Огнестойкое дверное полотно
FIRE-RESISTANT DOOR LEAF

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям противопожарных (огнестойких) деревянных дверей и другим подобным защитным устройствам, пассивно защищающим проемы в строительных противопожарных преградах от воздействия открытого огня и вредных факторов пожара.
Противопожарные деревянные двери отличаются от стальных противопожарных дверей тем, что обладают лучшими эстетическими и экологическими характеристиками и имеют гораздо больший потенциал для выбора индивидуального стиля. Противопожарные деревянные двери универсальны и легко сочетаются с интерьерами любых стилей, отличаются простотой и удобством монтажа.
Техническая проблема, решаемая при создании конструкций противопожарных деревянных дверей, заключается в разработке простой и надежной конструкции, способной оградить объекты защиты, находящиеся в защищаемой зоне, от вредных факторов пожара в течении нормируемого периода времени, то есть в создании не дорогой технологичной в изготовлении конструкции, обладающей необходимыми защитными свойствами.
В известном уровне техники задача создания противопожарных деревянных дверей решалась различными путями.
Известна противопожарная дверь, содержащая дверное полотно, включающее основную панель и наружную облицовку, содержащую насколько слоев и дверную коробку, при этом дверное полотно содержит каркас, выполненный из дерева и размещенный по периметру, между основной панелью и каркасом термоактивный материал, причем основная панель выполнена из древесностружечной плиты (ДСП), а наружная облицовка с каждой стороны основной панели содержит два слоя, выполненных из древесноволокнистой плиты (ДВП), соединенных между собой и с основной панелью посредством адгезионного материала, при этом в дверной коробке по периметру со стороны торцов дверного полотна выполнены две параллельные канавки, одна из которых к лицевой стороне, а вторая - к притвору, в которых размещен термоактивный уплотнитель (RU 2376436, МПК Е06В 5/16, опубликовано 20.12.2009).
Основным недостатком данной конструкции является то, что ее огнестойкость напрямую зависит от толщины дверного полотна и свойств материалов, из которых оно изготовлено. Общеизвестно, что разные сорта древесины и материалы, изготовленные на ее основе, в зависимости от их структуры и плотности, горят с различной скоростью. По статистике, скорость их горения колеблется в интервале от 0,9 до 1,2 мм/мин. Следовательно, для того, чтобы огнестойкость конструкции, изготовленной по предлагаемой технологии, была бы не менее EI 60, толщина ее дверного полотна по центру должна быть не менее 54 мм, а с учетом усиления мест крепления дверного полотна к дверной коробке при помощи петель и места установки замка и доводчика - не менее 62 - 65 мм. Вес квадратного метра дверного полотна противопожарной двери с использованием огнестойкой древесностружечной плиты «SAUERLAND 38 VL», четырех листов древесноволокнистой плиты, общей толщиной 18 мм, клея, шпаклевки и декоративного покрытия в виде шпона, составляет 49-50 кг, при его суммарной толщине 64 мм. Противопожарные двери, изготовленные по предлагаемому техническому решению, нуждаются в установке не менее чем 3-х петель, мощных ручек, замков и доводчиков. Все это приводит к их высокой цене и постоянным ремонтам во время эксплуатации.
Также известна конструкция огнестойкой двери снабженной, по крайней мере по одной внешней стороне огнестойким краевым профилем, например, огнестойким вертикальным брусом обвязки, изготовленным из сплошного удлиненного элемента, в котором выполнен, по крайней мере, один продольный паз, в направлении, параллельном главной плоскости двери, в котором продольный паз заполняется жидким, в последствии затвердевающим огнестойким материалом (RU 2412322, МПК Е06В 5/16, опубликовано 20.10.2010). Очевидно, что данное техническое решение направлено на повышение огнестойкости притвора огнестойких деревянных дверей с целью не допустить краевого прогара полотна двери и последующего прорыва пламени на его не обогреваемую сторону. Однако, данная мера не достаточна для достижения желаемого результата. Для полной защиты притвора двери от прогара по предлагаемой схеме необходимо формообразование таких же пазов с их дальнейшим заполнением и на дверной коробке. В противном случае, при пожаре ничто не помешает огню уничтожить притворную часть дверной коробки и вырваться наружу. Кроме того, предложение использования в качестве заполнения «жидкого, впоследствии затвердевающего огнестойкого материала», а именно эпоксидной смолы воспринимается, по меньшей мере, не однозначно. В соответствии с ГОСТ Р 57270-2016 «Материалы строительные. Метод испытания на горючесть» огнестойкий материал, которым в представленном техническом решении предлагается заполнять продольные пазы в вертикальных брусках обвязки, должен относятся к материалы группы горючести НГ (не горючие), подразделяющиеся на НГ1 (продолжительность устойчивого пламенного горения 0 секунд) и НГ2 (продолжительность устойчивого пламенного горения - не более 20 секунд). Вместе с тем, в соответствии с данными, приведенными в справочнике «Пожарная опасность веществ и материалов»: «Смола эпоксидная, горючее вещество, температура вспышки 78°С; температура воспламеняемости 106°С; температура самовоспламенения 445°С; температурные пределы воспламенения: нижний 75°С, верхний 117°С (Первоисточники: «Пожаровзрывоопасность веществ, материалов и средства их тушения». - В 2 кн. М. Химия 1990 г., «Пожаровзрывоопасные свойства химических веществ». М., НИИТЭХИМ, 1977-1983). Таким образом, эпоксидные смолы, тем более с использованием полиэтиленамина в качестве отвердителя, не могут быть применены в качестве огнестойкого материала для заполнения полостей в противопожарных огнестойких конструкциях, поскольку в соответствии с таблицей 1 ГОСТ Р 57270-2016 имеют группу горючести Г4 и сами являются источником пожарной опасности. Кроме того, к недостаткам предлагаемой конструкции следует отнести значительные технологические сложности, возникающие в серийном производстве при заполнении глухих щелевых каналов любым пластичным огнестойким материалом. Основным недостатком предлагаемой конструкции, относящимся к реализации главной функции, - огнестойкости, вне зависимости от предъявляемых к ней требований (EI30 - EI60), является отсутствие какой-либо защиты от прогара центральной части дверного полотна. При огневом воздействии, ничем не защищенная облицовка сгорает, затем выгорает основа дверного полотна и конструкция полностью разрушается. В этом случае защита притворной части двери становится бессмысленной. Использование данной конструкции в качестве заполнения проемов в противопожарных преградах малоэффективно.
Также известна конструкция огнестойкой двери содержащая дверное полотно, включающее две наружные панели, изготовленные, например, из древесноволокнистой плиты (ДВП), на внутренних поверхностях которых, в продольные каналы, установлены и закреплены планки, а внутреннее пространство между наружными панелями и планками заполнено защитным огнестойким материалом (RU 2428553, МПК Е06В 5/16, опубликовано 10.09.2011). Данная конструкция имеет ряд серьезных технологических и эксплуатационных недостатков. Во-первых, для формирования геометрически сложных поверхностей в монолитных заготовках наружных панелей, в частности технологических пазов для установки планок и каналов для приема защитной панели, а также декоративных фасонных лицевых поверхностей двери необходимы дорогостоящие специальные фрезерные станки в сочетании с соответствующей технологической оснасткой и инструментом. В противном случае наружные панели конструкции придется изготавливать из нескольких, предварительно изготовленных деталей с последующей сборкой, что значительно усложняет технологический процесс производства двери, повышает ее стоимость. Во-вторых, любая неоднородность внутренней структуры заполнения противопожарных дверей приводит к ее «неравнопрочности» по сечению по параметру «огнестойкость». Зоны конструкции с уменьшенной толщиной или наличием стыковых соединений приходится усиливать и дополнительно защищать дорогостоящими огнестойкими клеями и шпаклевками, что ведет к увеличению веса конструкции, повышению ее стоимости и, соответственно, к значительному ухудшению ее эксплуатационных характеристик в штатном режиме -снижению долговечности работы петель, замков и доводчиков.
Наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является огнезащитное дверное полотно, включающее пропитанную огнестойким составом деревянную панель, с внешними поверхностями, снабженными огнестойким термоизолирующим покрытием из слоев фольги и вспучивающейся композиции на основе жидкого стекла, неорганических наполнителей и выгорающих добавок (RU 2272116, МПК Е06В 5/16, опубликовано 20.03.2006). Каждый слой фольги перфорирован с возможностью контакта через перфорации слоев вспучивающейся композиции. Внешние фронтальные поверхности дверного полотна покрывают декоративным слоем, например, шпоном.
Представленное техническое решение обладает целым рядом существенных недостатков, заключающихся в сложности реализации конструкторских решений, обусловленных многослойностью дверного полотна, сложностью технологических приемов при его изготовлении, неоднородностью адгезионных свойств используемых материалов, требующих предварительной перфорации слоев фольги, и главное, в неэффективной защите от огневого воздействия. Конструкция любой противопожарной деревянной двери требует декоративной облицовки внешних слоев конструкции оргалитом, древесноволокнистой плитой (ДВП) или древесно-стружечной плитой (ДСП) покрытых шпоном, как это представлено в предлагаемом техническом решении, или декоративной ПВХ пленкой. Следовательно, первым слоем конструкции, который будет воспринимать огневое воздействие, будет ее облицовка. Температура бесконтактного воспламенения вышеперечисленных материалов, изготовленных на древесной основе, находится в диапазоне от 200 до 250°С, а температура начала срабатывания (вспучивания) вспучивающихся композиций на основе жидкого стекла, содержащего химически связанную воду, от 98 до 100°С (температура кипения воды). Таким образом, при начале огневого воздействия на полотно двери и наличии еще не сгоревшей облицовки, будет происходить одновременное срабатывание всех слоев вспучивающейся композиции, что приведет к резкому увеличению толщины двери и, как следствие, к разрушению ее поверхностных слоев, прочность соединения которых обусловлена лишь наличием перфорации в фольге. При этом внешний слой фольги, закрытый горящей облицовкой, будет не в состоянии отражать никакого теплового излучения, а наличие в составе теплоизоляционного слоя металлической фольги значительно повысит теплопроводность системы в целом. В случае, если температура срабатывания термически активной композиции, как указано в известном техническом решении, равна 300-400°С, данная конструкция двери вообще не может быть признана противопожарной, поскольку в соответствии с п. 5.1.1 ГОСТ Р 53307-2009 «Конструкции строительные. Противопожарные двери и ворота. Метод испытаний на огнестойкость» «максимально допустимая температура на не обогреваемой поверхности полотна в среднем более, чем на 140°С, или в любой контролируемой точке этой поверхности на 180°С в сравнении с температурой конструкции до испытания». То есть, испытания такой двери закончится по причине перегрева конструкции еще до начала достижения температуры срабатывания (300-400°С) огнестойкого термокомпенсирующего покрытия на не обогреваемой стороне. Следует также учесть, что относительное удлинение, например, алюминиевой фольги после разрыва, при толщинах до 0,2 мм в соответствии с ГОСТ 618-2014 «Фольга алюминиевая для технических целей. Технические условия», составляет всего 3% - для мягкой рулонной фольги и 0% для твердой фольги, выпускаемой в листах и при значительном увеличении толщины полотна двери, вызванном увеличением объема вспучивающейся композиции, слои фольги, выполняющие роль несущих элементов слоистой конструкции, разрушатся (лопнут, порвутся) нарушив целостность огнезащитного слоя, оголив деревянную основу двери. В худшем случае, при сохранении целостности твердого варианта фольги, конструкция огнезащитного слоя расслоится и отвалится с деревянной основы. Использование огнестойких составов для пропитки деревянных панелей с целью придания им повышенных свойств по огнестойкости также является чрезвычайно длительной, дорогостоящей, требующей дополнительных производственных площадей, специального температурного режима и избыточного давления технологической операцией. Кроме того, пропитанная огнезащитным составом древесина и панели, изготовленные на основе ее производных (ДСП, ДВП) обладают пониженной адгезией к огнезащитным композициям на основе жидкого стекла. И, основное, пропитку деревянных конструкций, с целью сохранения их огнестойкости необходимо проводить не реже одного раза в 5 лет. Для этого дверное полотно нужно полностью разобрать. Очевидно, что огнестойкость предлагаемых многослойных термовспучивающихся систем определяется количеством слоев вспучивающейся композиции и размещенных на них слоев перфорированной фольги. Технологическое время изготовления подобных многослойных систем, с учетом двухстороннего послойного нанесения и последующего просушивания огнестойкой композиции («6-8 часов на слой с окончательной прокаткой валиком») достаточно велико, что, в свою очередь, значительно увеличивает себестоимость конструкций, изготовленных на их основе. Таким образом, предлагаемая конструкция огнестойкого дверного полотна не технологична в изготовлении, требует дополнительных площадей, специального оборудования для обеспечения жесткого температурного режима и избыточного давления на этапе пропитки деревянных панелей, не состоятельна по параметру огнестойкость и срок ее эксплуатации без дальнейшей пропитки огнестойким составом деревянного полотна не превышает пяти лет.
Настоящее изобретение направлено на создание не дорогой, технологичной конструкции дверного полотна, предназначенного для изготовления деревянных противопожарных дверей, обладающих высокой огнестойкостью, низкой трудоемкостью изготовления, не требующей специального дорогостоящего технологического оборудования и предназначенных для установки в помещениях с повышенными требованиями к внешнему виду и эксплуатационным характеристикам.
Поставленная задача решается в конструкции огнестойкого дверного полотна, включающего основную панель, выполненную из древесины или композиционных материалов на ее основе, огнестойкий слой, содержащий огнестойкое покрытие на основе жидкого стекла и армирующий элемент, и декоративный слой, в котором согласно изобретению на основную панель с двух сторон нанесен слой эластичного огнестойкого адгезива, включающего компоненты кремнезема и его производных, в который погружен армирующий элемент в виде сетки, выполненной из стекловолокна, прикрепленный по периметру к основной панели соединительными элементами, и слой огнестойкого покрытия, выполненный из пластичной огнестойкой керамообразующей штукатурки.
Основная панель может быть выполнена из мебельного щита, фанеры, древесно-стружечной плиты (ДСП), древесноволокнистой плиты (ДВП), гипсо-стружечной плиты (ГСП) или цементно-стружечной плиты (ЦСП).
Толщина слоя эластичного огнестойкого адгезива, составляет 0,5-0,8 толщины армирующей сетки, в качестве которой используют усиленную сетку из стекловолокна, предназначенную для армирования базового штукатурного слоя при антивандальной защите с размером ячеек 4,0×4,0 мм.
В качестве соединительных элементов, фиксирующих армирующую сетку по периметру к основной панели, используют металлические скобы, установленные с шагом 50-60 мм.
Указанная штукатурка содержит жидкое натриевое стекло, глицерин, вспученный перлит и изопропиловый спирт.
По периметру дверного полотна установлен каркас, выполненный из деревянных брусков.
Сущность изобретения поясняется на примере его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи:
Фиг. 1 - огнестойкое дверное полотно, выполненное согласно изобретению, вид спереди.
Фиг. 2 - поперечный разрез дверного полотна А-А.
Фиг. 3 - то же, укрупненный фрагмент Б поперечного разреза
А-А.
Фиг. 4 - огнестойкое дверное полотно, выполненное согласно изобретению после огневого воздействия, вид с боку.
Фиг. 5 - фотография фрагмента дверного полотна после огневого воздействия в течение 60-ти минут;
Фиг. 6 - фотография поперечного разреза фрагмента дверного полотна после огневого воздействия в течение 60-ти минут.
Огнестойкое дверное полотно 1 включает основную панель 2, к которой по торцам при помощи саморезов 3 прикреплен деревянный каркас 4. На обе лицевые поверхности основной панели 2 и деревянного каркаса 4 нанесен слой эластичного адгезива 5, на который приклеена и прикреплена по лицевому периметру деревянного каркаса 4 металлическими скобами 6 армирующая сетка 7. На поверхность армирующей сетки 7 нанесен слой огнестойкой керамообразующей штукатурки 8, на которую с двух сторон огнестойкого дверного полотна 1 при помощи эластичного адгезива 5 и саморезов 9, расположенных по периметру основной панели 2 и деревянного каркаса 4, прикреплены листы 10 МДФ. Все поверхности огнестойкого дверного полотна 1 покрыты декоративным отделочным слоем 11.
Огнестойкое дверное полотно согласно настоящему изобретению изготавливают в следующей последовательности:
- основную панель 2 изготавливают из огнестойкой ДСП;
- производят окантовку торцов основной панели 2 деревянным каркасом 4 толщиной 15-20 мм. Крепление деревянного каркаса 4 к торцам основной панели 2 производят при помощи саморезов 3;
- готовят эластичный огнестойкий адгезив 5, смешивая жидкое натриевое стекло и глицерин. Для достижения однородности состава (удаления пузырьков воздуха) и придания адгезиву дополнительной вязкости добавляют изопропиловый спирт;
- готовят пластичную огнестойкую керамообразующую штукатурку 8, смешивая жидкое натриевого стекло, глицерин и вспученный перлит.Для достижения однородности состава (удаления пузырьков воздуха) и придания штукатурке дополнительной вязкости добавляют изопропиловый спирт;
- для армирования огнезащитного слоя конструкции нарезают в размер армирующую сетку 7 из стекловолокна с маркировкой «У» (ГОСТ Р 55225-2012 «Сетки из стекловолокна фасадные армирующие щелочестойкие. Технические условия»). Размер ячеек сетки 4,0×4,0 мм по основе и по утку (в горизонтальном и вертикальном направлении);
- на одну из сторон основной панели 2 и деревянного каркаса 4 наносят слой эластичного адгезива 5 толщиной 0,6-0,8 толщины армирующей сетки 7;
- накладывают и приклеивают на основную панель 2 и деревянный каркас 4 армирующую сетку 7 и прикрепляют ее по лицевому периметру деревянного каркаса 4 соединительными скобами 6, с шагом 50-60 мм при помощи степлера;
- на прикрепленную армирующую сетку 7 по всей поверхности основной панели 2 и деревянного каркаса 4 наносят слой пластичной огнестойкой керамообразующей штукатурки 8, толщиной от 2 до 4 мм в зависимости от требуемой огнестойкости (EI 30-EI 60) двери;
- производят сушку огнезащитного слоя при температуре 18-20°С в течение 6-8 часов;
- переворачивают основную панель 2 на другую сторону и повторяют процедуру нанесения адгезива 5, армирующей сетки 7, пластичной огнестойкой керамообразующей штукатурки 8, конструкцию высушивают;
- на слой огнезащитного покрытия при помощи эластичного адгезива 5 и саморезов 9, по периметру основной панели 2 и деревянного каркаса 4 с обеих сторон дверного полотна прикрепляют наружные листы 10 МДФ, толщиной 3 мм;
- производят окончательную сушку дверного полотна в течение 6-8 часов при температуре 18-20°С;
производят ламинирование поверхностей дверного полотна натуральным шпоном или ПВХ пленкой 11 при помощи вакуумного пресса.
Высокая огнестойкость предлагаемой конструкции дверного полотна 1 достигается за счет того, что при воздействии на ее поверхность открытого огня, воспламеняется слой ламинированного МДФ 10, температура огнестойкой керамообразующей штукатурки 8 и адгезионного слоя 5 достигает значения 100°С и из них начинает обильно выделяться химически связанная вода, размягчая составы и превращая их в эластичные, способные к расширению огнестойкие композиции.
Благодаря армирующей сетке 7 на основе стекловолокна и ее 100% химическому сродству с компонентами огнезащитного слоя, содержащего жидкое стекло, огнезащитный слой не разрушается и после полного испарения воды увеличивается в размере, отходит от поверхности основной панели 2 в сторону огня, оставаясь прикрепленным к ней только по периметру, который в конструкциях противопожарных дверей закрыт притвором дверной коробки и повисая на способной к семи процентному удлинению улучшенной сетке 7 из стекловолокна, образует твердый огнестойкий керамический «панцирь» 13 в виде купола, защищающий поверхность основной панели 2 от воздействия открытого огня. Как показано на фигуре 4 между образовавшимся керамическим «панцирем» 13 и основной панелью 2 образуется воздушное пространство 14, являющееся самым лучшим термоизолятором, теплопроводность которого не меняется с течением времени. Основная панель 2, изготовленная из ДСП «SAUERLAND» модели 16.5 VL, (толщиной 16,5 мм), без доступа воздуха не горит, а только тлеет со средней скоростью 0,08-0,1 мм/мин, что подтверждено многочисленными экспериментами и протоколами испытаний на базе испытательной лаборатории «ЦСИ «Огнестойкость-ЦНИИСК». (Протокол сертификационных испытаний №17ск-2017. Испытательная лаборатория ЗАО «ЦСИ «Огнестойкость»).
При испытании конструкций с пределом огнестойкости EI 60 основная панель 2, изготовленная из ДСП толщиной 16,5 мм, разрушается (истлевает), с учетов времени сгорания наружного слоя МДФ (6-8 минут), только на глубину 6-9 мм, при общей толщине дверного полотна 33-34 мм.
Таким образом, в данном изобретении представлено решение технического противоречия во времени: в штатной ситуации конструкция ведет себя как обычная дверь, защищающая от несанкционированного проникновения, а при пожаре она превращается в надежную противопожарную конструкцию, за счет увеличения ее толщины 12, образования прочного, армированного сеткой керамического защитного слоя в виде купола 13 и обладающей низким коэффициентом теплопроводности воздушной термоизолирующей полости 14.
Из выше изложенного следует, что деревянные противопожарные двери, укомплектованные огнестойкими дверными полотнами, изготовленными с использованием предлагаемого технического решения, обладают высокой огнестойкостью, сравнительно не большим весом, технологичны в изготовлении, не требуют дополнительного технологического оборудования и оснастки, не дороги, надежны и долговечны в эксплуатации.