Вступ

Пожежна безпека в будівництві починається насамперед з вибору правильних матеріалів. Оскільки будівлі за формою та складом стають дедалі складнішими, необхідно робити правильний вибір щодо функціональності, вартості та вогнестійкості матеріалів. Властивості використовуваних будівельних матеріалів слугують для погіршення або покращення умов, що сприяють поширенню вогню, що безпосередньо впливає на ефективність пожежної безпеки. Сучасні будівельні матеріали зазнали значного розвитку зі зростаючими вимогами до енергоефективності, екологічності та економічності. Однак їхній вплив на пожежну безпеку залишається важливим аспектом, який необхідно враховувати під час кожного будівельного проекту. У цій статті досліджується вплив сучасних будівельних матеріалів на пожежну безпеку, інноваційні розробки в області вогнестійких технологій, а також пропонуються деякі рекомендації щодо подальшого вдосконалення протипожежного захисту будівель.

Види сучасних будівельних матеріалів та їх вплив на пожежну безпеку

1. Бетон

Бетон – один з найпоширеніших видів будівельних матеріалів, що має велику міцність і довговічність. Він має відмінну стійкість до вогню і є негорючим. Тому він є чудовим матеріалом для будь-якої споруди, що вимагає високого рівня захисту від вогню. Провідність тепла через бетон низька, тому він може сприяти затримці поширення вогню. Залізобетонні конструкції можуть зберігати свою цілісність під час пожежі набагато довше, надаючи мешканцям більше часу на порятунок, а рятувальникам – кращу можливість взяти вогонь під контроль.

Чому бетон важливий для пожежної безпеки
Висока стійкість бетону до вогню протягом тривалого періоду робить його ідеальним для таких елементів конструкцій, як стіни, колони та перекриття. У багатоповерхових будівлях він сприяє утворенню вогнестійких відсіків, які обмежують поширення вогню. Крім того, сучасний бетон може бути оброблений спеціальними добавками, що підвищують його здатність протистояти високим температурам і мати стійкість до тріщин в умовах високих температур. Вогнестійкий бетон у поєднанні з іншими методами пасивного протипожежного захисту може суттєво підвищити рівень безпеки.

1. Сталь 

Завдяки гарному співвідношенню міцності до ваги, в сучасному будівництві спостерігається великий попит на сталь для хмарочосів. Сталь втрачає свої структурні властивості при підвищеній температурі, а це може призвести до руйнування конструкції у випадку пожежі. Зазвичай у будівництві застосовують вогнетривкі покриття або повністю занурюють сталеві елементи у вогнетривкі матеріали, такі як бетон чи гіпс. Ці додаткові шари слугують для ізоляції сталі та затримки втрати її несучої здатності.

Проблема вогнезахисту сталевих конструкцій
Незахищена сталь починає втрачати міцність вже при температурі 500°C, що становить значну небезпеку під час пожежі. У висотному будівництві сталеві балки та прогони, як правило, є основними несучими елементами будівлі. Пошкодження через надмірну температуру може призвести до обвалення конструкції. Тому важливо захистити сталь за допомогою сучасних методів вогнезахисту, таких як вогнезахисні матеріали, що наносяться розпиленням, плитні системи або інтумесцентні покриття, де покриття розширюється під час нагрівання і утворює бар’єр між сталлю і вогнем.

1. Гіпсокартон (гіпсфокартон) 

Гіпсокартон, є одним з найпоширеніших будівельних матеріалів, що використовуються для внутрішніх стін і стель. Він вогнестійкий і зменшує поширення полум’я у випадку пожежі. Хімічно поєднана вода в гіпсі перетворюється на пару під впливом тепла, знижуючи таким чином температуру в зоні, що постраждала від пожежі. Завдяки цьому гіпсокартон є ефективним пасивним протипожежним матеріалом у житлових і комерційних приміщеннях.

Роль гіпсу в протипожженій безпеці
Гіпсокартон дуже поширений у будівництві, особливо у виготовленні протипожежних перегородок, які допомагають розділити вогонь і перешкоджають його поширенню. Це дуже важливо для таких об’єктів, як лікарні, школи та офісні будівлі, де життя людей має бути захищене за будь-яку ціну. Архітектори досягають вогнестійкості до 4 годин, використовуючи багатошарові гіпсові конструкції, забезпечуючи достатній час для евакуації та гасіння пожежі.

1. Композитні матеріали 

У сучасному будівництві зазвичай використовують композити або комбінації матеріалів, що застосовуються для покращення властивостей. Незважаючи на легкість і міцність, вогнестійкість композитів дуже сильно варіюється. До них відносяться пластикові смоли, деякі з яких є легкозаймистими і повинні бути оброблені іншими антипіренами, щоб бути прийнятними для використання в будівлях.

Як композитні матеріали впливають на поведінку під час пожежі
Композитні матеріали можуть бути розроблені для конкретних застосувань, а їхня поведінка під час пожежі залежить від використовуваного базового матеріалу. Деякі армовані композити мають хорошу вогнестійкість, наприклад, зі скловолокном, тоді як інші – особливо композити, що містять полімерні матеріали – втрачають значну частину своєї механічної міцності при нагріванні, або навіть плавляться чи виділяють токсичні гази. Покращення вогнестійкості можна досягти за допомогою вогнезахисних засобів, покриттів і добавок.

Інновації у сфері вогнестійких будівельних матеріалів

1. Вогнестійкі покриття 

Серед інновацій у сфері вогнезахисту виділяються високоефективні інтумесцентні вогнезахисні покриття. Вони використовуються для розпилення елементів конструкцій, таких як сталеві балки та дерев’яні рами, з єдиною метою – підвищити їхню вогнестійкість. Наприклад, інтумесцентні покриття роздуваються під впливом тепла, утворюючи ізоляційний шар, який захищає матеріал, що знаходиться під ними, від загоряння. Приклади таких покриттів дозволять значно підвищити вогнестійкість сталі, деревини та інших будівельних матеріалів без додавання зайвої ваги.

Як працюють вогнезахисні покриття
Вогнестійкі покриття є критично важливими у випадках, коли неможливо забезпечити додаткову структурну підтримку будівель, наприклад, під час реконструкції старих будівель. Вони утворюють бар’єр, який підвищує вогнестійкість, затримуючи втрату структурної цілісності і даючи додатковий час аварійним службам, щоб взяти ситуацію під контроль. З них перевага надається інтумесцентним покриттям, оскільки їх тонке нанесення зберігає естетичні та архітектурні особливості, характерні для сучасних будівель.

1. Нанотехнології у протипожежному захисті 

Нанотехнології набувають все більшого значення у розробці вогнестійких матеріалів. Дослідники зараз активно вивчають, як нанорозмірні частинки можуть бути інтегровані в будівельні матеріали, щоб надати їм кращої вогнестійкості. Наприклад, нанорозмірні частинки глини, додані до полімеру, покращують вогнестійкість, посилюючи схильність матеріалу до утворення захисного шару вугілля під впливом тепла. Інші сучасні напрямки використання нанотехнологій включають розробку нових високоефективних вогнезахисних засобів для текстилю, деревини та пластмас.

1. Аерогелі 

Аерогелі є чудовими теплоізоляторами і мають чудові вогнестійкі властивості. Ці матеріали отримують шляхом видалення рідини з гелю, залишаючи після себе тверду структуру з порами, здатними витримувати високу температуру. Аерогелі застосовуються в ізоляції будівель для запобігання передачі тепла і захисту від пожежі. Це дорого, але в зонах підвищеного ризику, таких як центри обробки даних та інші промислові об’єкти, цей матеріал розглядається як засіб максимального захисту від пожежонебезпеки.

Застосування аерогелів на об’єктах підвищеної небезпеки
Завдяки своїй низькій щільності та чудовим ізоляційним властивостям аерогелі знайшли застосування в критичних середовищах, де звичайні ізоляційні матеріали не здатні забезпечити протипожежний захист. Прикладом можуть слугувати об’єкти енергетики, де аерогелі застосовуються для захисту електричних компонентів від перегріву, що може спричинити пожежу.

Роль пасивного протипожежного захисту в сучасних будівлях

Пасивний протипожежний захист – це конструкція або обробка будівельних матеріалів і технологій, які допомагають контролювати або обмежувати пожежу в певному приміщенні без втручання людини. У сучасних протипожежних стратегіях він має важливе значення, оскільки забезпечує першу лінію захисту в разі пожежі.

1. Негорючі матеріали 

У PFP інтенсивно використовуються небойові матеріали, такі як бетон, скло та деякі металеві матеріали. Це матеріали, які не сприяють поширенню вогню і додатково розділяють будівлю на частини, а отже, обмежують вогонь у певній зоні. Типовим прикладом можуть бути протипожежні двері та стіни, які, будучи виготовленими з таких негорючих матеріалів, можуть запобігти поширенню вогню між кімнатами або поверхами, тим самим виграючи час для евакуації та пожежогасіння.

1. Ефективність протипожежних конструкцій

У багатоквартирних житлових будинках для підлог, стін і стель необхідні показники вогнестійкості, щоб запобігти поширенню вогню з одного приміщення на інше. Архітектори виконують цю вимогу, визначаючи вузли, які мають клас вогнестійкості, спроектовані таким чином, щоб кожна одиниця могла бути схожа на відсік, який затримує поширення вогню за межі цієї частини будівлі.

1. Протипожежні бар’єри та вогнестійкі відсіки 

Протипожежні перешкоди – ще один важливий компонент пасивного протипожежного захисту. Вони являють собою стіни, підлогу та стелю, які призначені для забезпечення протистояння вогню протягом певного періоду часу. Зазвичай вони виготовляються з таких матеріалів, як вогнестійкий гіпс, бетон або сталь. У багатоповерхових будівлях протипожежні перегородки між поверхами можуть запобігти поширенню вогню вгору за дуже короткий час, що особливо важливо у висотних будівлях.

Нормативні стандарти для будівельних матеріалів у сфері пожежної безпеки

Різні міжнародні асоціації встановлюють протипожежні стандарти для матеріалів, що використовуються для будівництва. IBC та CPR Європейського Союзу представляють кілька загальноприйнятих стандартів. У такому кодексі описується клас вогнестійкості, а також вимоги до випробувань, які підтверджують, що вони досягли порогового значення з пожежної безпеки. Матеріали маркуються залежно від того, як довго вони можуть витримувати вогонь без втрати структурної цілісності.

Важливість випробувань на відповідність 

Вогнестійкі матеріали повинні бути піддані випробуванням, щоб визначити їхню здатність зберігати структурну цілісність в умовах пожежі. Такі випробування, як ASTM E119, містять Стандартні методи випробувань будівельних конструкцій і матеріалів на вогнестійкість, які гарантують, що вогнестійкість стін, підлог, дахів і колон буде відповідати встановленим вимогам.

Крім міжнародних стандартів, багато країн публікують власні правила пожежної безпеки. Наприклад, в Україні Державні правила пожежної безпеки диктують використання вогнестійких матеріалів у будівництві. Ці норми гарантують, що матеріали в громадських будівлях, таких як школи, лікарні та торгові центри, відповідатимуть мінімальним вимогам вогнестійкості.

Важливість відповідності

Відповідність таким стандартам має велике значення з точки зору пожежної безпеки. Невідповідність у цьому випадку може призвести до катастрофи через руйнування невідповідних матеріалів при загорянні. Крім ризику нещасних випадків, будівельні проекти, що не відповідають вимогам пожежної безпеки, можуть також загрожувати юридичними санкціями або затримками у видачі дозволів на заселення.

Рекомендації щодо вибору вогнестійких будівельних матеріалів

Тип будівлі та кількість мешканців 

Вимоги до класу вогнестійкості пов’язані з типом будівлі та кількістю мешканців. Прикладами будівель, до яких пред’являються більш високі вимоги до вогнестійкості матеріалів, є багатоповерхівки, лікарні та промислові об’єкти порівняно з односімейними будинками. Для кожного класу або конкретного типу будівлі проектувальники повинні підбирати матеріали, які відповідають заданій пожежній небезпеці.

Нанесення вогнезахисних покриттів на сталеві конструкції 

Сталь є одним з основних матеріалів, які використовуються в процесі будівництва і які потребують додаткового вогнезахисного шару. Вогнестійкі покриття можуть суттєво вплинути на поведінку сталі під час пожежі. У таких випадках широко застосовуються і рекомендуються інтумесцентні фарби. Такі покриття набувають великого значення в будівлях з великими відкритими просторами або високими стелями, де сталевий каркас є відкритим.

Комбіновані вогнестійкі матеріали 

У більшості випадків поєднання декількох матеріалів разом забезпечує підвищену вогнестійкість порівняно з використанням одного матеріалу. Наприклад, ізоляція з вогнестійкого матеріалу застосовується для покращення захисту стін з бетону або гіпсу. Це забезпечує багатошаровий підхід, завдяки якому вогонь не поширюється, а отже, вогнестійкість будівлі підвищується.

Правильний монтаж і обслуговування 

Правильний монтаж і обслуговування цих вогнестійких матеріалів мають вирішальне значення для того, щоб вони виконували свою функцію на практиці. Неправильно встановлені протипожежні бар’єри можуть не витримати під час пожежі і дозволити полум’ю поширитися. Періодична перевірка і технічне обслуговування стають необхідними для того, щоб вогнестійкі матеріали ефективно витримували випробування часом.

Висновок

Сучасні будівельні матеріали матимуть більше значення в тому, як працюватимуть рішення з пожежної безпеки. Деякі типи матеріалів, такі як бетон і гіпс, мають вогнестійкість від природи. З іншого боку, інші матеріали, такі як сталь і композитні матеріали, потребують додаткової обробки, щоб вони могли витримувати вплив високих температур. Інновації в галузі нанотехнологій та вогнетривких покриттів покращують характеристики будівельних матеріалів, а отже, дозволяють будувати безпечніші та стійкіші будівлі. Знання природи таких матеріалів і дотримання норм пожежної безпеки дозволить архітекторам, будівельникам і керівникам об’єктів проектувати і будувати об’єкти, краще підготовлені до протистояння пожежній небезпеці.