Разработка метода контроля термодеструктивной стойкости отделочных строительных материалов

Пожар – неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства [1]. Только за 2020 год на территории Российской Федерации произошло 439 394 пожаров [2].
По данным центра пожарной статистики Международной ассоциации пожарно-спасательных служб за 2015-2019 год [3], наибольшее число жертв на 100 тысяч человек населения приходится на Россию, Белоруссию и Украину.
При этом основной причиной гибели людей (около 70% случаев) при пожарах является отравление токсичными продуктами горения и термического разложения [4], источником которых при пожаре в зданиях служит пожарная нагрузка, состоящая из элементов отделки интерьера, строительных конструкций и легко сменяемой обстановки помещений.
Наиболее резонансными пожарами с массовой гибелью людей от отравления продуктами горения являются пожар в ночном клубе «Хромая лошадь» в г. Пермь в 2009 году, где в результате пожара от отравления продуктами горения погиб 101 человек [5] и пожар в торговом центре «Зимняя вишня» в г. Кемерово в 2018 году. В результате данного пожара погибло 60 человек, 37 из которых – дети [6].
С развитием производственных технологий на рынок отделочных строительных материалов поступает широкий ассортимент изделий и продукции на основе полимеров.
Полимерные строительные материалы наряду с высокими эксплуатационными свойствами и такими положительными качествами как низкая стоимость, легкость, простота монтажа, долговечность и др. имеют существенный недостаток, который проявляется в их склонности к деструкции в процессе эксплуатации. Данный процесс происходит под воздействием различных физических и химических факторов, в результате чего происходит изменение
6
первоначальных свойств отделочных строительных материалов, что сопровождается образованием различных химических веществ и их соединений, которые могут быть токсичными и пожаровзрывоопасными [7-12].
При оценке соответствия отделочных строительных материалов требованиям безопасности не учитывается температурный диапазон, значения которого выше значений температуры эксплуатации материалов и ниже температур их тления и горения. Что не позволяет в полной мере оценить опасность отделочных строительных материалов, а также степень их участия в формировании опасных факторов пожара [12].
Таким образом, требуется разработка новых подходов к контролю пожарной безопасности отделочных строительных материалов при их применении, а также при оценке их влияния на формирование опасных факторов пожара. Что обусловливается широким применением полимерных строительных материалов при отделке помещений в зданиях различного функционального назначения. Новый подход к оценке отделочных строительных материалов должен учитывать показатели, характеризующие изменение их свойств при термической деструкции, и влияние образующихся продуктов термической деструкции на формирование опасных факторов пожара.
Степень разработанности темы.
Исследованию и прогнозированию пожароопасных и токсических свойств строительных материалов, а также совершенствованию методологии их оценки посвящены работы Корольченко А.Я., Семенова Н.Н., Смирнова Н.В., Монахова В.Т., Молчадского О.И., Серкова Б.Б., Пономарева В.В. Барботько С.Л., Иличкина В.С., Трушкина Д.В., Пузача С.В., Грабовецкой Н.Н., Сарманаева С.Х., Нагановского Ю.К., Мироньчева А.В., Уваровой В.А. и других авторов.
Динамикой формирования опасных факторов пожара и моделированием их распространения занимались Кошмаров Ю.А., Рубцов В.В., Зотов Ю.С., Матюшин А.В. и другие.
По результатам анализа работ вышеперечисленных авторов установлено, что в обозначенном температурном диапазоне в веществах и материалах

7
происходят термодеструктивные процессы, которые могут оказывать влияние на динамику опасных факторов пожара. Однако, отсутствуют показатели, позволяющие оценивать опасность термической деструкции отделочных строительных материалов, и учитывать степень участия продуктов их термической деструкции на формирование опасных факторов пожара.
Цель диссертационной работы: Повысить безопасность применения отделочных строительных материалов на основе контроля стойкости к термическому разложению, сопровождающемуся образованием пожароопасных и токсичных соединений.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Исследовать влияние температур испытания на качественный и количественный состав продуктов термической деструкции отделочных строительных материалов.
2. Исследовать влияние температуры и времени термостатирования на потерю массы образцов отделочных строительных материалов при термической деструкции.
3. Обосновать критерий оценки и разработать метод контроля термодеструктивной стойкости отделочных строительных материалов.
4. Разработать практические рекомендации по реализации и применению результатов разработанного метода контроля термодеструктивной стойкости отделочных строительных материалов.
Объектом исследования являются полимерные строительные материалы, применяемые для отделки помещений.
Предметом исследования является термическая деструкция отделочных строительных материалов и её параметры при воздействии температур, ниже температуры их тления.
Научная новизна:
1. Установлен характер влияния температур испытания на качественный и количественный состав продуктов термической деструкции отделочных строительных материалов.

8
2. Получены результаты исследования влияния температуры и времени термостатирования на потерю массы образцов отделочных строительных материалов при термической деструкции, что позволило обосновать методику исследования их термодеструктивной стойкости.
3. Разработан новый метод контроля термодеструктивной стойкости отделочных строительных материалов, позволяющий оценивать параметры их термической деструкции.
4. Впервые обоснован критерий термодеструктивной стойкости отделочных строительных материалов, на основании которого предложена новая классификация отделочных строительных материалов по стойкости к термической деструкции, позволяющая оценивать степень участия отделочных строительных материалов в формировании опасных факторов пожара, а также осуществлять их выбор для обеспечения более безопасного применения в зданиях различного назначения и уменьшения экологического ущерба от пожаров.
Теоретическая значимость работы заключается в:
 установлении характера влияния температур испытания на состав продуктов термической деструкции отделочных строительных материалов;
 определении зависимости потери массы образцов отделочных строительных материалов различного состава и назначения при термической деструкции от температур и времени испытания;
 разработке метода контроля термодеструктивной стойкости отделочных строительных материалов, позволяющего оценивать параметры их термической деструкции;
 обосновании критерия термодеструктивной стойкости отделочных строительных материалов.
Практическая значимость работы заключается в разработке рекомендаций, включающих методику определения класса термодеструктивной стойкости отделочных строительных материалов, а также предложений по

9
совершенствованию системы классификации отделочных строительных материалов по пожарной опасности.
Разработанная методика определения класса термодеструктивной стойкости отделочных строительных материалов и их классификация могут быть применены при:
 оценке пожарной опасности отделочных строительных материалов;
 подготовке предложений в нормативные документы и нормативные правовые акты с целью более безопасного применения отделочных строительных материалов;
 моделировании развития опасных факторов пожара, позволяя учитывать образование продуктов термической деструкции отделочных строительных материалов.
Методы исследования.
При решении поставленных задач применялись методы анализа и обобщения теоретических и практических материалов, научных трудов, а также официальных законодательных и нормативных актов по исследуемой проблеме. В ходе исследования применялись методы термического анализа и анализа выделяющихся газов, в частности: методы изотермического и динамического термогравиметрического анализа и дифференциально-сканирующей калориметрии – для исследования термической деструкции отделочных строительных материалов, а метод ИК-Фурье спектроскопии и оптронноспектрофотометрический метод – для определения количественного и качественного состава образующихся продуктов термической деструкции. При обработке экспериментальных данных применялись методы математической статистики: точечные и интервальные оценки параметров распределений.

10
На защиту выносятся:
1. Результаты исследования влияния температур испытания на качественный и количественный состав продуктов термической деструкции отделочных строительных материалов.
2. Результаты исследования влияния температуры и времени термостатирования на потерю массы образцов отделочных строительных материалов при термической деструкции.
3. Метод контроля термодеструктивной стойкости отделочных строительных материалов.
4. Критерий термодеструктивной стойкости отделочных строительных материалов и их классификация по стойкости к термической деструкции.
Степень достоверности полученных результатов обеспечивается использованием при проведении экспериментов поверенных средств измерений и необходимым объемом экспериментальных исследований.
Апробация результатов исследования.
Основные научные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на:
1. I Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы обеспечения пожарной безопасности и защиты от чрезвычайных ситуаций» г. Железногорск, 2019.
2. VIII Всероссийской научно-практической конференции «Молодые учёные в решении актуальных проблем безопасности» г. Железногорск, 2019.
3. Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы и инновации в обеспечении безопасности» с международным участием, г. Екатеринбург, 2019.
4. III Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы обеспечения пожарной безопасности и защиты от чрезвычайных ситуаций», г. Железногорск, 2021.

11
5. HETS 2021: Международный научно-практический форум по проблемам устойчивого развития в цифровом мире: Человек. Экономика. Технологии. Социум, г. Красноярск, 2021.
6. IV International Conference MIST: Aerospace – 2021: Advanced Technologies in Aerospace, Mechanical and Automation Engineering: III Workshop Advances in Materials Science, г. Красноярск, 2021.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, включая 3 работы в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, 4 статьи в сборниках трудов Международных и Всероссийских научно-практических конференций, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 170 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня используемых сокращений, списка литературы и приложений. Текст работы содержит 44 таблицы и 47 рисунков. Список литературы содержит 100 источников.