Стекло и защита от огня

5 088

Даже в XXI веке огонь продолжает оставаться грозной силой. Высокая плотность городского населения и строительство небоскребов только увеличивают опасность, которую несет пожар. Поэтому вопрос пожаростойкости конструкций и на сегодняшний день не потерял своей актуальности.

Современный архитектурный дизайн зданий и сооружений предусматривает использование более чем на 60-80% остекления, поэтому вопрос создания пожаростойких конструкций справедливо можно считать проблемой создания соответствующего остекления. Пожаростойкость остекления включает в себя не только специальные стекла, а и всю конструкцию: рама, крепежные элементы и прочее.
Пожаростойкость материалов устанавливается путем тестов, проводимых в специальной лаборатории. В процессе тестов изучаются свойства материала — горючесть, способность усиливать пламя, скорость сгорания, способность плавится или дымиться и т.д.
По результатам тестов материалы относятся к одной из категорий:

пожаробезопасные;

негорючие;

трудновоспламеняющиеся;

трудногорючие;

обычные;

огнестойкие;

огнеопасные;

крайне огнеопасные.

Огнестойкость конструкции, по pr. EN 357, определяется следующим рядом терминов:

Способность нести нагрузку
Способность элемента конструкции противостоять воздействию огня с одной или более сторон в течение определенного периода без утраты стабильности конструкции.

Целостность
Способность элемента конструкции с самостоятельной функцией противостоять воздействию огня только на одной стороне без пропускания пламени к стороне, не подверженной огню. В результате прохождения значительного количества пламени или горячих газов от огня к стороне, не подверженной воздействию пламени, чтобы не вызвать воспламенения поверхности, не подверженной пламени или любых материалов, находящихся в контакте с этой поверхностью.

Cнижение излучения
Способность элемента конструкции с самостоятельной функцией противостоять воздействию огня с одной стороны в течение времени, пока излучаемое тепло перед остеклением не станет ниже точно установленного уровня.
Количество теплового излучения, испускаемого разделительной стеклянной конструкцией, определяет требуемые безопасные расстояния от эвакуационных проходов и легковоспламеняющихся материалов.
Количество теплового излучения зависит от типа применяемого стекла, площади просвета окна, а также от времени противостояния огню. В Финляндии, например, определение безопасного расстояния производится на основе результатов испытания огнем при одновременном измерении количества излучения в зависимости от времени. Безопасным считается такое расстояние, на котором количество излучения не превышает 10 кВт/м2. В случае, когда площадь используемой при строительстве конструкции больше или меньше, чем при тестировании, на основании полученных в результате теста величин можно математически определить необходимую величину безопасного расстояния. Сравнительные испытания, проведенные в Швейцарии, показали, что при правильном выборе стекла, возможно существенно снизить риск проникновения теплового излучения или уменьшить безопасное расстояние.

Изоляция
Способность элемента конструкции противостоять воздействию огня только на одну сторону без пропускания огня так, чтобы не вызвать воспламенение поверхности на которую не воздействовал огонь или любого материала, находящегося в контакте с этой поверхностью, а также способность создать барьер теплу, достаточный чтобы защитить людей, находящихся вблизи элемента конструкции в течение определенного периода времени.

Регулирование дыма
Способность элемента конструкции снижать прохождение сквозь него горячих или холодных газов или дыма.

Самозамыкание
Способность дверей и жалюзи закрывать проем в случае появления дыма при помощи специального механизма.

Стекло подразделяется на классы:
Класс Е — обеспечивает общую защиту от пламени и горячих газов;
Класс I — обеспечивает защиту от высоких температур (термоизолирующее стекло);
Класс R — высокостабильное стекло;
Класс W — тугоплавкое стекло.
Классы обозначаются буквами, представляющими функциональные требования, за которыми следует время работы в минутах:

R (минут) / E (минут) / EW (минут) / S (минут) / С

R — несущая способность;
Е — герметичность (пламя и горячие газы);
I — изолирующие свойства (жар, возникающий при пожаре).

Обозначение класса может быть дополнено следующими индексами:
М — ударопрочность в условиях пожара;
С — дверь, оборудованная автоматическим устройством для закрывания;
W — ограниченная способность к пропусканию теплового излучения;
S — ограниченная способность к пропусканию дыма.

За обозначениями R, REI, RE, ЕI и Е далее указывают время противостояния пожару в минутах: 15, 30, 45, 60, 120, 180 и 240. Так, например, класс огнестойкости строительной конструкции может иметь следующий вид: ЕI 60.

Разделительные стеклянные конструкции класса Е
От стеклянных конструкций класса E (pr EN 357.1.1996) требуется герметичность по отношению к пламени и горячим газам в течение определенного времени. Для класса Е не установлены ограничения роста температуры поверхности стекла на противоположной по отношению к огню стороне.
Стекло пропускает тепловое излучение (жар). Поэтому при использовании конструкции класса Е необходимо обращать внимание на то, что должно выдерживаться безопасное расстояние от стекла до эвакуационных проходов и легковоспламеняющихся материалов.
Стекла класса огнестойкости Е — это, как правило, тонкие однослойные стекла толщиной 5-10 мм (армированные железной проволокой, закаленные и огнестойкие, керамические/боросиликатные) или тонкие стекла толщиной 7-12 мм, заполненные гелем.

Разделительные стеклянные конструкции класса ЕI
От разделительных стеклянных конструкций класса EI (pr EN 357.1.1996) требуется герметичность (E) по отношению к пламени и горячим газам, а также способность препятствовать (I) прохождению тепла, образующегося при пожаре, в течение установленного времени.
Огнестойкие стекла класса ЕI предотвращают нагрев и вызываемое им воспламенение материалов, находящихся в непосредственной близости к стеклу, и гарантируют людям безопасность вблизи стекла при выходе из здания. Максимальное разрешенное повышение температуры поверхности разделительного стекла класса ЕI на противоположной по отношению к огню стороне составляет 1400°С. Наиболее типичными местами, где применяются стекла класса ЕI, являются остекления лестниц эвакуационных проходов и помещений для хранения легковоспламеняющихся и взрывоопасных материалов.
Разделительные стекла класса ЕI обычно представляют собой многослойные стекла, ламинированные тонким слоем геля (примерно 1 мм), или конструкции типа изолирующего стеклопакета с нанесенным толстым слоем геля, например, Contraflam.

Стекло огнестойкое многослойное класса EI-15 (Е-45)
Представляет собой симметричную композицию, состоящую из четырех слоев закаленного силикатного стекла толщиной 4 мм каждое, склеенных между собой полимер-гелем с высоким содержанием воды и неорганических веществ. Максимальная толщина композиции не превышает 22 мм. Максимальные габаритные размеры стекла не могут превышать 1800 і 1200 мм. Удельный вес стекла 48 кг/м2. Стекло способно выдерживать воздействие открытого пламени с температурой, возрастающей по заранее заданной кривой (от комнатной температуры до 750 °С через двадцать минут от начала испытаний), в течение 15 минут (класс огнестойкости EI-15) или 45 минут (класс огнестойкости Е-45), перекрывая распространение лучистой энергии. При этом температура поверхности стекла со стороны, не подверженной воздействию огня, не превышает 180 °С.

Стекло огнестойкое многослойное класса EI-60
Представляет собой симметричную композицию, состоящую из четырех слоев закаленного силикатного стекла толщиной 4 мм каждое, склеенных между собой полимер-гелем. Максимальная толщина композиции не превышает 32 мм. Максимальные габаритные размеры стекла не могут превышать 1500 і 1000 мм. Удельный вес стекла — 60 кг/м2.
Стекло, которое имеет класс огнестойкости ЕI — 60, способно выдерживать воздействие открытого пламени с температурой, возрастающей до 920 °С в течение 60 минут, перекрывая распространение лучистой энергии. При этом температура поверхности стекла, не подверженной воздействию огня, не превышает 180°С.

Примеры изготовления пожарозащитных стекол Сан-Гобен
ДРЭВЕЛ — армированное огнестойкое не изолирующее стекло класса Е. Представляет собой бесцветное стекло с металлической проволокой внутри. Проволока переплетена в виде ячеек площадью 12, 5 мм2. Стекло обеспечивает пожарозащиту в течение 30 мин. Его толщина 6, 5 мм, вес 17, 5 кг/м2, светопропускание 80 %, U = 5, 7, Rw = 29 дБ.
КОНТРАФЛАМ — пожарозащитное изолирующее остекление класса EI. Представляет собой стеклопакет, обеспечивающий огнестойкость от 30 до 120 мин. Одно из стекол — Секьюрит или Стадип, камера между стеклами заполнена прозрачным и бесцветным гелем или мастикой. Вещество между стеклами поглощает энергию огня, поддерживая температуру на другой стороне стеклопакета приемлемой для человека.
ФАЙВСТАР — огнестойкое не изолирующее стекло класса E с высокими прочностными свойствами. Стекло полностью прозрачно, подходит для внешнего и внутреннего остекления. Выпускается 5 мм толщиной, не предназначено для установки в стеклопакет. Файвстар — идеально подходит для недорогого пожаростойкого остекления, обеспечивающего 30 — минутную защиту от пламени, дыма и горячих газов.
ПИРОСВИСС — огнестойкое монолитное термозакаленное не изолирующее флоат стекло класса Е. Обеспечивает защиту от пламени, дыма и горячих газов в течение 30, 60 и 90 минут, в зависимости от класса. Поставляется в толщинах 6, 8, 10 мм (в некоторых случаях до 19 мм). Может быть установлено в стеклопакет или быть частью ламинированного стекла.
СВИССФЛАМ — изолирующее огнестойкое стекло класса EI. Представляет собой бесцветное, прозрачное ламинированное стекло, где листы флоат стекла скреплены между собой специальной мастикой. Мастика разбухает при соприкосновении с огнем и превращается в изолирующую “пену”. Она обеспечивает защиту 30 и 60 минут. Может использоваться в стеклопакете и также является безопасным стеклом.
СВИССФЛАМ ЛАЙТ — огнестойкое не изолирующее ламинированное стекло класса E или EW. Предназначено для защиты от пламени, дыма и токсичных газов в течение 30 или 60 мин, а также для предотвращения распространения тепловой энергии пожара (категория EW).
ВЕТРОФЛАМ — не изолирующее огнестойкое стекло класса E или EW. Производится на основе флоат стекла со специальным теплоотражающим металлооксидным покрытием. Ветрофлам обеспечивает защиту от пламени, дыма и токсичных газов в течение 60 мин, одновременно препятствуя распространению тепловой энергии пожара.

Огнестойкие элементы остекления для перегородок, несущих нагрузку

Стенки (pr EN 1365-1)
Классификация	RE		20	30		60	90	120	180	240
	REI	15	20	30	45	60	90	120	180	240
	REW		20	30		60	90	120	180	240
Полы и крыши (pr EN 1365-2)
Классификация	RE		20	30		60	90	120	180	240
Классификация	REI	15	20	30	45	60	90	120	180	240

Полы и крыши классифицируются для огня, поступающего только снизу

Огнестойкие элементы остекления для перегородок, не несущих нагрузку

Стенки (pr EN 1364-1)
Классификация	E		20	30		60	90	120
	EW		20	30		60	90	120
	EI	15	20	30	45	60	90	120	180	240
Двери и жалюзи (pr EN 1364-2)
Классификация	15		30	45
		20	30
	15	20	30	45
	15	20	30	45
Потолки (pr EN 1364-2)
Классификация	EI	15		30	45	60	90	120	180	240

Для некоторых типов дверей и жалюзи могут понадобиться дополнительные классификации C и S.
Наклонные и горизонтальные огнестойкие элементы остекления (в соответствии со стандартом ISO 834) классифицированы для огня, поступающего только снизу.

Стенки в виде занавеса и внешние стенки, не несущие нагрузки (pr EN 1364-3)
Стенки в виде занавеса и внешние стенки могут испытываться с каждой из сторон:

огонь изнутри: стандартная кривая температура/время;

огонь снаружи: температурно-временная кривая повторяет стандартную температурно-временную кривую до 600 °С, оставаясь на этом уровне до конца испытания.
Классификация стенок в виде занавеса и внешних стенок обычно основывается на испытаниях с обеих сторон. Если элемент испытывают только с одной стороны, в обозначении классификации будет указанно: “внутр.-внешн.”, “внешн.-внутр.”

Двери для лифтов (pr EN 1634-1)
За огнестойкими дверями, испытанными по методике стандарта pr EN 1634-1 (Приложение В) и классифицированными как таковые, сохраняются их классы, если они используются в качестве дверей для лифтов без испытания их в соответствии с требованиями стандартов по испытанию дверей для лифтов. Обратное невозможно.

Двери для лифтов (pr EN 1634-1)

Классификация	E	15		30	45	60	90
	EW		20	30		60
	EI	15	20	30	45	60	90

Наклонные и горизонтальные огнестойкие элементы остекления (в соответствии со стандартом ISO 834).

Классификация	E		20	30		60	90	120
	EW		20	30		60
	EI	15	20	30	45	60	90	120	180	240

Наклонные и горизонтальные огнестойкие элементы остекления классифицированы для огня, поступающего только снизу.

Технические свойства, на которые следует обратить внимание при выборе огнестойких стекол
Помимо представленных ранее требований, предъявляемых к огнестойкости, в случае разделительных стеклянных конструкций (и в случае других специальных стекол) следует обратить внимание и на некоторые другие свойства, касающиеся внешнего вида изделия, прочности, безопасности и функциональности. Далее приведен краткий обзор основных технических свойств, на которые нужно обратить внимание в процессе выбора.

Механическая прочность
Хорошая механическая прочность к столкновению, ударам и давлению является одним из важнейших и необходимых свойств огнестойкого стекла. Она снижает риск разрушения стекла в нормальных условиях и защищает разделительную огнестойкую конструкцию от “преждевременного” разрушения.
Механическая прочность имеет большое значение, так как обеспечивает дополнительную безопасность при пожаре. В условиях пожара разделительные стеклянные конструкции могут испытывать высокие нагрузки, вызываемые скоплением покидающих здание людей и давлением взрыва. Такие нагрузки могут разрушить разделительную конструкцию и, таким образом, вызвать дополнительные человеческие жертвы и разрушения.
Проведенные независимыми исследовательскими организациями (например, Государственным техническим научно — исследовательским институтом или ГТНИИ) испытания на столкновение и опыт из реальной жизни (взрыв бомбы в здании Центральной криминальной полиции) показали, что специально закаленные огнестойкие стекла правильной формы могут выдерживать высокие приложенные нагрузки.

Безопасность
Несмотря на высокую механическую прочность, при проектировании разделительных стеклянных конструкций необходимо принимать во внимание обстоятельства, при которых происходит разрушение: располагается ли стекло на высоте удара или является частью стеклянной кровли. При этом безопасное разрушение огнестойкого стекла следует обеспечивать ламинированием и/или закаливанием.
Испытания на столкновение показали, что традиционное армированное железной проволокой стекло, обычно используемое в конструкциях Е30, не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к безопасности. Оно разбивается вследствие сильного удара на крупные осколки с режущими краями.
Особенно важно принимать во внимание безопасные свойства стекол при использовании их в школах, детских садах и тому подобных местах, где риск разбивания стекла достаточно велик.

Пропускание света, цвет стекла и его оптические свойства
Внешний вид огнестойкого стекла, его цвет, способность пропускать свет и оптические свойства зависят от различных факторов:

от качества и толщины используемой стекломассы;

от гелей, придающих огнезащитные свойства;

от ламинирования,

от наличия упрочняющих нитей и покрытий.
Ведущие фирмы — изготовители поставляют в настоящий момент изделия класса огнестойкости Е на основе флоат-стекла толщиной 5-12 мм, внешний вид которых, цвет и способность пропускать свет полностью соответствуют оконному стандарту.
Значение оптических свойств и способности пропускать свет возрастает особенно для стекол класса огнестойкости ЕI, где в настоящий момент суммарная толщина стеклянной конструкции изменяется примерно от 15 до 85 мм в зависимости от типа стекла и класса огнестойкости. Для стекол класса ЕI, благодаря новому разработанному огнестойкому гелю, удалось достичь пропускания света на уровне 85-86 %. При необходимости можно добиться более высоких значений, используя флоат-стекло с низким содержанием железа.
Разделительные огнестойкие стекла можно объединять с другими специальными стеклами ламинированием или в изолирующих стеклопакетах, так что у проектировщиков есть богатый выбор.

Устойчивость к “холодному шоку”, вызываемому спринклером
Эмпирические исследования, проведенные в Швейцарии (ЕМРА), показывают, что “холодный шок”, вызываемый спринклерной водяной струей, может служить потенциальным фактором риска для горячего огнестойкого стекла и вызвать разрушение последнего.
Исследования свидетельствуют о том, что керамические и наполненные гелем стекла класса ЕI (особенно закаленные) хорошо выдерживают вызываемый спринклером “холодный шок”.
Если огнестойкие стекла устанавливаются вблизи спринклеров, рекомендуется получить от изготовителя дополнительную информацию о проведенных спринклерных испытаниях.

Звукоизоляция
От расположения разделительных стеклянных конструкций зависит, будут ли к звукоизоляции предъявлены только требования строительных предписаний, или будет задана цель создания специальных комфортных условий работы, например, в помещениях для совещаний или наблюдения.
Степень звукоизоляции однослойных, например, закаленных огнестойких стекол соответствует степени звукоизоляции нормального флоат-стекла такой же толщины. Другими словами, она изменяется в пределах примерно от 28 до 35 дБ (Rw) в зависимости от толщины стекла.
При помощи тонкого слоя геля (около 1 мм) или ламинированием ПВБ-пленкой значение Rw можно повысить до уровня 36-39 дБ.
Некоторые огнестойкие стекла класса ЕI, благодаря наличию толстого слоя геля, обладают повышенной звукоизоляцией, значения которой колеблются в пределах 40-50 дБ в зависимости от толщины стекла.

Вес
Вес разделительного огнестойкого стекла является важным критерием выбора, если речь идет о разделительных конструкциях. Обычно в огнестойких стеклах класса Е, применяемых в настоящее время, он находится в пределах 12, 5-25 кг/м2 в зависимости от типа стекла.
Вес стекол класса ЕI обычно выше и находится в пределах 35-50 кг/м2,
а иногда даже более 110 кг/м2. Поэтому для облегчения монтажа при расчете стекла и прочности конструкции необходимо обязательно учитывать вес стекла.

Таблица 1. Возможные конструкции изделий в огнестойких элементах остекления

Изделия из стекла (а)	одинарное	много- слойное	стеклопакет
Полированное армированное стекло	Х	Х	Х
Армированное узорчатое стекло	Х	Х	Х
Армированное или неармированное стекло желобообразного профиля b) c)
Стеклоблоки, стеклоблоки для мощения полов и стенки из стеклоблоков	Х
Боросиликатные стекла	Х	Х	Х
Стеклокерамика	Х	Х	Х
Термически упрочненное стекло		Х	Х
Многослойное стекло и многослойное упрочненное стекло		Х	Х
Термически упрочненное безопасное стекло	Х	Х	Х
Химически упрочненное стекло		Х	Х
Нагретое пропитанное термически упрочненное безопасное стекло (закаленное)	Х	Х	Х
Термически упрочненное безопасное стекло	Х	Х	Х
Натрий-кальций силикатное стекло	Х	Х	Х

Х — возможность конструкции
a) с покрытием или без него; b) , c) армированное стекло желобообразного профиля определено в стандарте EN 572-7:3.2. Это стекло желобообразного профиля, в которое введена проволока по ширине и длине.
Дополнительно проволока может быть введена в борта в специальных двухслойных конструкциях.

Заключение
Нами была рассмотрена огнестойкость, а также некоторые другие свойства разделительных стеклянных конструкций, которые следует принимать во внимание при выборе типа стекла.
Разделительная конструкция — это всегда единая система, состоящая из стекла, профильной конструкции и определенного способа закрепления стекла. Соответствие этих отдельных частей друг другу обеспечивает должное функционирование всей конструкции в условиях возникновения пожара.
Основной недостаток конструкции — значительный вес композиции остекления. ГП “УкрНИИСтекла” имеет разработки, позволяющие снизить вес на 15-25% за счет рациональной подборки комбинированного упрочнения стекла при полном сохранении эксплуатационных свойств пожаробезопасной системы.

В.И. Борулько, П.В.Борулько,
А.В. Маричев, С.А. Попович, А.А. Иванин
Государственное предприятие
“Украинский научно-исследовательский институт стекла” (ГП “УкрНИИСтекла”), г.Константиновка, Донецкой области

Найдите все свои архитектурные решения через OKNA.ua: Нажмите здесь чтобы зарегистрироваться. Вы производитель и хотите наладить контакт с клиентами? Кликните сюда.

Автор

Журнал ОКНА. ДВЕРИ. ВИТРАЖИ

+380 44 501 XX XX +380 44 501 8736

+380 44 501 XX XX +380 67 467 1426

Издатель

Журнал ОКНА. ДВЕРИ. ВИТРАЖИ