XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

• открытый огонь и искры;

• зона теплового воздействия;

• токсические вещества, продукты горения строительных материалов;

• уменьшение количества эритроцитов, способных обеспечить дыхание.

Большое количество углекислого газа СО₂, действует на дыхательный центр и ускоряет дыхательный процесс, что приводит к поступлению в организм большого количества токсических веществ, угарного газа в кровь. Эти физико – химические процессы могут стать причиной потери сознания, и гибели людей во время пожара.

1.3 Повышение огнестойкости природных строительных материалов

Дерево - природный горючий материал, поэтому пределы огнестойкости деревянной конструкции зависят от двух факторов:

• времени от начала воздействия пожара до момента воспламенения древесины;

• времени от начала воспламенения до наступления того или иного предельного состояния конструкции.

Специальная обработка всего объема деревянной конструкции или ее поверхности позволяет снизить скорость обугливания и увеличить предел огнестойкости конструкции.

В литературе приводятся различные способы химических мер огнезащиты древесины, древесных пластиков, полимерных утеплителей. Среди них пропитка замедлителями горения (антипиренами) и нанесение огнезащитных покрытий. Составы, которые применяются для защиты древесины, должны соответствовать требованиям пожарной безопасности, установленным в НПБ 251-98 «Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие технические требования. Методы испытаний».

В качестве антипиренов обычно используют вещества, в молекулах которых содержатся такие элементы, как галогены, фосфор, азот, бор, металлы. В основе применения антипиренов лежат их плавление или разложение при нагревании. Например, плавятся входящие в состав антипиренов легкоплавкие вещества, такие как сода (Na₂CO₃), бура (Na₂BO₇) и другие. В этом случае часть тепла расходуется на плавление антипиренов, тем самым повышая температуру воспламенения. В другом случае, негорючие газы, выделяющиеся при разложении, смешиваясь с воздухом или создавая изолирующий слой, препятствуют доступ кислорода к поверхности древесины.

1.4. Пропитка природных строительных материалов мочевиной

Эффективных антипиренов в литературе описано немало. Но мое внимание привлекла огнебиозащитная пропитка по финскому рецепту. Рецептура этого состава проста, а ингредиенты можно приобрести в любом хозяйственном магазине. И, что не маловажно, себестоимость такой пропитки низкая.

Рецепт «финской пропитки»: в 10 литрах кипятка следует растворить 1,8 кг соли, 100 г борной кислоты и 100 г мочевины. Можно добавить охры или любой другой краситель (он необходим для контроля покрытия древесины).

Один из инградиентов - мочевина. Чем интересна она с химической точки зрения?

Мочевина — это химическое соединение, которое имеет твердую структуру и представляет собой россыпь белых или слабоокрашенных кристаллических гранул без запаха. Формула мочевины — NH₂CONH_2.. Мочевина, бесцветный кристалл без запаха. Растворимость в воде (в 100 г): при +20°C – 51,8 г, при +60°C – 71,7 г, при +120 °C – 95,0 г.

Мочевина при горении разлагается в соответствии с уравнением химической реакции на углекислый газ, азот и воду:

CO(NH₂)₂ + 3/2O₂ = CO₂ + 2H₂O + N₂.

Таким образом, мочевина является ингибитором процесса горения: углекислый газ не поддерживает горение, газообразный азот, смешиваясь с воздухом, создает изолирующий слой, который так же препятствует процессу горения.

2. Экспериментальная часть

Для проведения эксперимента я подготовил несколько одинаковых деревянных брусков и несколько рабочих растворов концентрацией мочевины: 5%, 10%, 30% и 50%.

Деревянные бруски я обрабатывал растворами трижды с интервалом от 30 минут до 1 часа. После просушки брусков, изучил скорость сгорания древесины. Данные внес в таблицу:

	без пропитки	5%-ый раствор	10%-ый раствор	20%-ый раствор	30%-ый раствор	50%-ый раствор
Время сгорания, с	185	215	270	332	346	360

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод: с увеличением концентрации мочевины в рабочем растворе скорость сгорания уменьшается. Значит, мочевина является ингибитором процесса горения. Многократное нанесение раствора на поверхность способствует глубокому проникновению мочевины. Из данного эксперимента видно, что мочевина является ингибитором процесса горения.

Следующим этапом эксперимента стало определение, сколько процентов древесины сгорает в зависимости от количества слоев пропитки. Взяли 30%-ый раствор пропитки и три одинаковых бруска. Первый пропитал дважды с интервалом 2 часа, второй – покрыл тремя слоями с интервалом 2 часа, третий – четырежды с интервалом 2 часа. Время полного высыхания 48 часов. Бруски сжег. Данные внес в таблицу:

	Двукратная пропитка	Трехкратная пропитка	Четырехкратная пропитка
Процент сгорания	47	41	32

Таким образом, увеличение слоев пропитки сокращает площадь сгорания бруска.

Заключение

В ходе выполнения работы мною доказана эффективность применения мочевины в качестве одного из компонентов огнебиозащитной пропитки древесины. Экспериментальные данные показывают, что скорость и площадь сгорания значительно сокращаются при увеличении концентрации мочевины в растворе и количества слоев пропитки.

Стоимость нашей пропитки (из расчета количества компонентов на 10 литров горячей воды) – 105 рублей.

Литература

1. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов / С.В. Белов [и др.]; под ред. С.В. Белова. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. шк., 2010. 616 с.

2. Безопасность и защита человека в ЧС: пожарная безопасность/ Т. Клепинина, М. Комова, Г. Прытков //Библиотека журнала "Основы безопасности жизнедеятельности». -2006.-№1.-С.36-56

3. Семенов Н.Н. Горение и взрыв. Серия: Ученые - школьника.М.:из. Детгиз, 1945 34 с

4. Тотай, А. В. Теория горения и взрыва: учебник и практикум / А. В. Тотай. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва: Издательство Юрайт, 2013. 295 с.

5. Шароварников А.Ф., Шароварников С.А. Пенообразователи и пены для тушения пожаров. Состав, свойства, применение. –М.: Пожнаука, 2005.335 с.

6.  БушевВ. П. Огнестойкость зданий / В. П. Бушев, А. В. Пчелинцев, В. С. Федоренко, А. И. Яковлев. - М: Стройиздат, 1970. - 261 с.

П риложение 1

Приготовление рабочих растворов

Обработка деревянных брусков огнебиозащитой

Б руски, обработанные рабочими растворами

П риложение 2

Горение бруска, обработанного трижды Горение бруска, обработанного

четырежды

Горение бруска, пропитанного Горение бруска, пропитанного

30%-ым раствором 50%-ым раствором