Прометей огне статья

Благодарить ли Прометея, подарившего огонь? Вся правда об огнезащитных красках

Статистика свидетельствует, что такого количества пожаров на душу населения, стольких погибших, травмированных, сколько в России, нет ни в одном государстве. Экономисты утверждают, что если пожарные события будут развиваться в таком же темпе, то вскоре прирост ВВП будет затрачиваться на восстановление ущерба от них. Причин пожаров много. Это и изношенные электросети, и человеческая беспечность, и сварочные работы без соблюдения мер предосторожности. В последние годы все чаще причиной пожаров становятся намеренные поджоги. Пожар, возникающий по другим причинам на наиболее важных, дорогих объектах (заводских цехах, торговых центрах, театрах и кинотеатрах), в настоящее время легко обнаруживается еще на начальном этапе с помощью всевозможных датчиков, которые дают команды на включение автоматических систем пожаротушения. Но ведь достаточно перерезать один проводок, и система окажется беспомощной…

Наиболее уязвимые элементы здания, разрушение которых при пожаре приводит к катастрофическим последствиям, – опорные конструкции. Их «отказ»воспринимать нагрузку приводит к обрушению перекрытий, кровли. К большим бедам приводит и повреждение электрокабелей. Огнеборцы решили, что нужно делать опорные конструкции стойкими к действию огня, предложив так называемую пассивную защиту. Суть ее заключается в создании на поверхности конструкции покрытия, которое не горит и не разрушается при воздействии высоких температур в течение заданного времени и предохраняя конструкцию. В настоящее время для защиты от пожара предложено немало композиций. Наряду с обмазками и штукатурками для защиты от огня сегодня широко используются рулонные, плитные материалы в основном на основе базальтового волокна. Актуальность проблемы пассивной защиты в наши дни значительно возрастает из-за расширения масштабов применения легких стальных несущих и ограждающих конструкций из профилированного стального листа. Они имеют чрезвычайно низкий уровень огне-стойкости – всего восемь–десять минут. Анализируя публикации о пассивных средствах огнезащиты, авторы пришли к мысли, что в этой сфере возникли разночтения, не только в оценке огнезащитной эффективности предлагаемых российскими производителями огнезащитных средств, но и терминологические расхождения, а, как известно из древнего мифа, по этой причине сорвалось возведение Вавилонской башни.

ТЕРМИНОЛОГИЯ
С терминологии в сфере огнезащиты и начнем. Нередко употребляется термин огнезащитная краска. Многие авторы понимают под ним краски, покрытия из которых не горят. Толщина таких покрытий миллиметр. Но разве могут такие покрытия спасти от разрушения во время пожара стальные конструкции, железобетонные конструкции? Эти конструкции и без таких покрытий не горят, но разрушаются при нагревании до критических температур. Тонкая пленка, образовавшаяся из таких красок, предотвратить нагревание тоже не может. Не может она спасти на пожаре и деревянные конструкции, однако она и предотвратит на какое-то время их контакт с огнем. Но древесина при нагревании, даже при отсутствии прямого контакта с огнем, тоже начнет нагреваться, при этом начнется деструкция ее химической сущности, будут выделяться горючие газы и дерево вспыхнет. Такие краски огнезащитными назвать никак нельзя. В США и странах ЕС термин огнезащитные краски тоже употребляется, но там ему, согласно стандарту ASTME 84, отведено «строгое» место: покрытия из этих красок должны защищать древесину, причем калифорнийскую пихту от возгорания в течение 15 минут. Подразумевается, что за этот период времени древесина не нагреется до температуры 330 °С, свыше которой она уже самовозгорается, находясь под негорючим покрытием. Добавим, что древесина других пород самовозгорается при иных температурах. Следует отметить, что россияне, должны знать о существовании ГОСТ 9825-75 «Материалы лакокрасочные. Классификация и обозначения». В соответствии с ним, ЛКМ, покрытия из которых не горят, обозначают определенным шифром, на конце которого ставят индекс «НГ» – негорючие. Пример – «ПФ-218НГ», то есть пентафталевая, для внутренних работ, покрытия из нее не горят. Напомним, что предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления хотя бы одного из нормируемых признаков предельных состояний. Это следующие потери:
– несущей способности (обозначается литерой R);
– целостности (обозначается литерой E);– теплоизолирующей способности (обозначается литерой I).

Разве способны покрытия из таких огнезащитных красок обеспечить хотя бы один из перечисленных признаков? Некоторые авторы под огнезащитными красками понимают такие, которые в составе содержат пигменты, отражающие инфракрасное (тепловое) излучение. Если наряду с этим и покрытия из этих красок не горят, то да, на какое-то, но тоже непродолжительное время, они предотвратят возгорание или разрушение подложки. На основании вышесказанного считаем, что термин огнезащитные краски из официального обихода следовало бы, чтобы не было путаницы, вывести. Обеспечить пределы огнестойкости могут лишь интумесцентные краски.

КРАСКИ ПЕРВОЙ НЕОБХОДИМОСТИ
Прометей 1То, что горит деревянный дом, превращаясь в пепел, никого не удивляет. Древесина – горючий материал. А вот то, что при пожаре разрушаются стальные или железобетонные несущие конструкции, изготовленные изначально из негорючих материалов, вызывает у непосвященных удивление. Сталь не горит, но при нагревании до 500 °С теряет прочность и опорные конструкции из нее разрушаются. Железобетон – тоже негорючий материал, но по мере повышения его температуры до 250 °С может начаться взрывное отделение кусков бетона из-за вскипания в нем воды. При более высокой температуре начинается опасное ослабление стальной арматуры. При температуре выше 550 °С гидроксид кальция (известь), присутствующий в цементной матрице, разлагается на оксид кальция (негашеная известь) и воду. При тушении пожара водой начинается обратная реакция (гашение извести), в результате которой ее продукт, то есть гидроксид кальция (гашеная известь), увеличивается в объеме в два раза. Он «рвет» бетон, образуются трещины, через них вода проникает вглубь изделия. Способствует разрушению и кварцевый песок, наиболее часто используемый заполнитель бетона. Во-первых, он обладает высокой теплопроводностью, поэтому способствует глубокому прогреву бетонной конструкции. Наряду с этим кварц при температуре 573 °С претерпевает структурное превращение, переходя из β-модификации в α-модификацию, сопровождающуюся увеличением объема. Это создает внутренние напряжения, их развитие может привести к разрушению бетонной конструкции. Так что, для предотвращения разрушения таких конструкций необходимо защитить их не собственно от огня, а от нагревания. Поэтому в настоящее время и начинает уделяться наибольшее внимание интумесцентным краскам. Нанесенные на какое-то основание, они образуют покрытие, способное при воздействии огня или воздуха, нагревшегося до определенной температуры, вспучиваться и образовывать толстый слой негорючей пены с низкой теплопроводностью. Этот слой защищает и от прямого контакта с огнем и от нагревания до опасной температуры. Значимость этих лакокрасочных материалов подчеркнута в Федеральном законе «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». В статье 53 «Способы защиты людей и имущества от воздействия опасных факторов пожара» подчеркнута необходимость использования интумесцентных красок. Неспроста, их называют красками первой необходимости.

СОСТАВ ИНТУМЕСЦЕНТНЫХ КРАСОК
Обязательные компоненты традиционных интумесцентных красок таковы:
– пленкообразователи;
– вещества, способные при нагревании превращаться в пенококс;
– вещества, способные при нагревании выделять газы, вспучивающие образующийся пенококс;
– вещества, упрочняющие пенококс и одновременно обеспечивающие его адгезию к субстрату.

В отечественной практике в качестве пленкообразователей используют преимущественно водные дисперсии полимеров, например, поливинилацетатные, стиролакриловые, реже – растворы полимеров в органических растворителях, например, раствор хлорсульфированного полиэтилена. Пенококс образуется при нагревании пентаэритрита – органической составляющей пленкообразователя. Вещества, способные при нагревании выделять газы – это те же пленкообразователь, пентаэритрит, поскольку все они при нагревании разлагаются с образованием углекислого газа и водяных паров. Вводят в интумесцентные краски и меламин, а также полифосфат аммония, которые при разложении выделяют газообразный аммиак. Продукты распада полифосфата аммония упрочняют пенококс и обеспечивают его адгезию к различным субстратам, прежде всего металлам, за счет хемосорбции фосфорнокислотных групп. Исследователи из Санкт-Петербурга установили, что коэффициент вспучивания пенококса, его адгезионная прочность к стали может быть заметно повышена введением в исходные интумесцентные краски наночастиц – фуллерена С60, нанотрубок – и объяснили их влияние воздействием на химические реакции, происходящие в этих красках во время вспучивания. Ученые также установили упрочняющее воздействие на пенококс базальтовых волокон. Недавно исследователи из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова предложили изготавливать интумесцентные краски, в которых в качестве вспучивающего компонента используется окисленный интеркалированный графит, способный к расширению при нагревании. Этот графит и становится основой пенококса. Наряду с обязательными компонентами в интумесцентных красках могут вводиться и компоненты «второго эшелона». Например, если от покрытия требуется определенный цвет, то вводится соответствующий пигмент, если оно должно проявлять повышенные противокоррозионные свойства – то вводится ингибитор коррозии.

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ
У интумесцентных красок он многогранен. Во-первых, это высокие теплоизоляционные свойства пенококса. Его теплопроводность почти так же низка, как и у воздуха. Во-вторых, это высокая эндотермия (поглощение теплоты) тех физико-химических процессов, которые протекают во время превращения исходного лакокрасочного покрытия в пенококс. За счет эндотермических эффектов охлаждается зона горения. В-третьих, это образование газов (аммиака, углекислого газа, паров воды), которые отводят теплоту от горящего покрытия, снижая тем самым его температуру, и разбавляют воздух, уменьшая в нем концентрацию кислорода.

ИННОВАЦИИ
В конце 40-х начале 50-х годов прошлого века во всем мире быстрыми темпами развивалось производство водных дисперсий полимеров, на основе которых изготавливали клеи, лакокрасочные материалы. В СССР предпочтительное внимание было уделено поливинилацетатной дисперсии (ПВАД). Учитывая успешный опыт ее использования для изготовления обычных строительных красок, были предприняты попытки создания на ее основе интумесцентных красок. При участии автора в конце 60-х годов прошлого века в СССР была разработана и запущена в производство первая отечественная интумесцентная краска на основе ПВАД, названная мастикой «ВПМ-2». Ею были обработаны стальные конструкции объектов, которые возводились к Олимпиаде 1980 года. Мастика удовлетворяла всем противопожарным требованиям, однако ее производство после землетрясения в Армении было прекращено, потому что прекратилось производство мелема – одного из важнейших компонентов этой краски, который синтезировали на разрушенном заводе. До сих пор мелем в России не производится.

Прометей 2

Поскольку интумесцентные краски становились все более востребованными, то в ряде научно-исследовательских институтов бывшего СССР, на некоторых заводах были разработаны лакокрасочные материалы из имевшихся в наличии компонентов причем в большей части рецептур пленкообразователем был ПВАД. Наибольших успехов добилось ООО «Теплохим», (Москва), которое длительное время производило интумесцентные краски для стали («ВУП-2»), древесины («ВУП-2Д»), кабелей («ВУП2К»). Однако недавно это предприятие прекратило деятельность. Вследствие значимости интумесцентных красок для народного хозяйства России и в виду отсталости в этой сфере от развитых стран, в настоящее время все больше отечесвенных исследователей начинают искать пути совершенствования интумесценых красок. Образовано несколько научных центров. К примеру, научно-производственное объединение «Унихимтех», возникшее при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова и функционирующее при участии сотрудников и выпускников этого вуза. На базе разработанной в нем технологии получения окисленного интеркалированного графита, способного вспучиваться при температуре от 120 °С, были созданы интумесцентные краски «Огракс». Организацией, в которой проводятся наиболее глубокие исследования механизма функционирования интумесцентных красок, роли в этом каждого компонента, стал Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения. В нем разработаны ряд красок, уже производящихся в промышленных масштабах, например «Политерм-М», «Политерм-М ВД-ВА», установлено, что для повышения адгезионной прочности пенококса целесообразно окрашивать сталь специальной огнезащитной грунтовкой, а по этому грунту наносить интумесцентные краски. Предложено и введение в рецептуру инумесцентных красок фторированного углерода (производит ООО «Фактория ЛС», Санкт-Петербург), степень фторирования которого около 50% и который содержит до двух процентов фторированных фуллеренов, что заметно повышает огнезащитную эффективность интумесцентных красок, а покрытиям придает гидрофобность. Заметный вклад в развитие интумесцентных красок вносит и ООО «Научный инновационный центр строительства и пожарной безопасности» в Санкт-Петербурге, который разработал и производит несколько интумесцентных красок. Как уже отмечалось, в большей части отечественного ассортимента интумесцентных красок в качестве пленкообразователя используется ПВАД. Покрытия из таких интумесцентных красок не могут быть использованы в открытой атмосфере из-за нестойкости к осадкам. Авторами предложено модифицировать ПВАД этилсиликатами, глиоксалем, что приводит к заметному повышению атмосферостойкости. Проводятся поиски путей усовершенствования жидкостекольных интумесцентных красок и за рубежом, в частности в Германии.

ПЯТНА НА ИНТУМЕСЦЕНТНЫХ КРАСКАХ
Немного «запятнали» себя и интумесцентные краски. Самое большое «пятно» – снижение адгезионной прочности образовавшегося пенокоса к субстратам, прежде всего, к стали. Адгезионная прочность покрытия, образовавшегося из исходной интумесцентной краски, если окрашивание произведено по всем правилам, высока. Ее обеспечивает, в основном, тот пленкообразователь, на основе которого построена интумесцентная краска. Под воздействием высоких температур происходит термическая деструкция пленкообразователя, и основное количество точек адгезионного взаимодействия покрытия (в этом случае пенококса) уничтожается. Пенококс на оставшихся одиноких «ниточках» повисает вблизи субстрата и под действием воздушно-газовых потоков, возникающих на пожарах, может быть оторван от защищаемой конструкции. Такое всегда проявляется при так называемых углеводородных пожарах – при горении нефтепродуктов и метана. При углеводородном пожаре заметно и еще одно «пятно» интумесцентных красок: покрытие из них нередко даже не успевает превратиться в пенококс, поскольку скорость образования его меньше, чем скорость повышения температуры. Не все гладко с интумесцентными красками и при целлюлозном пожаре, то есть при горении древесины, бумаги, картона. Многочисленные огневые испытания, проведенные в последнее время, показали, что «шуба» образуемая интумесцентными красками, может выдержать контакт с языком пламени, возникающим, при целлюлозном пожаре (температура около 900 °С), не более 60 минут. После этого ее сдувает конвекционными термопотоками. На этих основаниях приняты рекомендации не применять интумесцентных красок там, где может возникнуть углеводородный пожар, и там, где пожар может быть только целлюлозным, но предел огнестойкости должен превышать 60 минут.

Прометей 3

ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ
Она такая же, как и для традиционных ЛКМ. Окрашиваемые поверхности должны быть очищены от всех видов загрязнений и загрунтованы. В качестве грунтовки большинство изготовителей интумесцентных красок рекомендуют использовать «ГФ-021». Авторы, однако, считают, что использование такой грунтовки – не лучшее решение в тех случаях, когда применяются интумесцентные краски на основе водных дисперсий полимеров, поскольку покрытие из них проявляют к покрытиям из глифталей (а таковые образует глифталевая грунтовка «ГФ-021») слабую адгезию. Экспериментально доказано, что более высокую адгезионную прочность обеспечивают грунтовки «ВД-ВА-01 ГИСИ», «Владан», которые одновременно выступают и преобразователями ржавчины (позволяют окрашивать и стальные изделия, с поверхности которых удалены лишь грязь и пластовая ржавчина). Для того чтобы грунт, образующийся из этих грунтовок, проявил высокую адгезию к стальным конструкциям, необходимо наличие на ней легкого налета продуктов коррозии. Это дополнительный аргумент в пользу применения такой грунтовки, поскольку на стальных конструкциях всегда есть продукты коррозии, которые перед использованием «ГФ-021» необходимо удалять, что хлопотно и дорого. Наличие большого количества фосфорной кислоты в этих грунтовках предотвращает быструю потерю при пожаре адгезионной прочности между сформированным грунтовочным слоем и сталью.

В. А. Войтович, к.т.н., И. Н. Хряпченкова, к.т.н. ННГАСУ (Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет)

Смотрите также

w1056h594fill

Украина выделила 100 млн гривен на безопасность военных объектов

Правительство Украины после серии пожаров на складах боеприпасов решило выделить средства для предотвращения подобных ЧП. …

Комментарии

  1. Фаизов Р.Б.

    столько буковок ради одной фразы?…..»ВД-ВА-01 ГИСИ лучше чем ГФ-21″…..
    нехорошо заниматься саморекламой….
    ….ВД-ВА-01 ГИСИ. Аббревиатура раскрывается как водно-дисперсионная, винилацетатная грунтовка (на основе поливинилацетатной дисперсии), 01 — символ грунтовок в соответствии с ГОСТ 9825-73 «Материалы лакокрасочные. Классификация и обозначения», ГИСИ — Горьковский инженерно-строительный институт. В этом институте (ныне — Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет)….

Добавить комментарий для Фаизов Р.Б. Отменить ответ

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

Ваше имя

Ваш e-mail

Контактный телефон