автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Свойства и оптимизация составов вспучивающихся покрытий для огнезащиты металлических конструкций

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ХАРЬКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Р Г Б ОД пРавах рукописи

" о пив 12м

Ш Н А Л Ь Тарас Николаевич

СВОЙСТВА И ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВОВ ВСПУЧИВАЮЩИХСЯ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ОГНЕЗАЩИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

05.23.05 - строительные материалы и изделия 05. 26.02 - пожарная безопасность

Автореферат диссертации на соискание научной степени кандидата технических наук

Харьков - 1995

Диссертация является рукописью

Работа выполнена во Львовском Государственном Университете "Львовская политехника"

Научные руководители: д. т. н.. с. н. с.

. ОРЛОВСКИЙ Юрий Игоревич

к. т. н.. с.н.с. ИВАШКЕВИЧ Борис Петрович

Официальные оппоненты: д. т. н.. проф.

ПЛУГИН Аркадий Николаевич д. т. н., проф.

ЖАРТОВСКИЙ Владимир Михайлович

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт строительных конструкций Госкомградостроения Украины, г.Киев

Защита диссертации состоится "23" января 1996 г. в 14 час на заседании специализированного совета Д. 02 .07.03 по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия и 05.26.02 - пожарная безопасность Харьковского Государственного технического университета строительства и архитектуры по адресу: 310002, Харьков, ул.Сумская. 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ХГТУСА по адресу: Харьков, ул. Сумская, 40.

Автореферат разослан "21" декабря 1995 года

Ученый секретарь • специализированного совета Ц. а. Емельянова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА-РАБОТЫ

В последние годы при строительстве зданий и сооружений нашли применение легкие металлические конструкции в сочетании с эффективными теплоизоляционными материалами. Обладая высокими прочностными и теплоизоляционными характеристиками, такие конструкции имеют один существенный недостаток - малую огнестойкость, т. е. неспособны в условиях пожара сохранять продолжительное время свои эксплуатационные качества.

При критических температурах предел текучести и модуль упругости стали и алюминиевых сплавов резко снижаются, падает несущая способность, увеличиваются деформации, что, в конечном итоге, приводит к разрушению конструкций и человеческим жертвам. Особенно подвержены воздействию высоких температур облегченные металлические конструкции, не имеющие теплозащиты, которые быстро прогреваются и разрушаются в течение нескольких минут. Как правило, обрушение конструкций не ограничивается очагом пожара, а в силу существующих связей между элементами / прогонами, фермами, балками / распространяется на значительные площади.

Особенную огнеопасность представляют штампованные и профилированные металлические настилы покрытий с утеплителями из полимерных материалов. В случае пожара металлические настилы в течение 1...2 мин прогреваются до температуры разложения полимерного утеплителя, что приводит к его пиролизу, растеканию и распространению пожара.

Значительную пожарную опасность представляют сталежелезобе-тонные конструкции с внешним металлическим армированием - сталебетонные балки, сталетрубобетонные колонны, стальные закладные детали и элементы в конструкциях, которые, как правило, не удовлет-

воряют требованиям СНиП 2.01.02-85 "Противопожарные нормы". Огнестойкость незащищенных стальных элементов таких конструкций составляет около 15 минут.

С принятием Украиной в 1994 г. законов "О пожарной охране" и "Об охране труда" проблемы огнезащиты металлических конструкций приобретают значительную актуальность.

До последнего времени в качестве огнезащиты металлическигх конструкций применяли конструктивные мероприятия: обетонирование, кирпичную облицовку, оштукатуривание цементно-песчаными, перли-то-цементными, асбесто-перлитовыми растворами, а также защиту конструкций гипсовыми, асбестоцементными плитами, элементами из легкого и огнеупорного бетона. Однако, такие мероприятия, наряду с положительными качествами, имеют существенные недостатки среди которых следует отметить:

- необходимость использования специальных деталей и устройств для крепления к поверхности конструкций /скоб, болтов, арматурной сетки, спиральной проволоки я т.д./;

- значительную трудоемкость, дополнительный расход материалов на изготовление вышеуказанных элементов, .установку и снятие облицовок и крепежных деталей после пожара;

- необходимость применения специального оборудования для приготовления и нанесения огнезащитных штукатурок.

Все эти мероприятия приводят;' к значительному утяжелению конструкций и сооружений, усложнению строительно-монтажных работ, их удорожанию и увеличению сроков строительства и ремонта.

Учитывая вышесказанное, очевидна необходимость повышения уровня индустриализации' огнезащитных работ путем создания эффективных огнезащитных покрытий, наносимых на поверхность конструктивных элементов,, являющихся одновременно качественными отделочными материалами.

Одним из путей в этом направлении является разработка вспучивающихся покрытий. Огнезащитный эффект таких покрытий основан на теплоизолирующем действии вспененной массы, которая препятствует притоку избыточного тепла к защищаемой поверхности и предохраняет ее от нагревания до критической температуры.

Цель диссертационной работа - усовершенствовать механизм огнезащитного действия покрытий и разработать высокоэффективный вспучивающийся отделочный состав для металлических конструкций и тем самым способствовать повышению уровня пожарной безопасности строительных объектов.

Научная гипотеза. Для известных покрытий наиболее эффективной противоусадочной добавкой будет служить такое вещество, которое практически не растворяется в воде, а при нагревании плавится при возможно более высокой температуре, увеличивая тем самым количество жидкой фазы. Кроме того, для стабилизации вспученного слоя необходимо добиться более высокой вязкости расплава и защиты от чрезмерного нагрева его внутренних слоев. Предположительно, в состав покрытия следует ввести вещество, которое плавилось бы при максимально высокой температуре или образовывало бы с антипирена-ми, входящими в Состав покрытия, тугоплавкие соединения.

На защиту выносятся:

- оптимизированная методами экспериментально-статистического моделирования (ЗСМ) рецептурно-технологическая модель вспучивающегося огнезащитного покрытия по металлическим конструкциям;

- результаты исследований физико-механических, теплофизичес-ких и технологических свойств разработанных составов покрытий;

- данные по огнестойкости элементов стальных и алюминиевых конструкций, защищенных покрытием оптимального состава;

- технология изготовления и нанесения покрытия;

- результаты внедрения покрытия на промышленных и граждане-

ких объектах Украины.

Научную новизну работы составляют:

- научно обоснованные и оптимизированные рецептуры огнезащитных вспучивающихся покрытий по стали и алюминиевым сплавам с повышенными фактурными показателями;

- данные о физико-механических, теплофизических и технологических характеристиках покрытий;

- физико-химическая модель процесса вспучивания базового состава покрытия;

- результаты натурных огневых испытаний стальных элементов и элементов из алюминиевых сплавов, защищенных разработанным составом.

Практическое значение работы и реализация результатов исследований. На основании проведенных исследований:

- разработана техническая документация и освоено промышленное производство вспучивающегося покрытия на заводе "Полиэфир" /г.Городок, Львовской обл./ и научно-производственным предприятием "Громада" /г. Львов У;

- осуществлено внедрение около 21 т огнезащитного вспучивающегося покрытия типа ОВК-2 для защиты металлических и деревянных конструкций на ряде объектов Украины!

Апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных,работ.

Материалы диссертационной работы доложены и обсуждались на:

XXXIII Международном семинаре'"Принятие рецептурно-техноло-гических решений -по экспериментально-статистическим моделям", Одесса. 1994; на Межгосударственном семинаре "Проблемы огнезащиты строительных материалов'и конструкций". Львов, 1994;

Международном семинаре "Структурообразование, прочность и разрушение композиционных строительных материалов", Сумы, 1994; VII Международном конгрессе по композиционным материалам. София

/Болгария/. 1994; XXXIV Межгосударственном семинаре "Принятие ре-цептурно-технологических решений по экспериментально-статистическим моделям". Одесса, 1995; I Международном симпозиуме "Проблемы строительства деревянных и металлических конструкций". Одесса, 1995; IV Жешувско-Львовской конференции "Проблемы строительства и инженерии среды", Жешув, Польша, 1995.

Диссертационная работа выполнялаяь в 1991... 1995 гг. в Украинском научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте строительных материалов и изделий / г.Киев / и Государственном университете "Львовская политехника". Внедрение результатов исследований проводилось Львовским инженерным центром "Строитель" и научно-производственным предприятием "Громада" при непосредственном участии автора, в 1991...1993 гг. на промышленных и гражданских обьектах Украины.

Объем и структура диссертации. Диссертация содержит 248 страниц машинописного текста; 80 рисунков и фотографий; 32 таблицы; состоит из вступления, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 170 наименований и приложений.

'• КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе рассмотрено состояние вопроса, научная гипотеза, задача исследований.

В 1976...1986 гг. в бывшем Львовском филиале НИИСМИ были проведены исследования, целью которых являлась разработка вспучивающихся композиций для огнезащиты деревянных, полимерных и металлических конструкций как для строительства, так и судостроения.

Эмпирическим подбором компонентов было разработано и апробировано несколько десятков композиционных составов, часть которых

была рекомендована для практического применения. Научйое обоснование отобранных составов, а также детальное комплексное исследование свойств и долговечности этих покрытий не проводилось.

В настоящей работе преследуется цель - усовершенствовать механизм огнезащитного действия покрытий и разработать высокоэффективный вспучивающийся отделочный состав для металлических конструкций и тем самым способствовать повышению уровня пожарной безопасности строительных объектов.

Основным источником информации о составах и области применения покрытий являются, главным образом, патентные описания, анализ которых позволяет установить основные тенденции в развитии исследований в этой области. Все известные вспучивающиеся композиции - лаки и краски имеют следующие общие недостатки: многоком-понентность, длительность сушки, дефицитность компонентов, использование растворителей и веществ высокоопасных в пожарном отношении, недостаточную влаго- и атмосферостойкость, низкую химическую стойкость к воздействию многих агрессивных сред, низкую сопротивляемость вибрационным нагрузкам.

Исследования; проведенные за последние 15 лет направлены в основном на преодоление вышеназванных недостатков, развитие комбинированных систем, комплексных универсальных покрытий и гибких рулонных вспучивающихся материалов, которые закрепляются на поверхности защищаемых от воздействия огня и повышенных температур конструкций. Среди огнезащитных"йокрытий, разработанных институтами и организациями бывшего СССР наибольшее распространение получили вспучивающиеся краски типа ВПМ и ВПД промышленный выпуск которых на Украине был освоен Черновицким химзаводом.

Однако, в настоящее время в результате разрушенных экономических связей эти краски не выпускаются и практически Украина осталась без производства вышеназванных покрытий.

Поэтому работы, направленные на разработку и внедрение в технику противопожарной защиты зданий, сооружений и оборудования вспучивающихся огнезащитных покрытий с высокими фактурными показателями являюгя важными для обеспечения противопожарной безопасности объектов народного хозяйства Украины.

Анализ ранее выполненных работ и практики применения вспучивающихся огнезащитных покрытий позволили сформулировать цель и основные задачи настоящего исследования.

Для достижения поставленной цели последовательно решались следующие основные задачи.

1. Усовершенствовать механизм огнезащитного действия вспучивающегося покрытая.

2. Осуществить целенаправленный поиск веществ и материалов для реализации усовершенствованного огнезащитного действия покрытия с наперед заданными свойствами.

3. Разработать экспериментально-статистическую рецептурную модель, позволяющую оптимизировать базовый состав покрытия. .

4. Разработать установки и методики, позволяющие с достаточной точностью и надежностью оценить огне- и теплозащитные характеристики разработанного состава.

5. Разработать состав покрытия полифункционального назначения, а именно как строительный фактурный и огнезащитный материал.

6. Определить эксплуатационные характеристики материала и его огнезащитные свойства.

7. Определить санитарно-гигиенические характеристики материала и установить экологические аспекты технологического процесса.

8. Отработать технику изготовления и внедрить в практику строительства разработанный материал и способы его нанесения на конструкции из стали и алюминиевых сплавов.

9. Определить рациональные и перспективные области применения разработанного материала, провести его технико-экономическую оценку эффективности при огнезащите металлических конструкций.

Во второй главе обоснован выбор компонентов вспучивающихся покрытий, методика изготовления и испытаний образцов, приведены характиристики существующих составов покрытий по металлу.

Анализируя разработанные составы вспучивающихся огнезащитных покрытий можно сделать вывод, что все компоненты, обуславливающие их вспучивание и огнезащитные свойства можно подразделить на 4 основные категории.

1. Неорганические кислоты или вещества, разлагающиеся с образованием кислот в температурном интервале 100...250 °С: орто- и полифосфаты аммония, бура, борная кислота - наиболее эффективные антипирены, используемые как кислотные катализаторы.

2. Полигидратные вещества,'имеющие большое количество атомов углерода: пентаэритрит, крахмал, декстрин, сахароза, целлюлозосо-держащие вещества - соединения, образущие при взаимодействии с кислотой обильный угольный остаток.

3. Органический амин или амид : дициандиамид, карбамид, ме-ламин и его производные - синергетики, усиливающие действие фосфатов в основном за счет газофазных реакций.

4. Галогеносодержащий компонент: хлорпарафин, трихлорэтил-фосфат, хлорсодержащие смолы и различные галогенсодержащие сополимеры - вещества, оказывающие пластифицирующее и связующее действие, а также являющиеся источниками хлористого водорода, который в присутствии оксидов сурьмы, алюминия, титана и других, используемых как наполнители и пигменты, оказывает эффективное огнезащитное действие как в твердой, так и в газовой фазах.

Анализ исследований по разработке составов вспучивающихся покрытий по металлу ВНИИПО позволил обосновать выбор направления

и

исследований. Наиболее перспективным оказалось направление по разработке покрытий на основе органических связующих: мочевино-формальдегидной (карбамидной) и меламиномочевиноформальдегидной смол.

Испытание связующих и их адгезии к плодложке, исследование прочности сцепления связующей части композиций проводили по методике. позволяющей определять как усилие нормального отрыва, так и сдвига покрытия относительно поверхности подложки.

Огнестойкость покрытий исследовалась по методу "кислородного индекса". "Кислородный индекс" определялся как предельное содержание кислорода в двухкомпонентной атмосфере, при котором возможно устойчивое горение испытуемого материала.

Методика исследований теплофизических характеристик включала изучение теплопроводности, температуропроводности, теплоемкости и тепловой активности. Определение комплекса ТФХ выполнялось по методике изложенной в "Методических рекомендациях по определению комплекса теплофизических характеристик строительных и теплоизоляционных материалов", НИИСМИ. Киев, 1984г.

По методике исследования на влияние эксплуатационных воздействий покрытие испытывалось на прочность при сжатии . растяжение при изгибе, ударную вязкость, вибростойкость и способность к отслаиванию.

В третем разделе рассмотрено улучшение свойств, оптимизация состава и исследование работы вспучивающихся покрытий на основе карбамидных смол.

На основании анализа недостатков разработанных ранее вспучивающихся составов обоснован выбор наиболее перспективных веществ, введение которых в состав покрытия повышает предел огнестойкости стали и алюминиевых сплавов и эксплуатационные характеристики покрытия. Установлено, что предел огнестойкости покрытий на осно-

ве карбамидных смол можно значительно повысить вводя в состав борный ангидрид, растворенный в глицирине.

Положительный эффект достигается тем, что при его взаимодействии с фосфорным ангидридом образуется тугоплавкое соединение фосфат бора с температурой плавления выше 1000°С. Это предотвращает преждевременное сползание вспученного слоя и повышает адгезию покрытия к подложке.

Положительная роль меламина в повышении предела огнестойкости объясняется сетчатой структурой, образуемой циклическими молекулами, состоящими из углерод-азотных атомов. При повышении температуры в .результате эндотермических реакций образуются циклические производные мелем и мелон, отличающиеся повышенной термостойкостью ' и меньшей горючестью, чем все остальные органические компоненты.

Показано, что температура начала вспучивания играет значительную роль для огнестойкости покрытия. Разработанный состав покрытия характеризуется температурой вспучивания 170...180°С. При повышении температуры до 240...260°С предел огнестойкости покрытия снижается.

Установлено, что предел огнестойкости покрытия не зависит от вида аммонийной соли фосфорной кислоты. Замена диаммоний фосфата на аммофос не снижает предела огнестойкости покрытая. Результаты испытаний на горючесть как отдельных компонентов, так и покрытия в целом с оценкой по кислородному индексу были использованы для корректировки составов с целью снижения количества горючих веществ, увеличения антипиренов и минеральных наполнителей.

Показано, что увеличение содержания минеральных наполнителей, играющих роль загустителей покрытия на стадии приготовления и стабилизаторов вспененного слоя, приводит к снижению коэффициента вспучивания, что влечет за собой ухудшение теплофизических

характеристик покрытия. Оптимальное количество минеральных наполнителей вспученного перлитового песка и рубленного стекловолокна составляет 2.5...4 мас.%.

Установлено, что из всех исследованных добавок наиболее эффективное влияние на снижение деформаций усадки оказывают меламин и аммофос. При этом предел огнестойкости покрытия не только не снижается, а несколько повышается. Деформации усадки покрытия на основе карбамидоформальдегидной смолы в среднем в 4 раза ниже, чем на меламинокарбамидоформальдегидной. Это объясняется более, высокой вязкостью и плотностью /1,265 г/см3/ первой по сравнению со второй /1,204 г/см3/.

Исключение, из состава покрытия воды и замена её на соответствующее количество смолы способствует снижению деформаций усадки при твердении покрытия.

Разработанный базовый состав покрытия обеспечивает предел огнестойкости алюминиевого сплава в течение 60 мин при обеспече— нии ' высоких физико-механических и эксплуатационных характеристик покрытия, что в 1.5 раза выше предела огнестойкости и огнестойкости на "тепловой удар", чем покрытия ВПМ - 2 ВНИИПО.

Получена трёхфакторная экспериментально-статистическая модель, отражающая влияние содержания трёх основных компонентов, влияющих на предел огнестойкости: борного ангидрида, диаммоний-фосфата и меланина, имеющая вид:

У(П0) = 63,0 + 2, 2Х1 - 2,2\г+ 1,4X^2+ 1.4X^3 + 3,5Х2- 3.7Х22+ + 1,1Х2Х3 +

4, 0хз- 5,2Х32 +

Анализ полученной модели (рис.) позволил оптимизировать базовый состав покрытия.

На основании экспериментально-теоретических предпосылок и прямых экспериментов установлены основные теплофизические харак-

Рис. Графическое представление ЭСМ покрытия в трёхмерном пространстве. ■ »

теристики покрытия с учётом изменения плотности и повышения температуры по стандартной кривой пожара.

Анализ зависимости коэффициента теплопроводности от температуры показал, что в процессе нагрева и вспучивания покрытия протекает не непрерывное снижение коэффициента при снижении плотности. До температуры вспучивания коэффициент растет, а затем начинает снижаться, достигая минимумам интервале 500.. .600°С. Дальнейшее повышение температуры приводит к повышению коэффициента теплопроводности..Это объясняется тем, что в высокопористой среде при малой плотности большую роль играет конвекция, резко увеличивающаяся при снижении плотности и увеличении диаметра пор.

Показано, что теплозащитные свойства покрытия зависят не только от теплофизических характеристик, но и от высоты вспученного слоя, которая изменяется в процессе пиролиза покрытия в за-

висимости от температуры и времени при испытании по стандартной кривой пожара.

Изучены основные физико-механические и эксплуатационные свойства покрытия базового состава на основе двух смол: карбами-доформальдегидной КФ-Ж и меламинокарбамидоформальдегидной ММ-54-У. Предел огнестойкости составов на обеих видах смол практически одинаков и находится в пределах 54... 68 мин. при коэффициенте вспучивания 7...15. Основные физико-механические и эксплуатационные характеристики покрытия базового состава по подложке из алюминиевого сплава приведены в таблице.

Для использования в покрытии предпочтение следует отдать ме-ламинокарбамидоформальдегидной смоле, которая более морозостойкая и устойчивая к гидролизу за . счет модифицирующих добавок.

На основании современных представлений о механизме вспучивания огнезащитных покрытий, результатов огневых, теплофизических испытаний и термогравиметрического анализа научно обоснована рецептура и разработана физико-химическая модель процесса вспучивания состава базового покрытия.

В четвёртом разделе изложены результаты исследований на огнестойкость стальных и алюминиевых элементов конструкций, защищенных вспучивающимися покрытиями.

Повышение температуры незащищенного металла приводит к изменению структуры и снижению механических характеристик, что приводит к снижению несущей способности элементов и конструкций. Критической температурой для стальных элементов следует считать: 550°С для ненагруженных элементов и 500°С для нагруженных: для элементов из алюминиевых сплавов соответственно 250 и 200°С.

Расчет нагрева незащищенных ненагруженных элементов по стандартной кривой пожара можно производить с помощью номограммы в зависимости от степени массивности элемента и времени действия

температуры.

Расчет нагрева незащищённых нагруженных металлических элементов можно производить с помощью номограммы в. -зависимости от степени нагружения, температуры и степени массивности элемента.

Нагрев защищенных вспучивающимся покрытием металлических элементов является сложным многофакторным процессом, который трудно рассчитать математическими методами. Поэтому для практического определения толщины вспучивающегося покрытия построена номограмма, устанавливающая зависимость необходимой толщины защитного слоя от требуемого предела огнестойкости, степени массивности профиля элементов из алюминиевых сплавов и критической температуры.

На основании огневых и теплофизических исследований установлена зависимость термического сопротивления покрытия базового состава от меняющихся в процессе вспучивания параметров: температуры, времени, коэффициента теплопроводности и текущей толщины.

Исследования огнестойкости различных элементов конструкций из стали и алюминиевых сплавов, проведенные в лабораторных уело1 виях и на полигоне ВНИИПО /Москва/ показали, что покрытие ОВК-2 повышает предел огнестойкости стальных элементов до 1.5, элементов из алюминиевых сплавов до 1 ч.

Установлено, что предел огнестойкости элементов, защищенных покрытием ОВК-2 выше, чем аналогичных элементов с покрытием ЗПМ-2, а именно: стальных в 1,5, элементов из алюминиевых сплавов в 2 раза.

Предел огнестойкости зависит от толщины сечения элемента. Так, увеличение толщины'стальных элементов с 3 до 25 мм дает прирост времени огнестойкости на 40, из алюминиевых сплавов при увеличении толщины с 1 до 3 мм на 15 минут.

Исследования по защите легкоплавных корпусных конструкций

элементов палубы и переборок судов показали возможность широкого использования разработанного состава покрытия в судостроении, особенно при проектировании быстроходных судов на воздушной подушке и подводных крыльях.

В пятом разделе разработана технология и исследованы эксплуатационные свойства покрытия, показано внедрение результатов исследований.

На основании исследований разработана технология изготовления покрытия применительно к условиям лакокрасочного производства. Покрытие изготавливается в виде двух паст, смешиваемых непосредственно перед применением.

Обоснован режим сушки и вид грунтовок для стальных и алюминиевых поверхностей с учетом адгезии к подложке при повышении температуры.

Обоснованы способы, предложено' оборудование и приспособления для нанесения покрытия на подготовленные поверхности.

■Установлено, что отверждение покрытия при температуре 20°С протекает в течение 7...8 суток. Если покрытие через 1 сутки после нанесения сушат при 60 0 С длительность отверждения сокращается до 36 часов.

Обоснован выбор защитного слоя по покрытию. В качестве вла-го-огнестойкой защиты рекомендуется применять лак КО-921, который образует прочный слой, препятствующий выгоранию покрытия и не затрудняющий процесс вспучивания.

Исследована стабильность паст во времени! Установлено, что огнестойкость покрытия, изготовленного из паст, хранившихся в течение 6 месяцев изменяется незначительно, как при испытании по стандартной кривой пожара, так и в условиях резкого нагрева ("теплового удара") при 1200 °С.

Результаты санитарно-гигиенических исследований позволили

разработать рекомендации по гигиене труда и санитарии при производстве покрытия и работ по огнезащите строительных конструкций.

Разработанная технология опробована в условиях лакокрасочного производства бывшего Львовского межколхозстроя в г.Городок Львовской обл. и на Черновицком химзаводе, где были выпущены опытно-промышленные партии покрытия базового состава.

Опытно-промышленные партии покрытия использованы для огнезащиты в судостроении элементов судна и спасательной шлюпки из алюминиевого сплава на Балтийском судоремонтном заводе / г.Таллинн / и стальной емкости для хранения пластификаторов и масел на Одесском линолиумном заводе "Большевик".

В течение 1988...1993 гг. на заводе "Полиэфир" / с.Братков-цы. Городокский район, Львовской обл. / организовано промышленное производство покрытия, которое внедрено при огнезащите стальных и

А

деревянных конструкций на ряде промышленных и гражданских объектов Украины.

В"результате проведенных исследований и производственного опыта разработаны "Рекомендации по технологии изготовления и применению огнезащитного вспучивающегося покрытия для алюминиевых конструкций" и переизданы, с учетом изменений и дополнений технические условия "Покрытие огнезащитное вспучивающееся ОВК-2" ТУ 21-31-04-85.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

На основании комплексных исследований физико-механических, геплофизических, технологических и огневых испытаний, с использованием сырьевой базы материалов Украины, разработан отделочно-ог-незащитный состав для металлических конструкций с повышенным пределом огнестойкости.

Решение этих вопросов способствует повышению уровня пожарной безопасности строительных объектов.

1. Изучен и усовершенствован механизм огнезащитного действия вспучивающегося покрытия. На основании современных представлений и полученных опытных данных механизм вспучивания разработанного состава покрытия состоит в следующем.

Под воздействием температуры происходит размягчение карба-мидной смолы и её вспучивание выделяющимися при пиролизе антипи-ренов негорючими газами. Одновременно происходит образование обильного угольного слоя вследствии дегидролиза полигидратных соединений образующимися кислотами.

Выбор оптимальных соотношений между компонентами позволил до минимума снизить усадку покрытия при твердении и высыхании, исключить его сползание при размягчении с защищаемых поверхностей при нагреве, а введение в систему борного ангидрида, растворенного в глицерине, вспученного гидрофобизированного перлитового песка и рубленного стекловолокна позволяет структурировать образующуюся пену и препятствует ее выгоранию, что повышает предел огнестойкости покрытия.

2. Осуществлён целенаправленный поиск веществ и материалов для реализации усовершенствования огнезащитного действия покрытия с наперед заданными свойствами.

3. Разработана экспериментально-статистическая рецептурная модель, позволяющая оптимизировать базовый состав покрытия. Установленные в результате оптимизации отклонения в рецептуре по отношению к базовому варианту состава являются допустимыми для производства покрытия в промышленных условиях.

4. Разработаны установки и методики, позволяющие с достаточной степенью точности и надёжности оценить огне- и теплозащитные характеристики исследуемых составов покрытия.

5. Разработан и оптимизирован состав покрытия полифункционального назначения, являющийся одновременно строительным фактурным и огнезащитным материалом.

6. Определены эксплуатационные характеристики материала и его огнезащитные свойства, что позволило разработать физико-химическую модель процесса вспучивания. Огневые испытания, проведенные в лабораторных условиях и натурных элементов конструкций на полигоне ВНМПО /Москва/ показали, что покрытие обладает высокой огнезащитной способностью.

Предел огнестойкости стальных элементов с защитой покрытием толщиной "слоя 5 мм составляет 1,5, элементов из алюминиевых сплавов -1ч.

7. Результаты санитарно-гигиенических и токсикологических исследований позволили установить уровень выделений вредных веществ и разработать рекомендации по гигиене труда и санитарии при производстве покрытия и работ по огнезащите строительных конструкций.

8. Разработана и освоена промышленная технология производства покрытия, что позволило внедрить его на ряде промышленных и гражданских объектов Украины в течение 1986...1993 гг.

9. Разработаны рекомендации по-технологии промышленного изготовления покрытия применительно к условиям лакокрасочного производства с учетом стабильности покрытия во времени и эксплуатационных требований, предъявляемых, к строительству и строительным конструкциям.

10. Покрытие рекомендуется для повышения предела огнестойкости несущих строительных конструкций из стали таких, как колонны, фермы, ригели, подкрановые балки и т.д.; из алюминиевых сплавов в строительстве /легкие профилированные настилы, ограждающие стеновые панели с эффективными утеплителями типа "сэндвич", эле-

менты потолков, конструкции мембранного типа/ и в судостроении /несущие и ограждающие элементы судовых переборок, горизонтальных перекрытий из настила и набора - бимсов, карлингсов и др.в корпусе судов/.

Опыт внедрения разработанного покрытия в строительстве показал перспективность применения его для огнезащиты деревянных конструкций с целью исключения распространения пламени по поверхности конструкций, т.е. для перевода их в группу трудносгораемых.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ивашкевич Б.П., Хоржевский В.И.. Шналь Т.Н., Опыт внедрения вспучивающихся покрытий для огнезащиты промышленных и гражданских объектов Украины.//Львов: МП Украина,1994. - с. 22-27

2. Ивашкевич Б.П., Орловская Е.В., Шналь Т.Н. Зарубежный опыт применения вспучивающихся материалов и изделий для огнезащиты стальных конструкций.//Львов: МП Украина,1994. - с. 48-62

3. Шналь Т.Н. Методика проведения огневых испытаний и исследования адгезии покрытий к металу. //Львов:МП Украина, 1994 - с. 63-69

4. Шналь Т.Н. Разработка и исследование огнезащитных покрытий по алюминиевым конструкциям.//Сумы:ССХИ,1994. - с.46-47

5. Шналь Т.Н., Маргаль И.В. Эффективное покрытие для огнезащиты металлических конструкций.//Жешув:Жешувская .политехника. 1995. - с. 345-348

6. Шналь Т.Н., Орловский Ю. И., Ивашкевич Б.П., Труш Л.Е. Вспучивающиеся покрытия для огнезащиты конструкций из стали и алюминиевых сплавов.//Известия вузов. N 9. - Новосибирск: Строительство, 1995. - с. 55-60

Физико-механические и эксплуатационные характеристики покрытия базового состава по подложке из алюминиевого сплава

1 един. С В я з у ю щ е е

Показатели измер. 1

Смола КФ-Ж | 1 Смола ММ-54-У

Плотность покрытия кг/м3

- свеженанесенного 1200. ..1300

- затвердевшего ■ 900. ..1000

Содержание стекловолокна мае. % 0 ,5

Предел огнестойкости при мин 60.. 68 | 55.. .68

толщине слоя 5 мм 1 1

Адгезия при отрыве от МПа 0,81. 1 .0,911 0.87.. .0,95

подложки,покрытой грунто- 1

вкой ФЛ-ОЗЖ 1 1

Предел прочности МПа ' 1

- при изгибе 8,1.. 8,6 I 1,1... 8,4

- при сжатии 14,7... 16.0 ) 14,5... 16,0

- при сжатии вспученного 0,20. . 0. 22

покрытия 1

Ударная вязкость МПа 10. .15

Температура начала вспу- °С 170.. .180 | 165. . .185

чивания 1

Коэффициент вспучивания - 9.. . 15 I 7.. .14

Усадка покрытия при высы- % 0,10.. • 1.031 1.59.. .2,57

хании при +50° С

Водопоглощение за 5 сут % П.. . 13 I 10.. 12

без влагозащитного покры- -- 1

тия 1

то же,дизельного топлива ■ % 13.. .13,81 1 12.. 13

Шналь T.M. ВластивосИ та оптим1зац1я складу спучуваних покрить для вогнезахисту металевих конструкц1й.

Дисертац1я у вигляд1 рукопису на здобуття вченого ступеню кандидата техн!чних наук за спец1альн1стю 05.23.05 - буд1вельн! матер1али та вироби, 05.26.02 - пожежна безпека. Харк1вський дер-жавний техн1чний ун1верситет буд1вництва та арх1тектури. Харк1в. 1995.

Дисертац1я м1стить .експериментально-теоретичн! досл1дження властивостей та технологи виготозлення спучуваних вогнезахисних покритт1в. Вивчен! та встановлен1 ochobhI ф1зико-механ1чн1 характеристики розроблених склад1в. Зд1йснено промислове впровадження запропонованих склад1в. Економ1чна ефективн1сть отримана за раху-нок п1двищення меж1 вогнест1йкост1 металевих конструкц1й та конс-трукц1й 1з алюм1н1евих сплав1в.

Ключов1 слова: спучуване покриття. склад, технолог1я, влас-тив1сть, межа вогнест1йкост1.

Shnal T.N. Properties and optimization of composition of foaming coatings for fire protection of metal structures.

Dissertation In the form of manuscript for the academic, degree of Candidate of Technical Sciences in the speciality 05.23.05 - building materials and products, 05.26.02 - fire safety. Kharkov State Technical University of Construction and Architecture, Kharkov, 1995.

Dissertation contains experimental and theoretical results of research in properties and production engineering of foaming fire protecting coatings. Principal physicomechanical characteristics of the developed compositions have been studied and determined. Industrial introduction of the suggested compositions

has been carried out. Economic efficiency has been achieved through the increased limit of fire resistance of metal and aluminium alloy structures.

Key words: foaming coating, composition, production engineering, property, limit of fire resistance.

Подп. к печати'18.12.95. Формат 60Х841 /16 Бумага печ. N2. Офс.печать. Услов. печат. лист. 1.5 Услрв. краск. -отоб. 1.5 Услов. изд. лист. 1.37 Тираж 60 экз.Зак.164. Безплатно

ГУЛП 290646 Львов-13, . СТ'/Бандеры, 12

Участок оперативной печати ГУЛП Львов,, ул.Городоцкая, 286