Выбор средств огнезащиты

В настоящее время в качестве конструктивного способа огнезащиты металлических конструкций, а также бетона и железобетона наиболее широко используются штукатурки на основе вермикулита, перлита и минеральных волокон. Они позволяют достигать пределов огнестойкости до 3 ч и более, недороги и технологичны в применении.

Вспученный вермикулит представляет собой пористый материал, получаемый при высокотемпературном нагреве гидратированных биотитовых и флогопитовых слюд. Насыпная плотность вермикулита фракции 1 или 2 мм, применяемого в производстве огнезащитных материалов, составляет 100- 150 кг/м³, а его теплопроводность – 0, 05 – 0, 07 Вт/(м·К). Вермикулит является наиболее термостойким из всех широко применяемых наполнителей. Его огнеупорность составляет 1270- 1430°С. Использование вермикулита более предпочтительно для огнезащиты на объектах, защищаемых от продуктов горения углеводородных топлив, и там, где требуются наибольшие пределы огнестойкости. Важным свойством вермикулита, определяемым особым строением вспученных гранул, является его способность запирать поры в бетоне или штукатурке при инфильтрации влаги.

Перлит - материал, получаемый вспучиванием природных водосодержащих стекол. Для производства огнезащитных штукатурок применяют перлитовый песок фракций до 2 мм с насыпной плотностью 70-150 кг/м³. Теплопроводность перлита в сухом состоянии составляет 0, 05 - 0, 07 Вт/(м·К). Огнестойкость - 900 - 1000°С.

В качестве вяжущего для производства огнезащитных штукатурок на основе вермикулита, перлита и минеральных волокон используются гипсовые, цементные, цементно-известковые, цементно-ангидритные, а также гипсоцементно-пуццолановые вяжущие.

На основе перлита и вермикулита с гипсовым вяжущим изготавливают легкие штукатурки с плотностью от 300 кг/м³, теплопроводностью от 0, 08 - 0, 09 Вт(м·К) и пределом огнестойкости до 3 ч. Главным недостатком таких штукатурок является невысокая влагостойкость, что определяет область их применения только внутри помещений. Очень важным достоинством гипсовых штукатурок является их нечувствительность к условиям отвержения. Их можно наносить даже при температурах выше 40°С, низкой влажности и на сквозняках. После выдержки 10-12 ч гипсовые штукатурки допускают интенсивную досушку при температурах до 100°С. Гипсовые штукатурки более пластичны, имеют высокую адгезию с различными подложками, более удобны в работе и могут наноситься как механизированным способом с помощью штукатурных машин, так и вручную при применении традиционных штукатурных техник.

Огнезащитные штукатурки на основе вермикулита и цементного вяжущего могут иметь плотность от 450 до 1200 кг/м³, теплопроводность 0, 08 - 0, 3 Вт/(м·К) и являются наиболее универсальными. Область их применения наиболее широка - это не только огнезащита гражданских объектов, но и объектов энергетики, морских судов, нефте- и газодобывающих платформ. В случае непосредственного воздействия на огнезащитное покрытие атмосферных осадков, воды или морских волн требуется нанесение поверх огнезащитного материала специального защитного покрытия.

Промежуточное положение по атмосферо- и водостойкости между огнезащитными штукатурками на основе гипса и цемента занимают цементно-ангидритовые и гипсоцементно-пуццолановые штукатурки. Они обеспечивают удовлетворительную водостойкость внутри помещений, т.е. могут выдерживать многократное периодическое, но кратковременное увлажнение без разрушения материала и снижения огнезащитных свойств.

Штукатурки на основе минеральных волокон

В этих штукатурках в качестве огнестойкого наполнителя используется минеральная вата в виде гранул с характерным размером 3-7 мм. Внутри гранул сцепление между волокнами обеспечивается, как правило, естественными силами сцепления. Между собой гранулы могут соединяться цементно-полимерным вяжущим, жидким стеклом и т.д. Штукатурки на основе минеральных волокон имеют лучшие теплофизические характеристики, чем вермикулитовые или перлитовые штукатурки. Например, они имеют теплопроводность 0, 034 -0, 05 Вт/(м·К) и плотность 150 - 300 кг/м³, но дороже в производстве и имеют более высокую трудоемкость при выполнении огнезащитных работ, т.к. для их нанесения необходимо использовать более дорогие и менее производительные штукатурные агрегаты для сухого торкретирования. Штукатурки на основе минеральных волокон чаще применяются в тех случаях, когда дополнительная нагрузка на конструкцию критична и нежелательна. Эти штукатурки, ввиду их низкой теплопроводности, могут использоваться для комплексной тепло- и огнезащиты. В России огнезащитные покрытия на основе минеральных волокон представлены марками " Девиспрей", " Фиброгейн", " Зигнулан-3000", " Монолит" и некоторыми другими.

Для того, чтобы огнезащитные штукатурки на основе цементных, гипсовых и других типов вяжущих имели удовлетворительную адгезию с различными типами подложек, то есть с огрунтованным или неогрунтованным металлом, бетоном и деревом, в них вводятся специальные полимерные добавки. Введение полимерных добавок может на порядок повысить адгезию с подложкой, однако максимально допустимое количество вводимых в состав полимерных латексов значительно ниже той величины, при которой возможно получение высокой адгезии. В состав без ущерба для его огнезащитных свойств и степени усадки при отвержении можно ввести не более 1 - 2% полимеров, в то время как максимальное значение адгезии с подложкой достигается при 5 - 20% концентрации полимера. В этом случае высокая адгезия с подложкой может быть обеспечена применением активирующих поверхность подложек латексных праймеров, которые наносятся перед обработкой штукатуркой. Латексы создают промежуточный слой между подложкой и огнезащитным покрытием, в котором концентрация полимера приближается к оптимальной величине. За счет применения активирующих праймеров, как правило, удается повысить адгезию большинства типов легких штукатурок до требуемого строительными нормами уровня.

В тех случаях, когда приведенные выше величины адгезии не являются удовлетворительными, может потребоваться дополнительная пескоструйная обработка поверхности подложки с целью увеличения ее шероховатости или применение монтажных строительных сеток механического крепления. Для этих целей разработаны специальные трехмерные монтажные сетки с низкой каркасной теплопроводностью. При применении таких сеток общая теплопроводность системы повышается не более чем на 1 - 3%, то есть огнезащитные свойства армированного штукатурного покрытия практически не ухудшаются.

Срок службы огнезащитных штукатурок на основе вермикулита, перлита, минеральных волокон и полимерцементных, гипсовых, гипсоцементных вяжущих составляет не менее 10-15 лет.

Вспучивающиеся покрытия на основе минеральных вяжущих

Составы на основе жидкого стекла в России до сих пор составляют самую многочисленную группу (марки " ОФП-10", " ОПВ-180", " ЭСМА" и др.). Основным достоинством этого материала является его низкая стоимость, однако жидкостекольные составы имеют ряд существенных недостатков, а именно, они разрушающе воздействуют на алкидные, в частности, глифталевые грунты из-за их высокой щелочности. Жидкостекольные составы чувствительны как к низкой (происходит охрупчивание и осыпание покрытия), так и высокой влажности воздуха, что исключает их применение на открытом воздухе и в сухих помещения. При применении специального грунта и поверхностного укрывного покрытия жидкостекольные материалы могут иметь удовлетворительные влаго- и атмосферостойкость.

Огнезащитные вспучивающиеся краски

Краски наносятся тонким слоем на поверхность конструкций и в процессе эксплуатации выполняют функции декоративно-отделочного материала. При огневом воздействии образуется пенококс, который имеет объем покрытия во много раз больше первоначального. При длительном огневом воздействии пенококс постепенно выгорает и по истечении определенного времени, как правило, не превышающего 1 ч, механически разрушается и отслаивается от поверхности. Вспучивающиеся огнезащитные краски являются многокомпонентными системами, состоящими из связующего, антипирена и пенообразователей - вспучивающихся добавок. В качестве связующих используются полимеры, обладающие склонностью к реакции сшивания и образования нелетучих карбонизированных продуктов, а именно латексов, эпоксидных полимеров, полиуретанов, аминоальдегидов и др. В качестве антипиренов чаще всего используются полифосфаты аммония в сочетании с газообразующими добавками - мочевиной, меламином, дициандиамидом. К коксующимся добавкам относятся крахмал, декстрин, пентаэритрит. В настоящее время широко производятся огнезащитные краски на основе органически растворимых вяжущих и водоразбавляемых латексов. Лучшие вспучивающиеся краски имеют степень вспучивания до 40 - 50 раз и при толщине защитного покрытия около 1 мм обеспечивают предел огнестойкости до 90 мин на металле при четырехстороннем обогреве. Хорошо известны такие краски этой группы, как " Протерм Стил", " Нуллифаей S-607", " ОГРАКС-В", " ОЗК-45" и др.

Находят применение и вспучивающиеся краски на основе терморасширяющегося графита. Краски этого типа (марки " МПВО", " СГК-1" и др.) имеют меньшую кратность вспучивания и менее стойкий вспученный слой, что ограничивает их применение пределом огнестойкости металлоконструкций до 30-45 мин.

К перспективному классу огнезащитных покрытий можно отнести огнестойкие краски или обмазки на основе вакуумированных микросфер из огнестойкого, например кремнеземистого, стекла и кремнийорганического полимерного связующего. Покрытия этого типа имеют плотность 250 - 700 кг/м³, теплопроводность 0, 02 - 0, 025 Вт/(м·К), температуру деструкции не ниже 900°С (до 1700°С при использовании специальных типов стекол и вяжущих). По данным наших лабораторных исследований, при толщине слоя 2-3 мм они показывают огнезащитную эффективность, сравнимую с той, которую имеет штукатурка на цементно-вермикулитовой основе толщиной 1 - 2 см или вспучивающаяся краска толщиной 1 - 2 мм. Комбинируя покрытие на основе вакуумированных микросфер со вспучивающейся краской можно получить тонкослойные покрытия, приближающиеся по эффективности к толстослойным штукатуркам.

Конкретный выбор типа огнезащиты и ее толщины должен осуществляться в соответствии с техническим проектом, СНиП, НПБ. а также на основе технико-экономического анализа с учетом заданного предела огнестойкости конструкций, их геометрии, величины нагрузки, условий эксплуатации объекта, эстетических требований, а также требований по долговечности.