5.1

План лекции
Особенности физического и химического строения древесины. Область использования древесины и материалов на ее основе в строительстве.
Поведение древесных материалов при нагревании: воспламенение; горение; тление древесины и материалов на ее основе.
Параметры, характеризующие пожарную опасность древесины и древесных материалов: скорость обугливания; массовая скорость выгорания и скорость распространения пламени; теплота сгорания; дымообразующая способность.
4. Современные способы снижения пожарной опасности
древесины.

Самостоятельная работа
УП ЗИС СПСА 2019.
3. Органические строительные материалы.
3.1 Древесина.

Литература
Основная:
Лимонов Б.С., Г.Л. Шидловский и др. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре. Часть 1. Строительные материалы, их пожарная опасность и поведение в условиях пожара – СПб.: СПбУ ГПС МЧС России, 2015. – 184 с.
Серков Б.Б. Здания и сооружения. Ч. 1. Конструкции, материалы, преграды: учебник / Б.Б. Серков, Т.Ф. Фирсова. – М.: КУРС, 2020. – 176 с. (Бакалавриат)
Дополнительная:
Битуев Б.Ж. Свойства и поведение строительных материалов в условиях пожара : учеб. пособие / Б. Ж. Битуев, В. М. Ройтман, Б. Б. Серков и др. – М. : Академия ГПС МЧС России, 2016. – 148 с.
Корольченко А.Я., Трушкин Д.В., Пожарная опасность строительных материалов. Учебное пособие. – М.: «Пожнаука», 2005. – 232 с.: ил.

Литература
Нормативно-правовые документы:
«Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» [Текст]; федер. закон № 123-ФЗ [Принят Гос. Думой 4 июля 2008 г.. одобр. Советом Федерации 11 июля 2008 г.]

Особенности физического и химического строения древесины. Область использования древесины и материалов на ее основе в строительстве
1.1 Особенности физического и химического строения древесины
ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
Макростроение древесины рассматривают на срезе ствола дерева, на котором видны: кора, луб, камбий, заболонь, ядро и сердцевина.
Строение ствола дерева на поперечном разрезе:
1 – кора; 2 – луб;
3 – камбий; 4 – заболонь;
5 – ядро; 6 - сердцевина

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
Кора, защищающая дерево от механических повреждений, состоит из двух слоев – наружного – корки и внутреннего – луба.
Находящийся под лубом тонкий слой камбия состоит из живых клеток. Толстый слой древесины, расположенный за камбием, состоит из ряда тонких концентрических слоев; наружная часть их называется заболонью, внутренняя часть – ядром.

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
Ядро состоит из отмерших клеток, заболонь – из молодых растущих клеток. В центре ствола расположена сердцевина – самая слабая, легко крошится и загнивает.
Древесиной, используемой для получения строительных изделий, являются заболонная и ядровая части ствола дерева.
Древесина имеет пороки (дефекты) строения: первичные – на растущих деревьях и вторичные, возникающие при хранении или эксплуатации древесины.

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
Первичные пороки относят:
сучковатость – наличие сучков;
косослой – винтообразное, косое расположение волокон в стволе;
свилеватость – волнистое и путаное расположение волокон; сбежистость – уменьшение диаметра ствола от комля (основания) к вершине;
завиток – местное искривление годовых слоев.

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
Вторичные пороки:
плесень и гниль, червоточины и трещины, появляющиеся в результате усушки древесины в процессе хранения или эксплуатации.
На срезе ствола видна волокнистая структура древесины. Под микроскопом можно увидеть, что волокна древесины состоят из органических клеток.

Химический состав древесины
Оболочку клеток образует в основном природное высокомолекулярное вещество – целлюлоза или клетчатка.
В состав древесины еще входят лигнин и гемицеллюлоза.
Элементный состав абсолютно сухой древесины:
49–52 % углерода,
43–45 % кислорода,
6–6,3 % водорода,
0,1–0,6 % азота,
0,3–1,6 % минеральных веществ.
Свежесрубленная древесина содержит кроме того 60–100 % воды (по отношению к сухой массе).

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
1.1.1 Свойства древесины

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
1.1.1 Свойства древесины

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
Древесина и пиломатериалы, хранящиеся на воздухе, из-за гигроскопичности древесины имеют влажность 10-20%, поэтому был принят показатель стандартной влажности, равный 12%.
При этой влажности определяют свойства древесины при оценке ее качества.

Свободная влага состоит из той, что заполняет полости клеток и межклеточное пространство (механическая влага), и влаги гигроскопической, находящейся в микропорах стенок клеток.
При сушке и при пожаре древесина сначала теряет механическую влагу и после полного ее удаления выделяет гигроскопическую влагу.
При удалении из древесины механической влаги масса древесины меняется, но объем и линейные размеры не меняются.
При удалении гигроскопической влаги происходит уменьшение размеров и объема изделия из древесины – явление, называемое усушкой.

Усушка древесины приводит к короблению и появлению трещин.
Процесс, обратный усушке, называют разбуханием древесины.
Он происходит при увеличении содержания в древесине гигроскопической влаги. Вследствие неоднородности строения древесина усыхает или разбухает в различных направлениях неодинаково.

Специфические свойства древесины

Средняя плотность древесины разных пород и даже одной и той же породы зависит от многих факторов, связанных с условиями роста дерева; с изменением влажности средняя плотность меняется, поэтому принято сравнивать плотность древесины при стандартной влажности - 12%.
Коробление – следствие разницы в усушке древесины и
неравномерности высыхания.
Специфические свойства древесины

Древесина имеет высокую прочность при растяжении и сжатии вдоль волокон и относительно низкую прочность поперек волокон.
Прочность древесины при сжатии вдоль волокон снижается с увеличением влажности.
При этом оказывает влияние только гигроскопическая влага, механическая влага практического влияния не оказывает.
Временное сопротивление древесины сжатию поперек волокон составляет 0,1–0,3 этой величины вдоль волокон.
Временное сопротивление растяжению вдоль волокон в 2–3 раза превышает аналогичный показатель сжатия.
У древесины низкая прочность на растяжение поперек волокон – для хвойных пород – 2–5 % прочности на растяжение вдоль волокон.

Зависимость прочности древесины от влажности:
W – влажность, % ;
RC –временное сопротивление сжатию, МПа

Механические свойства древесины в значительной мере зависят от породы, объемной массы, влажности, возраста древесины, от направления действия нагрузки – вдоль или поперек волокон.
Древесина имеет волокнистое строение.
Прочность на растяжение мало зависит от влажности, но существенно зависит от наличия пороков.
Прочность при изгибе определяется теми же факторами, что при сжатии и растяжении вдоль волокон; она больше прочности при сжатии вдоль волокон в 1,5–2 раза.

Достоинства древесины:
богатая сырьевая база и сравнительно легкое получение;
невысокая стоимость;
высокая относительная прочность;
малая теплопроводность при сравнительно высокой удельной теплоемкости;
малая температурная деформативность;
высокая коррозионная стойкость при эксплуатации в агрессивных средах.
Недостатки древесины:
наличие пороков;
гигроскопичность;
горючесть.
Перечисленные достоинства и недостатки во многом определяют область применения древесины в строительстве.

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
1.2 Область использования древесины и
материалов на ее основе в строительстве
Древесину используют в качестве декоративно-отделочного материала, а также для несущих конструкций.
Опыт и расчеты доказали экономическую эффективность замены в некоторых случаях железобетонных и металлических конструкций деревянными.
Для несущих конструкций используют преимущественно хвойные породы.
В строительстве древесину применяют в виде изделий: круглых, пиломатериалов, полуфабрикатов и строительных деталей.

В зависимости от степени переработки древесины различают:
лесные материалы, получаемые только механической обработкой стволов деревьев (бревна, пиломатериал);
- деревянные изделия и конструкции, изготовляемые в заводских
условиях (дверные и оконные блоки, клееные конструкции, фанера и др.)

материалы получаемые технологической переработкой древесины:
а) материалы и изделия из отходов и неделовой древесины с использованием вяжущих веществ (древесно-стружечные плиты, арболит, фибролит);
б) материалы получаемые физико-химической обработкой древесного сырья (картон, бумага);
в) материалы получаемые химической переработкой древесины (лаки, краски, клеи, добавки).

Круглые изделия – отрезки стволов – бревна различают строительные и пиловочные. Строительные используют для несущих конструкций, пиловочные – для брусьев, досок, брусков.
Брусья – пиломатериалы, ширина и толщина которых превышает 110 мм, применяют для несущих конструкций зданий: балок междуэтажных перекрытий, стропил и т.п.
Досками называют пиломатериалы толщиной до 100 мм при отношении ширины к толщине более 2.
Пиломатериалы толщиной не более 100 мм и при этом отношении менее 2 называют брусками.
Доски применяют для полов, перегородок, для обшивки стен и потолков. Из древесины изготавливают плинтусы, поручни, наличники для обшивки оконных и дверных коробок, паркет, фанеру.

Фанера – листы древесины, получаемые склеиванием по толщине шпона (тонкие слои древесины), применяют при изготовлении несущих и ограждающих конструкций, для обшивки стен внутри помещений и для перегородок.
Строительные детали и элементы сборных конструкций из древесины изготовляют на заводах.
К ним относятся балки для междуэтажных и чердачных перекрытий, дощатые щиты для перегородок, элементы щитовых и каркасных сборных домов, щитовой паркет, столярные изделия, клееные деревянные конструкции.
Древесно-волокнистые (ДВП, оргалит) и древесно-стружечные (ДСП) плиты широко используют взамен фанеры при устройстве потолков, полов, стен и перегородок.

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
2. Поведение древесных материалов при нагревании: воспламенение; горение; тление древесины и материалов на ее основе

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
В условиях пожара до 60 % тепла выделяется в период пламенного горения древесины и около 40 % – в период тления угля.
В связи с этим период пламенного горения является определяющим, хотя занимает меньше времени, чем фаза тления.
Термическое разложение и горение древесины сопровождается выделением газообразных продуктов, которые оказывают токсическое (отравляющее) действие на человека.
При тлении и горении выделяется дым, который представляет собой дисперсную среду, из твердых и жидких частиц продуктов неполного сгорания древесины. Он снижает видимость и препятствует дыханию человека.

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
3. Параметры, характеризующие пожарную опасность древесины и древесных материалов: скорость обугливания; массовая скорость выгорания и скорость распространения пламени; теплота сгорания; дымообразующая способность

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
Скорость тления древесины существенно ниже скорости распространения пламени и составляет в среднем для различных пород – 0,6 –1,0 мм/мин (0,01 мм/с).
Массовая скорость выгорания древесины (потеря массы в единицу времени с единицы площади) в условиях пожара зависит от породы древесины, объемной массы, влажности, площади поверхности, интенсивности облучения.

Выделение дыма и токсичных газов представляет доминирующую опасность при пожаре. Опасность возникает в результате токсического и раздражающего действия продуктов сгорания, а также ухудшения видимости в задымленной среде.
Ухудшение видимости затрудняет эвакуацию людей из опасной зоны, что увеличивает риск их отравления продуктами сгорания. Ситуация при пожаре осложняется ещё и тем, что дымовые газы быстро распространяются в пространстве и проникают в помещения, удалённые от очага пожара.
Концентрация выделяющегося дыма и его природа зависят от структурных особенностей и химического состава горючего материала.
В дымовых газах, образующихся при горении древесины, обнаружено более 200 соединений – продуктов неполного сгорания. Выявлены соединения, которые выделяются из компонентов древесины без их изменения за счёт испарения и последующей конденсации на частицах сажи или изменёнными лишь частично в ходе повышения температуры.

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
Для древесины показатель токсичности продуктов горения составляет 35,5 г/куб.м.
Токсичность продуктов разложения и горения древесины в основном обусловлена высоким содержанием – угарного газа СО.

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ

На практике дымообразующую способность материалов оценивают по максимальной величине оптической плотности дыма в расчёте на единицу площади образца.
Детальная информация о влиянии разновидности и породы древесины на показатели дымообразования отсутствует.
Однако, существует общая тенденция: при пламенном горении древесины при воздействии внешнего радиационного теплового потока способность к образованию дыма намного ниже, по сравнению с выделением дыма в режиме разложения и тления.

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
По классификации, древесина всех пород относится к горючим материалам. Модификация древесины полимерами, как правило, повышает ее пожарную опасность.

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
Таким образом, рассмотрение процессов разложения, воспламенения и горения древесины,
а также количественных показателей пожарной опасности некоторых видов древесных материалов позволяют сделать вывод об их высокой пожарной опасности.

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ
4. Современные способы снижения
пожарной опасности древесины
Для предотвращения возникновения и распространения пожара в зданиях и сооружениях с несущими и ограждающими конструкциями, а также отделочными и облицовочными материалами из древесины наиболее широкое применение нашли следующие способы огнезащиты:
1 – конструктивные, с помощью плитных и рулонных материалов разного типа;
2 – поверхностная и глубокая пропитка специальными огнезащитными составами;
3 – применение огнезащитных покрытий.