Методика оценки огнезащитных свойств покрытий в условиях воздействия внешних факторов

Язык труда и переводы:
УДК:
620.197.6
Дата публикации:
20 июля 2021, 16:33
Категория:
Б4. Промышленная и экологическая безопасность
Авторы
Шмакова Оксана Алексеевна
ООО «ЦИС НИИЖБ-ПОЛИГОН»
Аннотация:
Рассмотрена необходимость использования огнезащитных покрытий для металлических конструкций. Показана актуальность исследования влияния условий эксплуатации на покрытия с течением времени. Разработана методика для определения эффективности огнезащитных покрытий, основанная на методе искусственного старения образцов, а затем дальнейшего испытания в печи и исследовании на адгезию покрытия к основному металлу.
Ключевые слова:
адгезия, лабораторные испытания, огнезащита, вспучивающиеся покрытия, ускоренные климатические испытания
Основной текст труда

Крупные пожары последних лет указывают на проблему в обеспечении пожарной безопасности зданий. Для каркаса зданий используют металлоконструкции, они имеют значительное преимущество, например, перед конструкциями из бетона, поскольку имеют меньшие габариты и простоту в монтировании. Но такие конструкции при воз­действии температуры свыше 500 °C начинают терять несущую способность и деформи­роваться. При этом температура открытого пламени может достигать 1000 °C.

Предел огнестойкости несущих металлических конструкций в зависимости от толщины металлических конструкций составляет от 7 до 27 мин, в то время как мини­мальные значения составляют от 15 и до 120 мин в зависимости от степени огнестой­кости зданий [1].

Использование огнезащиты стальных конструкций экономически выгоднее, чем применение металлоконструкций с большей толщиной только для обеспечения требу­емой огнестойкости. 

В области огнезащиты существует проблема сохранения свойств огнезащитных покрытий в течение процесса эксплуатации на объектах.  В связи с этим так важно проверять, как поведет себя огне­защитный состав в реальных условиях при длительной эксплуатации. Поэтому цель настоящего исследования — разработать методику, позволяющую провести оценку адгезии огнезащитного покрытия в условиях эксплуатации с течением времени

Для повышения огнестойкости зданий наибольшее распространение получили тонкослойные покрытия, к которым относятся огнезащитные краски, лаки, эмали. Они подразделяются на две группы:

1) невспучивающиеся;

2) вспучивающиеся. 

Невспучиваю­щиеся краски при нагревании не увеличивают толщину своего слоя и представляют собой огнезащитный экран для материала. Вспучивающиеся краски при нагревании разла­гаются вокруг защищаемой конструкции с поглощением тепла, происходит выде­ление инертных газов и паров, которые замещают атмосферный кислород и блокируют конвективный перенос тепла к защищаемой поверхности, подавляя пламя вблизи слоя покрытия, уменьшают поток тепла и замедляют процесс горения.

Существующая проблема сохранения огнезащитных свойств покрытий с течением времени особенно остро касается вспучивающихся покрытий, большинство из которых имеют полимерную основу, подверженную старению.

Как было экспериментально установлено ранее [2]:

1) огнезащитные покрытия на эпоксидной основе или с добавлением графита наиболее устойчивы к воздействию условий эксплуатации и с течением времени их огне­защитная эффективность практически не снижается;

2) однокомпонентные составы на водной или органической основе не способны выдержать циклы старения и при пожаре они не смогут защитить металлические конструкции от высоких температур. Поэтому поверх них следует наносить защитное покрытие, которое убережет их от воздействия неблагоприятных факторов среды.

Необходимо после искусственного старения провести для огнеза­щитных покрытий на эпоксидной основе или с добавлением графита анализ адгезии, а для однокомпонентных составов на водной или органической основе нанести защитное покрытие, оценить адгезию.

На сегодняшний день прочность адгезионного взаимодействия двух веществ можно определить, используя следующие методы:

  • метод решетчатых надрезов;
  • метод Х-образных надрезов;
  • метод отрыва.

Метод решетчатых надрезов заключается в нанесении на покрытие перпендику­лярных надрезов специальным ножом и дальнейшей визуальной оценке состояния покрытия по четырехбалльной системе. Однако метод неприменим при толщине покры­тия более 250 мкм и для текстурированных (шероховатых) покрытий. Для метода Х-образного надреза делают два надреза под углом друг к другу в форме буквы X. На место надреза накладывают липкую ленту и пальцем плотно прижимают ее к покрытию, а затем удаляют под определенным углом вместе с отслоившимися участками покрытия. При использовании метода отрыва на пластинки для испытаний одинаковой толщины и текстуры окрашиваемой поверхности наносят испытуемый лакокрасочный материал. Цилиндрические заготовки приклеивают непосредственно к поверхности лако­красочного покрытия с помощью клея. Склеенные образцы после затвердевания клея испытывают на отрыв (растяжение), измеряя усилие, необхо­димое для отрыва покрытия от окрашиваемой поверхности. Результатом испытания является усилие отрыва, необходимое для нарушения адгезии или когезии в испытуемом покрытии.

Поскольку толщина нанесенных покрытий будет превышать 250 мкм, для качественной и количественной оценки адгезии будут использованы методы X-образного надреза и отрыва.

На практике для установления срока службы огнезащитных покрытий используются два независимых подхода: ускоренные климатические испытания и натурные испытания (в реальных условиях эксплуатации). В качестве образцов могут выступать как небольшие пластинки (140×80×0,8 мм) из стали [3], так и колонны двутаврового сечения длиной 1700 мм [4]. В связи с трудоемкостью и большими временными затратами проведения натурных испытаний чаще используются ускоренные испытания в климатических камерах, моделирующих температурно-влажностные условия, приближенные к реальным условиям эксплуатации. Существующий метод испытаний в ускоренных климатических условиях [5] использует широкий спектр оборудования, что является материально затратным. Поэтому предлагается усовершенствованная методика ускоренного старения огнезащитного покрытия, основные моменты которой излагаются ниже. 

В рамках разрабатываемой методики предполагается проводить испытания на шести образцах, из которых выбирают три основных и три контрольных. Для испытаний используют пластинки из стали марки Ст3 длиной 140 мм, шириной 80 мм и толщиной 1,0 мм, на которые наносят огнезащитное покрытие и защитное покрытия (эмаль ПФ-115). Перед испытаниями контрольные образцы кондиционируют в эксикат­оре с насыщенным раствором цинка азотнокислого 6-водного при температуре 23 ± 5 °С. Один цикл испытаний (48 ч) включает следующие операции:

  • 8 ч образцы последова­тельно выдерживают в сушильном шкафу при температуре 60 ± 5 °С;
  • 16 ч — в эксика­торе, заполненном водой, с относительной влажностью воздуха над ней 100 % и при температуре 23 ± 5 °С;
  • 8 ч — в сушильном шкафу при температуре 60 ± 5 °С;
  • 16 ч — в эксика­торе при температуре 23 ± 5 °С и влажности воздуха 65 ± 5 %.

Всего необходимо провести семь циклов по описанной выше схеме. По истечении указанного срока образцы кондиционируют. Далее проводится оценка коэффициента вспучивания и адгезии покрытия указанными выше методами.

Таким образом, огнезащита металлоконструкции является необходимостью. Эксплуатация зданий составляет несколько десятков лет, за это время огнезащитные покрытия могут терять свои свойства в результате влияния условий эксплуатации, что обуславливает необходимость проводить исследования огнестойкости покрытий со временем. Поскольку исследования в печи уже были проведены и показали, что не все покрытия способны выдерживать воздействие огня со временем. Поэтому необходимо после искусственного старения образцов провести для огнезащитных покрытий на эпоксидной основе или с добавлением графита анализ адгезии, а для однокомпонентных составов на водной или органической основе нанести также защитное (финишное) покрытие, оценить огнестойкость и адгезию методом отрыва. Это позволит провести комплексную оценку поведения покрытий в условиях эксплуатации с течением времени и под воздействием внешних факторов. Важность проведения исследования адгезии обусловлена отсутствием статистики в других исследованиях.

Литература
  1. Баратов А.Н., Пчелинцев В.А. Пожарная безопасность. М.: АСВ, 1997. 176 с.
  2. Мемешкина Е.С., Харин В.А. Методика и результаты оценки влияния эксплуата- ции на огнезащитные свойства покрытий металлоконструкций // IV Международная научно-практическая конференция молодых ученых по проблемам техносферной безопасности. Москва, 21–22 апреля 2020 г., РХТУ им. Д.И. Менделеева. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2020 г. 49-53 с.
  3. Определение теплоизолирующих свойств огнезащитных покрытий по металлу. М.: ВНИИПО, 1998. 15 с.
  4. ГОСТ Р 53295–2009. Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности (с изм. № 1). М.: Стандартинформ, 2010. 8 с.
  5. ГОСТ 9.401–2018. Единая система защиты от коррозии и старения (ЕСЗКС). Покрытия лакокрасочные. Общие требования и методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов. М.: Стандартинформ, 2019. 118 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.