Огнезащитные пропитки древесины
С начала XIX в. известна высокая эффективность огнезащитных пропиток древесины растворами аммонийных солей. В настоящее время применяют фосфорнокислый аммоний и его смесь с сернокислым аммонием (в пропорциях 1 : 1 и 3:7). При глубокой пропитке древесины фосфорнокислым аммонием его вводят не менее 50 кг на 1 м3 лесоматериалов; смеси с сернокислым аммонием требуется не менее 75 кг на 1м3 (считая по весу сухой соли).
Преимуществом сернокислого аммония является его дешевизна, но при его использовании повышаются гигроскопические свойства пропитанной древесины и усиливается коррозия черных металлов. Снизить коррозию черных металлов позволяет введение в пропитку фосфорнокислого аммония. В автоклавах с применением вакуума и избыточного давления достигается глубокая пропитка, при которой вводят растворы указанных солей в количестве 100 - 120% к весу хвойной и 60 - 90% к весу лиственной древесины.
Огнезащитную пропитку древесины используют для поверхностного нанесения распылителями, такая обработка задерживает развитие пожара на 10 - 15 мин. При поверхностной пропитке сухой древесины целесообразна добавка к раствору 3% поверхностно-активных веществ - керосинового или солярового контакта.
Сущность огнезащитного действия аммонийных солей заключается в следующем: двузамещенный фосфорнокислый аммоний [(NH4)2HP04] разлагается при температуре 155°, сернокислый аммоний [(NH4)2S04] — при 388°, при этом освобождаются сильные кислоты (фосфорная и серная), которые превращают древесину в уголь. Остающийся углерод, обладая незначительной летучестью при температуре до 800 - 900°, не принимает заметного участия в пламенной фазе горения. Количество несгоревшего угля, получающееся в этих условиях, приближается к полному количеству углерода в древесине, т. е. к 50% от веса абсолютно сухой древесины.
Удельная теплотворная способность этого угля составляет примерно 7 850 ккал/кг. Отсюда следует, что при пережигании 1 кг абсолютно сухой пропитанной древесины в уголь остаются невыделившимися 3 925 ккал. Если дополнительно учесть расход тепла на эндотермическое разложение соли (порядка 130 ккал) и на испарение влаги, содержащейся в древесине (около 120 ккал), то от теплотворной способности натуральной древесины (~4450 ккал/кг) остается не более 275 ккал/кг, т. е. всего около 6% от 4 450 ккал/кг. Древесина с таким ничтожным тепловыделением практически теряет способность активно участвовать в развитии пожара. Образующаяся при этом фосфорная кислота создает на угле плотную тонкую пленку, которая не пропускает к нему воздуха, что предотвращает тление образовавшегося угля. Вместе с тем необходимо отметить, что освобождающиеся кислоты ускоряют переугливание древесины, вследствие чего предел огнестойкости пропитанных деревянных несущих элементов снижается. Опыты показали, что пропитанные балки в одинаковых условиях при огневом испытании разрушались под нагрузкой на 17% скорее контрольных непропитанных.
При температуре 20° аммонийные соли не поглощают влагу из воздуха с относительной влажностью ниже 81% (сернокислый аммоний) и ниже 92% (фосфорнокислый аммоний); в этих условиях влажность пропитанной ими древесины не отличается от влажности непропитанной. В воздухе с большей относительной влажностью эти соли переходят в раствор, количество которого увеличивается с ростом влажности воздуха. При достаточно большей относительной влажности воздуха возможно вытекание образовавшегося раствора из древесины. Пропитка древесины аммонийными солями снижает удельную работу разрушения при ударном изгибе на 20 - 40%. Другие показатели сопротивления пропитанной древесины в одних случаях на 10 - 20% увеличиваются, в других на 5 - 15% уменьшаются.
Учитывая увеличение в определенных условиях гигроскопичности, уменьшение вязкости пропитанной древесины, а также снижение предела огнестойкости пропитанных элементов, следует воздержаться от глубокой огнезащитной пропитки напряженных деревянных элементов несущих конструкций. Огнезащитной пропитке древесины, резко снижающей ее калорийность, целесообразно подвергать основную массу лесоматериалов — в виде прилегающих к несущим конструкциям настилов, обшивок, наличников, карнизов и других малонапряженных элементов мелких сечений; в результате огнезащитной пропитки этих легко возгораемых деталей в случае пожара резко уменьшится термическое воздействие и на несущие конструкции. Повысить предел огнестойкости последних можно применением огнезащитных обмазок, а также использованием элементов массивных сечений без щелей и зазоров.
Огнезащитную пропитку древесины элементов деревянных конструкций следует производить после их механической обработки, поскольку при проведении последней могли бы быть удалены наиболее интенсивно пропитанные слои. Кроме того, механическая обработка пропитанной огнезащитными составами древесины, вызывает ускоренный износ пил и ножей из-за большого содержания кристаллов солей.