ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВОГНЕЗАХИСТУ ДЕРЕВ’ЯНИХ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ ПРОСОЧУВАЛЬНИМИ ВОГНЕБІОЗАХИСНИМИ РЕЧОВИНАМИ ПРИ ЗАМІНІ ВОГНЕЗАХИСНИХ ЗАСОБІВ

Abstract

Гайдук М.О. Підвищення ефективності вогнезахисту дерев’яних будівельних конструкцій просочувальними вогнебіозахисними речовинами при заміні вогнезахисних засобів – кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 21.06.02 – пожежна безпека (261 – пожежна безпека). Львівський державний університет безпеки життєдіяльності ДСНС України, Львів, 2025. Зміст анотації. Актуальність теми дослідження. На об’єктах різних форм власності, на яких здійснюються заходи державного нагляду (контролю) у сфері техногенної та пожежної безпеки, з 2020 по 2024 роки виникло 14 211 пожеж, унаслідок яких загинуло 8 213 людини. У значній кількості випадків пожежі виникають у будівлях, в яких, відповідно до Правил пожежної безпеки в Україні, дерев’яні будівельні конструкції підлягають вогнезахисту. Вогнезахист забезпечує зниження показників пожежної небезпеки, зокрема горючості, займистості, поширення полум’я та ін. Відповідно до Правил з вогнезахисту для деревини визначено, що основним критерієм є група вогнезахисної ефективності, яка характеризується визначенням відсотка втрати маси деревини, підданої вогнезахисту, після проведення випробувань. Для дерев’яних будівельних конструкцій характерні способи вогнезахисту, такі, як вогнезахисне просочування та обробляння. В Україні широкого застосування набуло саме вогнезахисне просочування. Під час аналізування якості вогнезахисту шляхом просочування було виявлено, що при виконанні повторних робіт з вогнезахисту із застосуванням засобу, відмінного від того, що використовувався під час попереднього просочування, відбувається втрата вогнезахисної ефективності. Проведені експерименти підтвердили цю гіпотезу та спонукали виокремлення цього напрямку для подальших досліджень. Ідея роботи полягає в дослідженні впливу просочувальних вогнебіозахисних речовин на показники пожежної небезпеки (втрата маси, температура займання та3 самостійне горіння) дерев’яних будівельних конструкцій при заміні вогнезахисного засобу під час повторного вогнезахисного просочування. Мета роботи є розкриття закономірностей впливу чинників пожежної небезпеки при заміні просочувальних вогнебіозахисних речовин на їх вогнезахисну ефективність, як наукового підґрунтя підвищення вогнезахисту дерев’яних будівельних конструкцій. Завдання дослідження: 1. Провести теоретичні дослідження існуючих способів вогнезахисту дерев’яних будівельних конструкцій та здійснити аналіз нормативно правових вимог, а також методів перевірки якості вогнезахисту; 2. Здійснити експериментальні дослідження та виявити закономірності впливу заміни вогнезахисних засобів на показники пожежної небезпеки (втрати маси, температури займання та ознаки самостійного горіння) дерев’яних будівельних конструкцій; 3. Провести аналітичні дослідження компонентів просочувальних вогнебіозахисних речовин, що найчастіше використовуються в Україні, для обґрунтування базового складу рецептури композиції, що забезпечить ефективний вогнезахист при заміні вогнезахисних засобів; 4. Здійснити експериментальні дослідження впливу заміни вогнезахисних засобів на показники пожежної небезпеки дерев’яних будівельних конструкцій і комплектності компонентів вогнебіозахисних речовин. 5. На основі визначених компонентів методом повнофакторного експерименту дослідити оптимальне співвідношення складу вогнезахисної речовини, що забезпечить вогнезахист дерев'яних будівельних конструкцій при заміні вогнезахисних засобів. 6. З використанням розробленої вогнезахисної речовини провести експериментальні дослідження забезпечення вогнезахисту дерев'яних будівельних конструкцій при заміні вогнезахисних засобів.4 7. Сформувати та обґрунтувати рекомендації до Правил з вогнезахисту в частині регламенту робіт, виконання робіт та перевірки якості вогнезахисту при заміні вогнезахисного покриву та повторному застосуванні вогнезахисних засобів. Об’єкт дослідження – вогнезахист дерев’яних будівельних конструкцій вогнебіозахисними речовинами при заміні вогнезахисного засобу. Предмет дослідження – вплив чинників пожежної небезпеки при заміні просочувальних вогнебіозахисних речовин на ефективність вогнезахисних засобів та вогнезахист дерев’яних будівельних конструкцій. Методи дослідження. В роботі було використано комплексний метод дослідження, який включав: аналіз сучасного стану та способів вогнезахисту дерев’яних будівельних конструкцій; аналіз складів вогнебіозахисних речовин; аналіз методів та методик оцінки якості вогнезахисту деревини; Методи хімічного та рентгенофлуоресцентного аналізу вогнебіозахисних речовин; Метод контролювання за ознакою самостійного горіння згідно ДСТУ 9291:2024 «Захист від пожежі. Вогнезахист будівельних конструкцій. Загальні вимоги та методи контролювання під час експлуатування об’єктів вогнезахисту»; Метод контролювання за температурою займання згідно ДСТУ 9291:2024 «Захист від пожежі. Вогнезахист будівельних конструкцій. Загальні вимоги та методи контролювання під час експлуатування об’єктів вогнезахисту»; Прискорений метод визначення вогнезахисних властивостей (групи вогнезахисту) згідно стандарту 16363-98 «Засоби вогнезахисні для деревини. Методи визначення вогнезахисних властивостей»; Експрес-метод для вогнезахисного просочування згідно стандарту 30219-95 «Деревина вогнезахищена. Загальні технічні вимоги. Методи випробувань. Транспортування і зберігання». Методи випробувань вогнезахисних покривів і просочень для дерев’яних і металевих конструкцій на стійкість до зовнішніх впливів. Під час проведення експериментальних досліджень застосовувалось метрологічно-атестоване обладнання та калібровані і повірені засоби вимірювання. Обробка результатів досліджень здійснювалась із використанням програмного забезпечення Microsoft Office Excel. Також для обробки результатів5 експериментальних та теоретичних досліджень використані методи математичної статистики та методи планування експерименту. Наукова новизна полягає у розкритті закономірностей впливу заміни вогнезахисних засобів на показники пожежної небезпеки дерев’яних будівельних конструкцій і комплектності компонентів вогнебіозахисних речовин. При цьому: - уперше виявлено залежність впливу сумісності діамонійфосфату, карбаміду та ортофосфорної кислоти у вогнезахисних засобах на показники пожежної небезпеки при їх заміні. Встановлено, що втрата маси збільшується в діапазоні від 0,5% - 4,6%, температура займання знижується від 5оС до 25оС, а кількість зразків, що підтримують самостійне горіння зростає від 20% до 50%. - уперше встановлена закономірність впливу відсоткового масового значення фосфатної кислоти, карбаміду та діамонійфосфату на вогнезахист дерев'яних будівельних конструкцій, а саме для температури займання та втрати маси : T = 291,1 + 37,2x1 – 3,4x2 + 3,1x3 + 11,2x1x2 – 2,4x1x3 + 6,1x2x3 – 3,9x1x2x3 ; m = 9,56 + 2,21x1 – 0,26x2 – 0,76x3 + 0,39x1x2 + 0,89x1x3 + 0,11x2x3 – 0,74x1x2x3; - удосконалено метод визначення відсоткового масового значення компонентів просочувальних вогнебіозахисних речовин при розроблені вогнезахисних засобів; - набули подальшого розвитку підходи щодо розроблення вогнезахисних засобів з урахуванням їх сумісності на підставі експериментально визначених показників якості вогнезахисту. Практичне значення отриманих результатів полягає в обґрунтуванні складу вогнезахисної речовини для просочування дерев’яних будівельних конструкцій, що забезпечує ефективний вогнезахист при заміні вогнезахисних засобів. В діяльність Управління запобігання надзвичайним ситуаціям ГУ ДСНС України у Хмельницькій області (Акт про впровадження результатів дисертаційної роботи від 06 червня 2025 року) впроваджені результати дослідження гіпотези щодо несумісності вогнебіозахисних речовин при заміні вогнезахисних засобів в умовах повторного просочування. Впроваджено у практичну діяльність ТОВ «ФАЄР СЕЙФЕТІ» розроблену просочувальну вогнебіозахисну речовину для деревини та целюлозовмісних матеріалів «FIRE BREAK» («ФАЄР БРЕЙК») (Акт про6 впровадження результатів дисертаційної роботи від 04 червня 2025 року). Впроваджено у практичну діяльність ТОВ «Бест Технолоджі Компані» при здійсненні проектування та виконання вогнезахисного обробляння дерев’яних будівельних конструкцій (Акт про впровадження результатів дисертаційної роботи від 02 червня 2025 року). Результати дисертаційного дослідження були впроваджені в практичну діяльність шляхом участі у розробці ДСТУ 9291:2024 «Захист від пожежі. Вогнезахист будівельних конструкцій. Загальні вимоги та методи контролювання під час експлуатування об’єктів вогнезахисту». У вступі наведено загальну характеристику дисертації, обґрунтовано актуальність теми досліджень, сформульовано мету та завдання дослідження, визначено об’єкт та предмет дослідження, наведено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. Представлено: зв’язок роботи з науковими програмами, планами та темами; особистий внесок здобувача; дані про апробацію дисертаційної роботи; кількість публікацій за темою дисертаційної роботи; структуру та обсяг дисертації. У першому розділі на підставі проведення аналізу статистичних даних окреслена тенденція залучення представників територіальних підрозділів ДСНС до перевірок якості виконання робіт з вогнезахисту дерев’яних будівельних конструкцій, що свідчить про збільшення кількості виконаних робіт даного роду, а також про зацікавлення замовників вогнезахисного просочування у належному вогнезахисту, що забезпечує пожежну безпеку об’єкту. За результатами аналітичних досліджень висновків комісій з перевірок вогнезахисту дерев’яних будівельних конструкцій виявлено залежність між неналежним вогнезахистом дерев’яних будівельних конструкцій та вогнезахисними розчинами. А саме те, що в більшості випадків поверхневе просочування проводилось іншим вогнезахисним розчином ніж попереднім. Ґрунтуючись на проведеному аналізі вогнезахисних засобів, способів вогнезахисту дерев’яних будівельних конструкцій, а також результатів перевірки якості вогнезахисного просочування подальші дослідження доцільно направити на врахування ширшого спектру чинників, які впливають на зниження вогнезахисту7 дерев’яних будівельних конструкцій, а також розроблення на цій основі сумісних вогнебіозахисних речовин, що є актуальним науково-технічним завданням. На основі результатів виконаного аналізу сформульовано мету та основні завдання роботи. У другому розділі на підставі проведеного аналізу існуючих в Україні методів дослідження вогнезахисту дерев'яних будівельних конструкцій виявлено переваги та недоліки кожного з методів контролю якості вогнезахисного оброблення. За результатами аналітичного дослідження встановлено суттєві недоліки експрес-методу, зумовлені технічно низькою точністю та моральною застарілістю, що проявляється у можливості визначення лише ІІ-ї групи вогнезахисту, технічних складнощах відбору зразків та відсутності чітких критеріїв випробування. Визначено, що прискорений метод визначення вогнезахисних властивостей є найбільш ефективним та об'єктивним, проте обмежується виключно лабораторними умовами, а методи контролювання придатності просоченої деревини є найбільш сучасними для перевірки якості вогнезахисного просочування безпосередньо на експлуатованих об'єктах. На основі проведеного аналізу обґрунтовано доцільність використання для подальших досліджень прискореного методу визначення вогнезахисних властивостей, методу контролювання за температурою займання та методу контролювання за ознакою самостійного горіння, як найбільш ефективних і оптимальних методів. У третьому розділі проведенні експериментальні дослідження з виготовленням зразків, які піддані повторному вогнезахисному оброблянню з заміною вогнезахисного засобу. Проведені дослідження дають підстави стверджувати, що заміна вогнезахисного засобу вливає на основні показники вогнезахисної ефективності, такі як: втрати маси, ознаки самостійного горіння та температури займання. В цілому динаміка зміни основних показників демонструє їх погіршення.8 На основі отриманих результатів можна припускати, що вогнезахисні засоби можуть бути не сумісними, при проведені повторного вогнезахисного обробляння, оскільки призводять до зниження вогнезахисної ефективності.. В четвертому розділі з використанням рентгенофлуоресцентного аналізу та методів хімічного аналізу досліджено, що найчастіше до складу вогнебіозахисних речовин входить компоненти: діаммонійфосфат, ортофосфорна кислота та карбамід. На основі визначених компонентів методом повнофакторного експерименту розроблене оптимальне співвідношення складу вогнезахисної речовини, що забезпечує вогнезахист дерев'яних будівельних конструкцій при заміні вогнезахисних засобів а саме: діаммонійфосфат – 4 %, карбамід – 6 %, фосфатна кислота 12 %. Встановлена закономірність впливу відсоткового масового значення фосфатної кислоти, карбаміду та діамонійфосфату на вогнезахист дерев'яних будівельних конструкцій, а саме для температури займання та втрати маси. З використанням сучасних статистичних методів забезпечено відтворюваність результатів експериментів, а також підтверджено загальну збіжність кожного окремого експерименту. При цьому абсолютні відхилення між усередненими результатами досліджень не перевищують для показника втрати маси - 1,81%, а для температури займання - 0,49%. Розроблений та сертифікований вогнезахисний засіб – просочувальна вогнебіозахисна речовина для деревини та целюлозовмісних матеріалів «FIRE BREAK». З використанням розробленого вогнезахисного засобу обґрунтовано, що даний засіб не призводить до зниження показників пожежної небезпеки (втрати маси, температури займання та самостійного горіння) дерев’яних будівельних конструкцій при заміні вогнезахисного засобу. У п’ятому розділі на підставі аналізу складу вогнебіозахисного засобу «FIRE BREAK» визначено його екологічну безпечність, яка досягається завдяки використанню хімічних компонентів аграрного та промислового призначення, що не9 становлять загрози навколишньому середовищу за умови дотримання регламентованих норм. Проведена оцінка економічної ефективності засобу в умовах практичного застосування (на прикладі Хмельницької області) підтвердила доцільність його використання завдяки здатності забезпечити повну компенсацію потенційних збитків від неналежного вогнезахисту дерев’яних конструкцій. Проаналізовано чинне нормативно-правове забезпечення у сфері вогнезахисту, на основі чого сформульовано обґрунтовані редакційні пропозиції до оновлення нормативних актів, зокрема Правил з вогнезахисту в Україні, щодо підвищення якості контролю за вогнезахисними роботами. Запропоновані рекомендації охоплюють уточнення вимог до строків дії вогнезахисного просочування, його сумісності, порядку перевірок та документального оформлення результатів. За результатами проведених досліджень обґрунтовано необхідність перегляду підходів до регламентації та застосування вогнебіозахисних засобів із акцентом на їхню ефективність, безпечність та нормативну узгодженість. Ключові слова: пожежна безпека, вогнезахист, вогнезахисна здатність (ефективність), якість вогнезахисту, вогнебіозахисна речовина, вогнезахист дерев’яних будівельних конструкцій, експериментальні дослідження, показники пожежної небезпеки, втрата маси, температура займання, ознака самостійного горіння, математична модель