рис 3_огнепортал

Вспененная оболочка для стальных балок

Темпы капитального строительства предъявляют особые требования к решению огнезащиты металлических конструкций. Современные здания обычно имеют стальной каркас, который может быстро деформироваться под воздействием высоких температур, порой достигающих 500 °C. Чтобы предотвратить разрушение таких конструкций при пожаре, их защищают специальными покрытиями. В последнее время наблюдается повышенный интерес к изучению возможностей повышения огнестойкости строительных конструкций с помощью тонкослойных покрытий, вспучивающихся при нагреве.

Стальные конструкции, или так называемые «скелеты», характеризуются небольшим собственным весом при высокой несущей способности. Они легко собираются на строительном участке. Это делает их идеальным решением для таких объектов, как выставочные залы, стадионы или терминалы аэровокзалов. Однако там, где возможны большие скопления людей, наряду со строительной эффективностью и эстетикой, большое значение приобретают вопросы безопасности, в особенности противопожарной.
Действительно, стальные конструкции сами по себе не горят, однако у них имеется «ахиллесова пята» — высокие температуры. Если температура достигает 500 °C, стальные конструкции быстро размягчаются, сталь «плывет», и здание быстро разрушается. Мало того: под воздействием высоких температур сталь сильно расширяется. В отличие от камня и даже дерева, которые претерпевают небольшие объемные изменения, стальные конструкции сильно удлиняются и расширяются. При этом происходит разрушение компонентов конструкции, что сопровождается ослаблением ее структурной стабильности.

Пассивная защита
Чтобы предотвратить быстрый прогиб стальных конструкций высотных зданий и стадионов под воздействием высоких температур при пожаре, их покрывают специальными защитными составами. Это так называемые вспучивающиеся покрытия, которые набухают в случае пожара и обеспечивают устойчивость металлических элементов. Покрытия наносятся так же, как краска, а толщина варьирует от 300 микрометров до нескольких миллиметров, в зависимости от назначения. Даже если эта пленка кажется слишком тонкой, она обеспечивает серьезную тепловую защиту. В случае пожара толщина вспучивающихся покрытий возрастает в десятки и сотни раз, позволяя им действовать в качестве защитного барьера, предохраняющего конструкцию от воздействия высоких температур.
Термоизолирующие свойства покрытия зависят от плотности пены и размеров пор. Пена замедляет скорость нагревания стальных конструкций, намного увеличивая время до достижения критической температуры 500 °C. Таким образом, здания способны намного дольше противостоять воздействию огня.

Специальные ингредиенты
Поскольку вспучивающиеся покрытия при пожаре должны генерировать защитную пену, для них важны определенные ингредиенты. Наряду с «активными» компонентами, такими как меламин, пентаэритрит и полифосфат аммония (например, Exolit® AP Clariant), они также содержат органические связующие производства компании WACKER. Однако, в отличие от традиционных красок для стен, связующее в огнезащитном покрытии выполняет гораздо более важную функцию, помимо удерживания вместе частиц наполнителя. К примеру, когда температура достигает 250 °C, связующее формирует сплавленную матрицу, в которой происходят дальнейшие термохимические реакции. Первая — разложение полифосфата аммония, выступающего основным ингредиентом вспучивающихся покрытий, в составе которых его почти четвертая часть. Образующаяся фосфорная кислота реагирует с пентаэритритом с образованием эфиров фосфорной кислоты. Если температура продолжает повышаться, эти эфиры также начинают разлагаться с образованием остатков, содержащих углерод и фосфор. Между тем, меламин также подвергается распаду с образованием аммиака и азота. Все эти компоненты действуют как пенообразователи, превращающие остатки эфиров углерода и фосфора в слой термоизолирующей пены.

Ключевой фактор
В отсутствие связующего достичь термоизолирующего эффекта было бы чрезвычайно сложно, поскольку защитный слой был бы очень хрупким и недостаточно прочно прилегал бы к металлической поверхности. Пожары обычно сопровождаются сильной воздушной турбуленцией и вибрациями, поэтому важно, чтобы слой пены не отслаивался от поверхности. Исследования показывают, что специальные сополимеры на основе винилацетата и этилена — иными словами, ВАЭ-дисперсии — и терполимеры на основе винилацетата, этилена и винилового эфира особо эффективно способствуют формированию стабильной матрицы. Хотя связующее во вспучивающихся покрытиях выполняет вспомогательную роль, оно тем не менее критически важно для их эффективности, поскольку именно связующее определяет, как быстро формируется слой пены и какой будет его толщина вокруг стальных элементов.

Время и средства
На рынке представлены различные дисперсии. Есть связующие, способные создавать пену с большим выходом и гораздо более мелкими и глубокими порами. Важно, что при этом требуется меньшая толщина покрытия по сравнению со стандартными системами, однако это никак не влияет на защитный эффект. Вспучивающиеся покрытия часто наносятся в несколько — до семи — слоев, а это, в свою очередь, требует столько же периодов сушки; более тонкое покрытие, обеспечивающее ту же эффективность, то есть такое же время устойчивости под воздействием огня, позволяет сэкономить материалы, время и средства. Есть дисперсии, которые не содержат пластификаторов, то есть при их производстве не используются материалы, содержащие алкилфенолэтоксилаты.
Сегодня практически во всех странах спецификации элементов стальных конструкций зданий должны удовлетворять определенным критериям в отношении продолжительности времени, в течение которого они способны выдерживать воздействие огня. В Германии класс «F 30» означает, что несущая конструкция должна противостоять воздействию огня (высоких температур) в течение по крайней мере 30 минут при стандартных условиях. Чем тоньше стальной элемент, тем толще должно быть защитное покрытие.


Защитные покрытия значительно повышают устойчивость металлических конструкций при пожаре


Стальной каркас без защитного покрытия под воздействием высоких температур стремительно деформируется

Комментарий эксперта

Марина ГРАВИТ, к.т.н., доцент кафедры «Управление и защита в ЧС» Санкт-Петербургского политехнического университета

Какие параметры характеризуют качество вспучивающихся покрытий? На что, в первую очередь, нужно обратить внимание при выборе огнезащитных покрытий?
Главные характеристики для огнезащитных материалов — показатель огнезащитной эффективности и долговечность. С долговечностью у нас достаточно интересная ситуация. Огнезащитные краски на российском рынке появились в 90-ых годах ХХ века. В действительности, только сегодня мы можем посмотреть на конкретных объектах огнезащитные покрытия с десятилетним и пятнадцатилетним сроком службы и оценить их в режиме реального времени. Сейчас производители заявляют о долговечности покрытий на срок 25 и 30 лет. Делают они это на основании ускоренных стандартизированных климатических испытаний. В лабораториях в специализированной камере проводят ускоренные климатические испытания покрытий на подложках, измеряют их физико-механические параметры. Затем смотрят, каким образом пребывание в камере искусственного климата повлияло на покрытие. Если внешний вид и физико-химические показатели материала остались без изменений в течение «ускоренных» 30 лет, то выдается протокол испытания о том, что покрытие прошло серию испытаний по ГОСТ 9.401-91 и выдержало срок долговечности 30 лет. Поэтому для того, чтобы застраховать себя от покупки некачественного товара, нужно запросить такой протокол испытания на долговечность. Но также нужно учитывать, что такие испытания проводятся не в реальных условиях, не на настоящих конструкциях, а на подложках мини-образцов, поэтому абсолютной гарантии, что в реальных строительных условиях покрытие сохранит параметры долговечности, никто не даст.

Какие факторы могут влиять на снижение надежности вспучивающихся покрытий? Есть ли специальные требования эксплуатации таких составов?
Первый и самый главный фактор снижения надежности — нарушение проведения регламента работ. К примеру, есть морозоустойчивые покрытия, и они способны работать при низких температурах и высокой влажности. Есть покрытия, которые можно эксплуатировать только при плюсовых температурах. Эти особенности нужно обязательно учесть. В промышленной атмосфере присутствуют взвеси сернистого газа, различных хлористых соединений, они, безусловно, будут влиять на огнезащитные свойства покрытия. Поэтому огнезащитное покрытие нужно обязательно защищать атмосферостойкими материалами.

Что можно сказать о качестве современных рецептур для производства вспучивающихся покрытий?
Базовые рецептуры известны. Здесь никаких секретов нет. А вот как получить качественное покрытие, которое действительно бы обеспечивало необходимые пределы огнестойкости не только по сертификатам? Это сложный вопрос. У нас нестабильная ситуация с качеством и с документами, подтверждающими соответствие. Рост количества огнезащитных красок на российском рынке поражает. Каждый год появляется по пять-десять новых наименований. При этом вопрос о качестве остается открытым. Сейчас выходят новые изменения в ГОСТ Р 53295-2009 «Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности» и в ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования». Соответственно требования по проведению процедуры сертификации и испытаний для огнезащитных красок усложнятся, что дает надежду на присутствие на российском рынке производителей только с качественной продукцией.

Смотрите также

Дубна останется без завода огнезащитных АКЗ покрытий

Лакокрасочный завод компании «Инновационные промышленные покрытия», который планировалось построить в Дубне, перенесут на другую площадку. …

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Ваше имя

Ваш e-mail

Контактный телефон