Physical, mechanical and fire properties of wood deep impregnated by flame and bioretardants

This paper presents the results of research of influence on physical, mechanical and fire properties of wood to its impregnation with the use of three fire and bio protective systems: 1. The system is based on the solution of inorganic nitrogen - phosphorus-containing compounds (composition 1). 2. The system is based on organic nitrogen-phosphorus-containing compounds, which was used as the commercially available fire and bio protective composition Ammofon-1 (composition 2); 3. The system is based on organic film-forming intumescent substances, which was used as a product of oxidation of plant polysaccharides (composition 3). The obtained results demonstrate that the introduction of the fire and bio protective compounds in the wood structure is the most positive effect on such indicators of fire hazard such as flammability and ability to spread flame over the surface. At the same time, the levels of absorption (from 25-30 kg/m³) do not lead to deterioration of physical and mechanical properties that says about the prospects of using the method of deep impregnation to reduce the fire hazard of bearing and enclosing structures made of wood, eliminating the possibility of the development of latent combustion and rapid development of the fire. The most difficult issue is the reduction of smoke generation ability and toxicity of combustion products, to reduce which it is necessary to enter in the structure of the wood compounds in excess of commercially reasonable levels (more than 40 kg/m³). Moreover, in this case may indeed be some degradation of physical and mechanical properties of wood and its adhesion properties. At the same time, the excess impregnation can effectively be used for decorative layers of glued structures, or when using wooden elements (do not perform structure functions) in the decoration of the premises, including emergency exits. In this case, given the generally small size wooden finishing elements, the excess impregnation does not pose any technological difficulties. The results of the work determined control values, characterizing the influence of absorption level on the physical, mechanical and fire properties of wood (see Table).

wood, timber construction, strength, fire hazard, fire retardants, impregnation, древесина, деревянные конструкции, прочность, пожарная опасность, антипирены, глубокая пропитка

1. Russell L. J., Marney D. C. O., Humphrey D. G., Hunt A. C., Dowling V. P., Cookson L. J. Combining fire retardant and preservative systems for timber products in exposed applications - State of the art review / Forest and Wood Products Research and Development Corporation // Manufacturing & Products, Project number: PN04.2007. -2004. -35 p.

2. Park H.-J., Wen M.-Y., Kang C.-W., Sun Y.-X. Development of physical pretreatment method for wood fire retardant impregnation // BioResources. - 2017. - Vol. 12, No. 2. - P. 3778-3789. DOI: 10.15376/biores.12.2.3778-3789.

3. Балакин В. М., Полищук Е. Ю. Азот-фосфорсодержащие антипирены для древесины и древесных композиционных материалов (литературный обзор) // Пожаровзрывобезопасность.-2008. -Т. 17, № 2. -С. 43-51.

4. Полищук Е. Ю., Сивенков А. Б., Бирюков Е. П. Нормативные требования к огнезащите древесины и экспертная оценка ее качества // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. -2016.-№ 2. -С. 77-80.

5. Таубкин С. И. Способы и средства огнезащиты древесины. - М.-Л. : Изд-во Наркомхоза РСФСР, 1944.-76 с.

6. Сморчков А. А., Орлов Д. А., Кретова В. М. Исследование влияния огнезащитной пропитки конструкций из древесины на их напряженно-деформированное состояние // Промышленное и гражданское строительство. -2012. -№ 4. -С. 20-21.

7. Ермолина Т. В., Ермолина А. В. Исследование свойств древесины, подвергнутой огнезащитной пропитке // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения : материалы Всероссийской научно-практической конференции. -Красноярск : СибГТУ, 2007. -С. 27.

8. Soltani A., Hosseinpourpia R., Adamopoulos S., Taghiyari H. R., Ghaffari E. Effects of heat-treatment and nano-wollastonite impregnation of fire properties of solid wood // BioResources. - 2016. - Vol. 11, No. 4. -P. 8953-8967. DOI: 10.15376/biores.11.4.8953-8967.

9. Ермолин В. Н. Повышение проницаемости древесины хвойных пород жидкостями : дис.…д-ра техн. наук. -Красноярск, 2001.-332 с.

10. Стенина Е. И. Технология пропитки древесины мышьяксодержащими антисептиками : дис.… канд. техн. наук. -Екатеринбург, 2009. -199 с.

11. Нигматуллина Д. М., Стенина Е. И., Полищук Е. Ю., Сивенков А. Б. Антипирирование деревянных конструкций способом глубокой пропитки // Технологии техносферной безопасности : интернетжурнал. - 2016. - № 5(69). - 6 c. URL: http://agps-2006.narod.ru/ttb/2016-5/04-05-16.ttb.pdf (дата обращения: 06.05.2017).

12. Пат. 2204547 Российская Федерация,МПКC07C 59/105 (2000.01), A62D 1/02 (2000.01), C09K 21/06 (2000.01), C09K 21/14 (2000.01), A62C 2/00 (2000.01), A62C 5/00 (2000.01), A62C 5/027 (2000.01). Интумесцентный коксообразующий антипирен, способ его получения, способ огнезащитной обработки горючего субстрата и способ тушения очага горения / Скибида И. П., Асеева Р. М., Сахаров П. А., Сахаров А. М.-№ 2001119199/04; заявл. 12.07.2001; опубл. 20.05.2003, Бюл. № 14.

13. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности : Федер. закон РФ от 22.07.2008 № 123-ФЗ (в ред. от 03.07.2016). URL: http://docs.cntd.ru/document/902111644 (дата обращения: 06.05.2017).

14. СП 64.13330.2011. Деревянные конструкции (актуализированная ред. СНиП II-25-80).-Введ. 20.05.2011.-М. : ОАО “ЦПП”, 2011.