕ Досаева Айгуль Борибековна 05.26.03 - рт жне нерксіп ауіпсіздігі “рылыстаы полимер материалдарыны рт ауіптілігін баалау тсілдерін зірлеу” Зерттеу аясы – рылыс материалдарыны лгілері (жабынды, абыралы, едендік).
Жмысты негізгі идеясы – полимерлерді ызу тзімділігін жне карбондауын арттыру есебінен полимерлерді синтездеу жне модификациялау негізінде оларды рт ауіптілігін тмендету болып табылады.
Жмысты масаты – жану, жалындау жне рылымдар беті бойынша жалынны таралу крсеткіштерін анытау арылы полимер материалдарды дістері мен ондырыларын жетілдіре отырып, рт ауіптілігін баалау тсілдерін зірлеу.
Зерттеу дістері:
Жмыста жану, жалындау жне зінен зі жалындауды температураларыны, жалынны таралуыны сыни тыыздыыны крсеткіштерін анытауды стандартты дістері;
ТМ клбеу беті бойынша ауа аыныны келуі мен жалынны таралу процесіні математикалы лгілеуі пайдаланылды, жабынды рылымдар беті бойынша полимер материалдарды жалыныны таралуы тсілдерін анытау бойынша эксперименттік ірі клемді зерттеулерді деректеріні математикалы деуі олданылды.
Жмыс нтижелеріні ылыми ндылыы тменгілерден ралады:
- сына жадайларында тіркелетін жылу блінуді динамикасын анытауа негізделген полимер материалдарыны жаныштыын баалау дісі зірленді;
- жалындау стіне лгімен жтылан энергияны санын крсететін энергетикалы лшемді пайдалануа негізделген жалындауды баалауды дісі зірленді;
- имараттарды шатыр жабындарыны пайдалануын ескере отырып, рылымдар беті бойынша жалынды полимер материалдарыны таралу абілетін анытау бойынша діс зірленді;
- жабын рылымларыны клбеу беті бойынша жалынны таралу процесіні математикалы моделі сынылды, мнда зынды пен уаытты ауымы жылу аыныны тыыздыына туелді болады;
- жанышты крсеткіштерін анытау бойынша ондыры жасалды, мнда термопластикалы полимер материалдарыны сынатарында пайда болатын балыманы жинау шін табанды сынылды;
- ммкін болатын шынайы рт жадайларына жуы от сері жадайында жабындарды лгілерін модельдеуге жадай жасайтын сына ондырысы зірленді.
орауа сынылатын ылыми сыныстар жне нтижелер:
- р трлі сырты факторларды серінен модельденетін жанышты, жалындаышты, жалынны таралу крсеткіштерін анытау бойынша эксперименттік ондырыларды жне жаа дістерді олдану жолымен полимер материалдарыны рт ауіптілігін баалауды тсілдері.
- толынды ауа аынындаы рылымдарды клбеу беті бойынша жалынны таралуыны математикалы моделі, бл модель S=f(t) уаыттаы бет бойынша жалын шебі тетін жолды згеруін анытауа ммкіндік береді.
Жмысты практикалы ндылыы Жмыс барысында р трлі полимер материалдарыны лкен аталымыны сынаулары жргізілді жне сынауларды алынан нтижелері талданылды. Зертханада жргізілген сынау нтижелеріні аныталан айырымдарыны себептері арастырылды, осы проблемаларды шешу жолы сынылды.
Диссертациядаы алынан нтижелер олданыстаы сынау дістеріні нормативтік жаттарына згертулер жне толытырулар енгізу шін метрология комитетіне жіберілді (ГОСТ 30244-94 діс ІІ;
ГОСТ 30402-96;
ГОСТ Р 51032-97;
ГОСТ 12.1.044-89;
4,18 жне 4,20 тармаша).
Енгізуді техникалы-экономикалы тиімділігін баалау Полимер материалдарды рт-техникалы крсеткіштерін анытау бойынша зірленді дістемеліктер мен эксперименттік ондырыларды пайдалану, оларды рт туындау ытималдылыыны потенциалды рт ауіптілігін тмендетуге жадай жасайтын болады. От тзімді полимер материалдарын имаратта пайдалану есебіні болжамды экономикалы тиімділігі ммкін болатын рт нтижесі шартты таза трде жргізілді жне бір имарат рылысында ол 650 мы теге рауы ммкін.
Нтижелерді наты пайдалану бойынша шыыс деректері мен сыныстарды зірлеу Диссертациялы жмысты нтижелері стандарттау бойынша нормативтік жаттарда пайдалануа сынылады. имараттарда шатыр материалдарын жне жабын рылымдарын ртке арсы олдануды млшерлеуіні слбасы жасалды. Зерттеуді нтижесі негізінде “Полимерлік материалдарды рт ауіптілігіне сынауларын жргізу бойынша сыныстар” жасалды. Оларда сынау дістерінде олданыстаы нормативтік жаттарды трлі даулы жайттары крсетілді жне оларды шешу бойынша сыныстар зірленді, полимерлік материалдарды ртрлі трлерін сынауды сипатты мысалдары арастырылан, сынауларды жргізудегі ммкін болатын ателерді болдырмау жне сынау жргізуді сапасын жасартуа баытталан наты кеестер берілді. Алынан нтижелер бдан рі Алматы. Р ТЖМ рт ауіпсіздігі саласындаы сертификатты сынаулар зертханасына пайдалану шін абылданды.
SUMMARY Dossaeva Aigul Boribekovna 05.26.03 - fire and industrial safety «Development of ways estimation fire danger of polymeric materials in construction»
Object of researches - samples of building materials (roofing, wall, floor) The basic idea of work is the decrease(reduction) of fire danger of polymeric materials, on the basis of synthesis and updating of polymers, at the expense of increase them thermo stand and carbonization.
The purpose of work: development ways of an estimation fire danger of polymeric materials by perfection of methods and installations by definition of parameters combustibles, inflammables and distribution of a flame on a surface of designs.
Methods of researches. In work the standard methods of definition of parameters combustibles, inflammables, temperatures of ignition and self ignition, critical density of distribution of a flame are used;
mathematical modeling of process of distribution of a flame on an inclined surface hard combustibles materials with running by a flow of air;
the mathematical data processing of experimental large-scale researches by definition of ability of polymeric materials is applied to distribute a flame on a surface of roofing designs.
The scientific novelty of results of work consists in the following:
- the method of an estimation combustibles of polymeric materials based on definition of dynamics heat running, registered in test specifications is developed;
- the method of an estimation inflammables, based on use of the power criterion representing quantity of energy absorbed sample on the moment, of absorbed is developed by a sample, - the method by definition of ability of polymeric materials is developed to distribute a flame on a surface of designs of roofing coverings of buildings in view of their operation;
- the mathematical model of process of distribution of a flame on an inclined surface of designs of coverings is offered, in which the scales of length and time depend on density of a thermal flow;
- the installation by definition of parameters combustibles is developed, in which the pallet for the tax formed is offered at tests of thermoplastic melt of polymeric materials;
- the test facility allowing to simulate of a condition fire of influence on samples of roofing coverings, close to conditions of a possible(probable) real fire is developed;
Scientific rules(situations) and results which are born(taken out) on protection:
- ways of an estimation of fire danger of polymeric materials with application of new methods and experimental installations by definition of parameters combustibles, inflammables, distribution of a flame various external factors, simulating influence;
- mathematical model of distribution of a flame on an inclined surface of designs with running by a flow of air, which allows to reveal change of a way, which is going by front of a flame on a surface in time S=f (t).
Practical value of work.
During work the tests of the large nomenclature of various polymeric materials were carried out and the received results of tests are analyses. The reasons of the revealed divergences of results of the tests which have been carried out in laboratories are considered the ways of the decision of the given problems are offered.
The results, received in the dissertation, are directed to Committee metrology for inclusion of changes and additions to the working normative documents on methods of tests (ГОСТ 30244-94 methods II;
ГОСТ 30402-96;
ГОСТ Р 51032 97;
ГОСТ 12.1.044-89, items 4.18 and 4.20).
Estimation of technical and economic efficiency of introduction. Use of the developed techniques and experimental installations by definition of fire-technical parameters of polymeric materials will promote decrease of their potential fire danger from probability of occurrence of fires. The prospective economic efficiency at the expense of use of fire-resistant polymeric materials in a building as a result of a probable fire is carried out only conditionally and can make within the limits of 650 thousand тенге at construction one of buildings.
Development of the recommendations and initial data on concrete use of results The results dissertation works are recommended to be used in the normative documents on standards. The circuit fire-prevention нормирования application of roofing materials and designs of coverings in buildings is developed. On the basis results of researches the «Recommendations for realization of tests of polymeric materials on fire danger» are development. They shows the various of disputable moments in the work normative documents on methods tests are reflected, the offers on their sanction are submitted, the characteristic examples of tests of various types of polymeric materials are considered and practical advice directed on improvement of quality of realization of tests and on exception of probable mistakes at their realization is given. The results are accepted for further use in Laboratory of certified tests in the field of fire safety МHC RK, Almaty.
Досаева Айгуль Борибековна Разработка способов оценки пожарной опасности полимерных материалов в строительстве Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано в печать «22» января 2010 г.
Печать ризографическая.
Формат 60х84 1/16.
Бумага полиграфическая № 1.
Условных печатных листов 1. Тираж 100 экз.
Издательство копировально-множительное бюро НАО АИЭС 050013, Алматы, Байтурсынулы 126.
Заказ №