Некоторые вопросы пожарной безопасности штукатурных систем наружного утепления фасадов зданий с применением полимерных утеплителей

А.В. Пестрицкий, руководитель лаборатории
противопожарных исследований,
ЦНИИСК им. В.А Кучеренко

Область применения в строительстве любой системы, отдельной конструкции, изделия или материала определяется в конечном итоге их пожарно-техническими характеристиками.

Для штукатурных систем наружного утепления фасадов зданий с применением полимерных утеплителей такой характеристикой является класс пожарной опасности, устанавливаемый по результатам огневых испытаний по ГОСТ 30251-2003 "Конструкции строительные. Методы определения пожарной опасности. Стены наружные с внешней стороны".
Сама проблема пожарной опасности систем наружного утепления в современном отечественном противопожарном нормировании был четко поставлен после дефолта 1998 г., когда в практике строительства возникла необходимость применения эффективных утеплителей, в первую очередь, полимерных, которые по своей химической природе являются пожароопасными материалами. Это, прежде всего, относиться к штукатурным системам, в которых в качестве утеплителя стали использовать пенополистирол и некоторые виды пенополиуретанов, относящихся к горючим материалам. До введения в действие СНиП 21-01-97* "Пожарная безопасность зданий и сооружений" в СНиП 2.01.02-85* "Противопожарные нормы" в отношении подобных материалов существовала четкая норма, запрещавшая применение для облицовки и отделки фасадов зданий горючих и трудногорючих материалов (в современной терминологии материалы группы горючести Г1 - Г4 по ГОСТ 30244).

Для решения вопроса о возможности пересмотра нормы, принятой в СНиП 2.01.02-85*, требовались проведение серьезных исследовательских работ. В 1996 году по заданию Госстроя России в ЦНИИСК при участии ВНИИПО была разработана "Временная методика натурных огневых испытаний систем наружного утепления", которая была согласована Госстроем и ГУГПС МЧС России. В соответствии с этой методикой с 1999 г. начали систематически проводить натурные огневые испытания наружных систем утепления. Параллельно с проведением натурных огневых испытаний на 3-х этажном фрагменте здания стал разрабатываться среднемасштабный метод испытаний, который в 2003 году был утвержден Госстроем России как ГОСТ 31251-2003 "Конструкции строительные. Методы определения пожарной опасности. Стены наружные с внешней стороны". В настоящее время огневые испытания навесных фасадных систем проводятся согласно этому ГОСТу, по которым устанавливается класс пожарной опасности системы.

Всего по "Временной методике..." и по вышеуказанному стандарту к настоящему времени испытано 62 штукатурные и навесные фасадные системы.
Таким образом, за истекший период времени накоплен достаточно обширный материал о пожарной опасности различных систем наружного утепления фасадов зданий, а также подходы к их пожаробезопасному применению в строительстве.

В рамках настоящей статьи будут затронуты лишь наиболее важные вопросы, связанные с пожарной опасностью штукатурных фасадных систем с пенополистиролом, решение которых непосредственно влияет на их пожаробезопасное применение в строительстве.
Главным с точки зрения пожарной опасности штукатурных систем, в которых в качестве утеплителя использован плитный пенополистирол, является их потенциальная способность содействовать распространению пожара (его перебросу) на расположенные выше этажи здания, если пламя выходит на фасад здания.

Один из механизмов проявления пожарной опасности заключается в том, что при тепловом воздействии огня на фасадную систему происходит термодеструкция пенополистирола с выделением горючих газов. Часть выделившихся газов, диффундируя через слой штукатурки, попадает в факел пламени и сгорает, что значительно усиливает мощность теплового потока и его высоту, и, тем самым, способствует сокращению времени до разрушения остекления вышерасположенного этажа и распространению пожара на этот этаж.

Другой возможный механизм проявления пожарной опасности этих систем заключается в том, что при пожаре декоративно-защитная штукатурка разрушается на большой площади, в результате чего в условиях свободного доступа кислорода из воздуха к пенополистиролу происходит его возгорание с большим выделением тепла и со всеми дальнейшими сопутствующими последствиями. Этот механизм при наших испытаниях не реализовывался, но он известен из зарубежных (американских) источников.

Для обеспечения надёжной и пожаробезопасной эксплуатации штукатурных систем с полистирольным утеплителем необходимо строго выполнять ряд рекомендаций, а именно, всегда применять окантовки оконных (дверных) проёмов и поэтажные противопожарные рассечки из негорючих минераловатных плит. Поведение пенополистирола во внутреннем объеме штукатурной системы в условиях теплового воздействия пожара определяется его пожарно-техническими свойствами:

• начало процесса усадки пенополистирола происходит при температуре 85 - 90°C;
• при температуре 240°C пенополистирол начинает плавиться;
• начало процесса термодеструкции пенополистирола с выделением газообразных продуктов соответствует температуре 280 - 290°C;
• температура возможного воспламенения пенополистирола зависит от вида исходного сырья и может составлять примерно и 220°C, и 360 - 380°C;
• температура возможного самовоспламенения равна 460 - 480°C.

Роль противопожарных поэтажных рассечек и окантовок оконных (дверных) проёмов из негорючих минераловатных плит заключается в том, что:

1. минераловатные рассечки и окантовки обеспечивают крепление декоративно-защитной штукатурки систем утепления на фасаде здания при тепловом воздействии пожара, учитывая низкую температуру начала усадки (85°C) и плавления (240°C) пенополистирола;
2. наличие горизонтальных поэтажных минераловатных рассечек препятствует распространению внутри системы горючих и горячих газов, и тем самым ограничивают область усадки пенополистирола внутри фасадной системы;
3. верхняя окантовка оконных (дверных) проёмов препятствует попаданию расплавленного пенополистирола в факел пламени через оконный проём горящего помещения здания с вышерасположенного вертикального простенка;
4. нижняя окантовка оконного проема горящего помещения препятствует прогреву пенополистирола, расположенного на ниже расположенном простенке (под оконным проёмом горящего помещения), до температуры термодеструкции и, таким образом, исключает попадание горючих газов в факел огня через окно горящего помещения;
5. нижняя окантовка оконного проёма вышерасположенного оконного проема (над этажом пожара) препятствует проникновению горючих газов к оконному проему и попаданию в факел огня через окно горящего помещения;
6. боковые окантовки оконных проёмов препятствуют прогреву пенополистирола, расположенного на горизонтальных простенках, до температуры термодеструкции пенополистирола и, таким образом, исключается попадание горючих газов в факел огня через окно горящего помещения;
7. все минераловатные элементы окантовки оконных (дверных) проёмов обеспечивают не разрушаемость штукатурной системы в этой самой напряженной в тепловом отношении области фасада здания при условии правильного выполнения примыкания штукатурной системы к оконным (дверным) проёмам.

При отсутствии элементов из негорючих минераловатных плит пожарная опасность подобных систем существенно возрастает и возможна реализация второго механизма разрушения штукатурных систем, особенно при применении так называемых полимерных штукатурок, которые содержат до 14% по массе, а иногда и более, полимеров. Действительно, полимерные декоративно-защитные штукатурки при нагревании до температуры, превышающей 240 - 260°C, могут переходить в пиропластичное состояние, сопровождающееся снижением прочностных свойств и разрушением под действием собственной массы.

Минераловатные плиты, применяемые для окантовок и противопожарных рассечек, должны иметь температуру плавления не менее 1000°C, т.к. температура факела на выходе из оконного проема горящего помещения в реальных пожарах может достигать этих значений и даже превышать их. Отсюда следует и обоснование запрещения применения для этих целей стекловолокнистых плит, температура плавления которых не более 550°C.

Для оценки пожарной опасности конкретной штукатурной системы необходимы сведения о пожарно-технических характеристиках пенополистирола, применяемого непосредственно в этой системе. Ведь все перечисленные выше параметры пенополистирола: температура плавления, температура начала термического разложения, температуры возможного воспламенения и самовоспламенения в значительной степени зависят от исходного материала, из которого изготовлен пенополистирол.
Значения этих температур для конкретного типа пенополистирола определяют теплотворную способность единицы массы исходного пенополистирола, и интенсивность его тепловыделения и, в конечном итоге, пожарную опасность данного вида пенополистирола.
Без знания указанных величин оценить пожарную опасность пенополистиролов и, соответственно, пожарную опасность систем утепления с пенополистиролом, не представляется возможным.
Пожаро - технические характеристики пенополистирола могут быть получены при использовании методов термического анализа, два из которых приведены в обязательном приложении А к ГОСТ 31251-2003. С помощью этих методов исследований в настоящее время оценивается возможность применения пенополистиролов, полученных из различного вида сырья, в штукатурных системах утепления, не проходивших ранее огневых испытаний с таким типом пенополистирола.

Сырьевая база для производства плитного пенополистирола, пригодного для применения в фасадных системах, может быть расширена без дополнительных огневых испытаний систем утепления по ГОСТ 31251-2003. Для этого необходимо провести сравнение результатов дифференциально-термического анализа пенополистирола, прошедшего огневые испытания в составе системы утепления, с результатами аналогичного анализа пенополистиролов, изготовленных из других вида сырья.
Кроме того, методы термического анализа, позволяют контролировать пожарно-технические свойства используемого плитного пенополистирола и выявлять случаи смешивания различного сырья при его производстве. Эти же методы позволяют контролировать и составы декоративно-защитных штукатурок, особенно полимерных, содержащих значительное количество горючих органических компонентов.

Однако использование для этих же целей результатов испытаний по определению групп горючести и воспламеняемости, устанавливаемых по ГОСТ 30244 и ГОСТ 30402, представляется достаточно проблематичным.
Особое значение для пожаробезопасного применения штукатурных систем с полистирольным утеплителем имеют термомеханические свойства декоративно-защитных штукатурок и, в частности, их "трещиностойкость". Важность этого фактора связана с тем, что уменьшение трещиностойкости штукатурок сопровождается ростом количества горючих продуктов термического разложения полистирола, которые поступают из внутреннего объёма системы в факел пламени и увеличивают его мощность и высоту. К сожалению, в настоящее время не разработаны методы лабораторных исследований этого параметра, и единственным способом определения его влияния на пожарную опасность систем являются прямые огневые испытания фасадных систем по ГОСТ 31251-2003.

В настоящее время существует достаточно четкое представление о пожарной опасности систем с минеральными и акрилосодержащими штукатурками. Однако полностью отсутствуют сведения о поведении при пожаре систем с силаксановыми и силиконовыми штукатурками. Эти данные могут быть получены только на основе прямых огневых испытаний таких систем.