Токсичность продуктов горения – это свойство летучих химических веществ (токсичных газов и материалов) выделять токсичные вещества при термическом разложении и горении материалов (в виде тления или пламени) и оказывать поражающее действие на организм человека или животного.
Токсичные газы – это газообразные и парообразные компоненты продуктов горения, от которых в наибольшей мере зависит токсический (летальный) эффект.
Токсичные твердые продукты горения (дым от сигареты)
Согласно статистическим данным доля общего числа погибших при пожарах от действия продуктов горения составляет 75-80%. Токсичность продуктов горения определяется токсической дозой (токсодозой).
Токсичность продуктов горения является одним из основных показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов и определяется по стандартной методике в режиме пламенного горения или тления материалов.
Показатель токсичности продуктов горения используется при:
- оценке токсичности продуктов горения различных веществ и материалов, их классификации;
- определении области применения;
- для сравнительной оценки полимерных отделочных и теплоизоляционных материалов;
- в качестве исходных данных при расчете необходимого времени эвакуации людей при пожаре в здании (помещении);
- при математическом моделировании развития пожара.
Для получения данных о концентрациях выделившихся токсичных соединений в анализируемой среде могут быть использованы газоанализаторы, химические газоопределители и методы лабораторного инструментального анализа (газовая хроматография, масс-спектрометрия и др.).
Наиболее опасными токсичными газами – газо- и парообразными компонентами продуктов горения, от которых в наибольшей мере зависит токсический (летальный) эффект, являются оксид углерода (СО), циановодород (HCN) и хлороводород (HCl). На токсический эффект продуктов горения может оказывать влияние высокое содержание диоксида углерода (СО2). Этот эффект усиливается при уменьшении концентрации кислорода (О2).
В зависимости от состава материала в продуктах горения могут также присутствовать оксиды азота (NхOу ), акролеин (CH2CHCHO), фтороводород (HF), бромоводород (HBr), диоксид серы (SO2) и др.
Группы
Согласно п. 10 ст. 13 Федерального закона РФ № 123-ФЗ по токсичности продуктов горения горючие строительные материалы подразделяются на следующие 4 группы:
- Т1 (малоопасные);
- Т2 (умеренно опасные);
- Т3 (высокоопасные);
- Т4 (чрезвычайно опасные).
Классы опасности
Классификация горючих строительных материалов по значению показателя токсичности продуктов горения приводится в таблице № 2 ГОСТ 12.1.044-89.
Показатель токсичности продуктов горения – это отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50% подопытных животных.
| Класс опасности | HCL50, г × м-3, при времени экспозиции, мин | |||
| 5 | 15 | 30 | 60 | |
| Чрезвычайно опасные | До 25 | До 17 | До 13 | До 10 |
| Высокоопасные | 25-70 | 17-50 | 13-40 | 10-30 |
| Умеренно опасные | 70-210 | 50-150 | 40-120 | 30-90 |
| Малоопасные | Свыше 210 | Свыше 150 | Свыше 120 | Свыше 90 |
Метод испытания (определения)
Для определения показателя токсичности (п. 4.20 ГОСТ 12.1.044–89), устанавливают зависимость летального эффекта продуктов сгорания от массы материала, отнесенной к единице объема замкнутого пространства.
Установка состоит из камеры сгорания вместимостью не менее 3×10-3 м3, выполненной из нержавеющей стали толщиной 2 мм. Внутренняя поверхность камеры теплоизолирована асбестоцементными плитами и облицована алюминиевой фольгой. На верхней стенке камеры под углом 45° к горизонтали установлена электронагревательная панель размерами 120×120 мм. В камере сгорания на ее дверце укреплен держатель образца, выполненный из листовой жаростойкой стали в виде рамки размерами 100x100x10 мм, в которой закреплен поддон из асбестоцемента. Поддон имеет углубление для фиксированного размещения асбестоцементного вкладыша с образцом испытуемого материала.
Установка для определения токсичности продуктов горения:
1 – камера сгорания; 2 – держатель образца; 3 – электронагревательный излучатель; 4 – заслонки; 5, 18 – переходные рукава; 6 – стационарная секция экспозиционной камеры; 7 – дверца предкамеры; 8 – подвижная секция экспозиционной камеры; 9, 15 – штуцеры; 10 – термометр; 11 – клетка для подопытных животных; 12 – предкамера; 13 – предохранительная мембрана; 14 – вентилятор; 16 – резиновая прокладка; 17 – клапан продувки
Нагреваемая поверхность держателя образца и поверхность электронагревательной панели параллельны, расстояние между ними равно 60 мм. Над держателем образца расположена газовая горелка таким образом, что при испытании ее пламя длиной 10-12 мм касается поверхности верхней части образца. На боковой поверхности камеры сгорания имеется окно из кварцевого стекла для наблюдения за образцом при испытании.
Экспозиционная камера, соединенная с камерой сгорания переходными рукавами с заслонками, состоит из стационарной и подвижной секций. В верхней части камеры находится четырехлопастный вентилятор перемешивания. Кроме того, камера снабжена предохранительной мембраной из алюминиевой фольги, клапаном продувки, штуцерами для присоединения газоанализатора и ввода термометра. Перемещением подвижной секции изменяют вместимость экспозиционной камеры от 0,1 до 0,2 м3. В предкамеру вместимостью 1,5×10-2 м3, оборудованную наружной и внутренней дверцами и смотровым окном, помещают клетку с подопытными животными.
Испытания проводят в двух режимах: термоокислительного разложения (тления) при температуре поверхности образца 400 °С и пламенного горения при температуре поверхности образца 750 °С с зажженной газовой горелкой.
В предварительных испытаниях определяют для каждого материала температурный режим, способствующий выделению более токсичных продуктов горения. Для герметизации камеры нагнетают воздух в надувную прокладку, вставляют в держатель образца вкладыш с контрольным образцом из асбестоцемента размерами 60x60x10 мм. На центральном участке нагреваемой поверхности образца закрепляют термопару. Закрывают заслонки переходных рукавов и внутреннюю дверцу предкамеры, выводят установку на режим пламенного горения.
После выхода электронагревательной панели на стационарный режим открывают заслонки переходных рукавов и дверцу камеры сгорания. Вынимают вкладыш с контрольным образцом и термопарой, зажигают газовую горелку. Устанавливают в держатель вкладыш с образцом исследуемого материала. После воспламенения образца газовую горелку немедленно отключают. Продолжительность горения образца определяют по времени достижения максимальных значений концентрации оксида и диоксида углерода в экспозиционной камере или принимают равным 15 мин. Затем закрывают заслонки переходных рукавов и включают вентилятор перемешивания. Клетку с животными помещают в предкамеру, наружную дверцу которой закрывают. После снижения температуры газов в нижней части экспозиционной камеры до 30 °С открывают внутреннюю дверцу предкамеры и фиксируют время начала экспозиции животных. Экспозицию проводят в течение 30 мин при концентрации кислорода не менее 16 %. В каждом испытании используют десять белых мышей массой по 20 г.
После завершения экспозиции открывают клапан продувки, заслонки переходных рукавов, наружную дверцу предкамеры, включают вентилятор и вентилируют установку в течение 10 мин. Регистрируют число погибших животных и характерные признаки интоксикации.
Испытания в режиме тления проводят при 400 °С, при этом газовую горелку не зажигают. Термостойкие материалы испытывают при 600 °С. В случае самовоспламенения образца температуру испытания снижают с интервалом 50 °С.
Критерием выбора режима испытаний служит наибольшее число летальных исходов в сравниваемых группах подопытных животных. При выбранном температурном режиме в основных испытаниях находят ряд значений зависимости летальности животных от величины отношения массы образца к вместимости экспозиционной камеры. Для получения токсических эффектов меньше и больше уровня летальности 50% изменяют вместимость экспозиционной камеры, оставляя постоянными размеры образца исследуемого материала.
При определении токсичности учитывают гибель животных, наступившую во время экспозиции, а также в течение последующих 14 суток. В зависимости от состава материалов при анализе их продуктов сгорания определяют количество оксида и диоксида углерода, цианистого водорода, акрилонитрила, хлористого водорода, бензола, оксидов азота, альдегидов и других веществ. Для оценки вклада оксида углерода в токсический эффект измеряют содержание карбоксигемоглобина в крови подопытных животных.
Полученный ряд значений зависимости летальности от массы материала используют для расчета показателя токсичности HCL50. Расчет проводится при помощи пробит-анализа или других способов расчета средних смертельных доз и концентраций.
Источники: Федеральный закон РФ от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»; ГОСТ 12.1.044–89 ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения; Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Часть 1. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. –М.: 2004.