CC BY
21
МЕТОДЫ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВЛИЯНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ОГНЕЗАЩИТНУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
КОНСТРУКЦИЙ Якупов И.Ф. Email: Yakupov6119@scientifictext.ru
Якупов Ильдар Флоридович - старший сержант внутренней службы, студент, Институт безопасности жизнедеятельности, институт заочного и дистанционного обучения Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, г. Санкт-Петербург
Аннотация: в статье рассмотрены условия эксплуатации металлических конструкций в условиях воздействия различных факторов. Рассмотрено, какие факторы воздействуют в процессе эксплуатации на металлические конструкции. Рассмотрен метод испытания, проводимый при сертификации огнезащитных средств для металла. Установили, какие характеристики должны быть отражены в сертификате соответствия огнезащитных средств.
Ключевые слова: конструкция, процесс, сертификация, метод испытания, характеристика.
METHODS FOR DETERMINING THE INFLUENCE OF OPERATIONAL FACTORS ON THE FLAME-RETARDANT EFFECTIVENESS OF COATINGS FOR METAL STRUCTURES
Yakupov I.F.
Yakupov Ildar Floridovich - Senior Sergeant of internal service, Student, INSTITUTE FOR LIFE SAFETY, INSTITUTE OF CORRESPONDENCE AND DISTANCE LEARNING ST. PETERSBURG UNIVERSITY OF THE STATE FIRE SERVICE OF THE MINISTRY OF THE RUSSIAN FEDERATION FOR CIVIL DEFENSE, EMERGENCIES AND DISASTER MANAGEMENT, ST. PETERSBURG
Abstract: the article considers the operating conditions of metal structures under the influence of various factors. The article considers what factors affect metal structures during operation. The test method used for the certification offlame retardants for metal is considered. We have established what characteristics should be reflected in the certificate of conformity of fire-retardant products.
Keywords: design, process, certification, test method, characteristic.
УДК 614.84
Как показывает практика, многие конструкции эксплуатируются в условиях воздействия на них повышенной влажности, атмосферных осадков, пониженных и повышенных температур, ультрафиолетового излучения, агрессивной химической среды. Перечисленные факторы могут оказывать негативное влияние на стойкость огнезащитных покрытий и снижать их огнезащитную эффективность.
Актуальность проблемы состоит в том, что даже толстослойные, например, акрилатные покрытия (толщиной 2 мм и более), прекрасно работающие внутри сооружений, будучи вынесенными из помещений в открытую атмосферу быстро утрачивают огнезащитную эффективность, в то время как огнезащита многих
технических сооружений снаружи еще более востребована, нежели внутренняя защита [1].
В процессе эксплуатации огнезащитных покрытий неизбежно происходит их разрушение, которое связано с протеканием в пленках необратимых химических и физических процессов под влиянием внешних и внутренних факторов. Внешние признаки разрушения покрытий - растрескивание, отслаивание, потеря глянца, изменение цвета и т.д.
При старении изменяются практически все свойства покрытий: механические, химические, электрические, оптические и др. На определенной стадии старения покрытие перестает выполнять свои защитные функции и требуется его замена. Поэтому проблема долговечности имеет не только научно-технический интерес, но и большое экономическое значение [2].
Кислород воздуха, теплосмены, вода, ультрафиолетовое излучение и другие факторы обуславливают атмосферное старение. Разрушение покрытий в атмосферных условиях происходит быстрее примерно в 50 раз, чем в закрытом помещении.
Основные причины разрушения покрытий - фотохимические процессы, инициируемые солнечным светом, а также процессы окислительной и гидролитической деструкции, происходящие под влиянием кислорода, озона и содержащейся в воздухе воды. Чем выше интенсивность солнечной радиации, влажность воздуха и скорость ветра, тем с большей разрушительной силой происходит процесс старения. Чем выше химическая стойкость пленкообразователя и чем стабильнее его структура в покрытии, тем менее оно подвержено внешним изменениям.
Поэтому изучение процесса старения покрытий общего назначения, как правило, производится в определенных условиях под действием отдельных факторов [5б7]. Разрушение покрытий под действием солнечного света в начальной стадии старения обусловлено фотоокислительной деструкцией. В процессе фотоокисления покрытий образуются жидкие и газообразные продукты деструкции, что нарушает структуру покрытия и может привести к уменьшению огнезащитной эффективности.
Старение покрытий под действием повышенных, отрицательных и знакопеременных температур связано с термической деструкцией пленкообразователя с процессами структурообразования. Повышенные температуры приводят к термодеструкции полимера, а также изменению структуры покрытий за счет улетучивания остаточного растворителя, пластификатора и других веществ, входящих в лакокрасочную систему. При циклическом воздействии знакопеременных температур возможно возникновение микротрещин. На огнезащитные покрытия в процессе эксплуатации воздействуют главным образом кислород и влага воздуха.
Агрессивными средами также могут быть кислоты, щелочи и другие вещества, влияние которых на покрытие носит специфический характер. К физически агрессивным средам отнесены вода, растворители, масла и другие соединения, вызывающие обратимые изменения полимера, которые не сопровождаются разрушением химических связей основных полимерных цепей. Действие таких агентов приводит к набуханию покрытия и появлению вздутий и пузырей на его поверхности.
К химически агрессивным средам относятся кислород воздуха, неорганические и органические кислоты, основания, водные растворы солей. Эти агенты вызывают необратимые изменения материала покрытия, которые сопровождаются химическими реакциями и изменением структуры, приводящими к разрушению покрытий. В основном изучены химические процессы, связанные с окислением пленкообразователя при формировании покрытий - окислительной деструкцией. Особенно эффективно она протекает в атмосферных условиях, этому способствует воздействие солнечного излучения [6].
Метод испытания, проводимый при сертификации огнезащитных средств для металла.
В соответствии с ФЗ № 123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (ст. 145 п.4; ст. 150) [1] все средства огнезащиты, представленные на рынке, подлежат обязательной сертификации. Проблема заключается том что, при сертификации средств огнезащиты проводятся лишь испытания на огнезащитную эффективность покрытия. Данное испытание для средств огнезащиты стальных конструкций проводится по ГОСТ [3].
При данном испытании оценивается способность образца, покрытого огнезащитным средством, сопротивляться огню, сохранять температуру ниже критической (500 °С). Испытание проводится на образце стальной колонне двутаврового сечения высотой 1700 мм, покрытой огнезащитным средством в установке для огневых испытаний малогабаритных образцов стержневых конструкций. На поверхности образца и в печи установки расставляются термоэлектрические преобразователи (термопары). Системой подачи топлива и вентиляции регулируется температурный режим в печи. С помощью системы измерений проводится измерение температуры печи и образца, также в печи предусмотрено устройство для проведения фото- и видеосъемки.
В конце испытания фиксируется время наступления предельного состояния образца.
Статьей 150 ФЗ № 123 [1] установлено, какие характеристики должны быть отражены в сертификате соответствия огнезащитных средств:
- наименования средств огнезащиты;
- значение огнезащитной эффективности, установленное при испытаниях;
- виды, марки, толщина слоев грунтовых, декоративных или атмосфероустойчивых покрытий, используемых в комбинации с данными средствами огнезащиты при сертификационных испытаниях;
- толщина огнезащитного покрытия средств огнезащиты для установленной огнезащитной эффективности.
Из вышеперечисленных нет характеристики, которая бы указывала на эксплуатационные условия использования данной огнезащиты. Например, в сертификатах соответствия на огнезащитные краски для металла производства «ОГНЕЗА» прописывается, что продукция изготовлена по ТУ, соответствует требованиям ФЗ № 123 [1] и ГОСТ [3].
Приводятся сведения по огнезащитной эффективности, группе горючести, токсичности, дымообразующей способности, воспламеняемости [6]. Информации по климатической устойчивости и устойчивости к агрессивным средам в данных сертификатах нет. Для сравнения, средства огнезащиты древесины при сертификации проходят помимо испытания на огнезащитную эффективность дополнительно испытание на устойчивость к старению по ГОСТ [2].
Сущность испытания заключается в определении сохранения огнезащитной эффективности нанесенного на образцы древесины огнезащитного средства после воздействия на образцы колебаний температуры и влажности в заданной последовательности.
Таким образом, испытания, проводимые при сертификации средств огнезащиты для металла, позволяют оценивать только степень огнестойкости обработанного огнезащитой образца в лабораторных условиях без учета воздействия агрессивной среды и атмосферы.
Методы испытаний огнезащитных средств используемых разработчиками. Проведенный анализ патентных исследований показал, что большинство патентов на атмосфероустойчивые, химически устойчивые огнезащитные средства не содержат информацию о том, по какой методике авторы патентов проводили испытания на
климатическую и химическую устойчивость, что ставит под сомнения факт проведения таких испытаний.
Например, в одном из испытаний на огнезащитный вспучивающийся состав содержится краткое описание метода определения влагостойкости и стойкости к агрессивным средам. Покрытие оценивали по внешнему виду после 30 суток выдержки соответственно в воде и парах 10%-го раствора кислот. Однако авторы не ссылаются на нормативную документацию, в соответствии с которой было проведено испытание [5].
Данные факты указывают на отсутствие унифицированной методики определения климатической и химической устойчивости огнезащитных средств по металлу. Методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов по ГОСТ 9.401-91. Для огнезащитных средств металла существует основополагающий ГОСТ [3], который содержит метод испытания огнезащитной эффективности, который проводят при сертификации средств огнезащиты. Каких-либо других нормативных документов, содержащих данные методики и используемых при сертификации не существует.
Однако для разработчиков огнезащитного средства существует требование, указывать в технической документации на огнезащитные средства информацию о гарантийном сроке и условиях эксплуатации огнезащитного средства. Некоторые разработчики ввиду отсутствия других методов используют методы по ГОСТ [4].
В ГОСТ [4] предусмотрено несколько методов исследования покрытий, которые отличаются количеством воздействующих факторов, их периодичностью и уровнем воздействия. Выбор метода зависит от требуемых климатических условий дальнейшей эксплуатации покрытий. При проведении испытаний по ГОСТ [4] используется следующее оборудование: камера холода, камера соляного тумана, камера влаги, аппарат искусственной погоды, камера солнечной радиации, камера сернистого газа, термокамера, эксикаторы.
После проведения ускоренных испытаний образцы подвергаются исследованию по методам оценки адгезии по ГОСТ [2] и по методам оценки внешнего вида по ГОСТ [4]. В результате, образцам выставляются баллы, по которым можно сделать заключение об устойчивости покрытия.
Был проведен анализ, устанавливающий некорректность использования данных методов применительно к огнезащитным средствам для металла:
- из названия можно видеть, что ГОСТ [4] предназначен для лакокрасочных покрытий. Огнезащитные покрытия сложно назвать лакокрасочными покрытиями, потому что они также бывают в виде паст, обмазок, плит. В системе ГОСТ (ЕСЗКС) в классификации лаков и красок огнезащитные краски не выделены как отдельный вид лаков и красок.
- устойчивость покрытия после климатических испытаний по ГОСТ [4] определяется на основе результатов адгезии и внешнего покрытия. Эти показатели не гарантируют сохранение огнезащитной эффективности покрытия.
Таким образом, ГОСТ [4] не предназначен для огнезащитных средств и не предусматривает оценивание сохранения огнезащитных свойств покрытий для металлических конструкций.
Существует достаточно много способов огнезащиты металлических конструкций со своими преимуществами и недостатками. Проведенный анализ научной и нормативной литературы показал, что законодательно в России не установлено соответствующих стандартов и методик для оценки влияния эксплуатационных факторов огнезащитную эффективность покрытий для металлических конструкций. Существует необходимость разработки единого государственного стандарта для оценки влияния эксплуатационных факторов на огнезащитную эффективность покрытий для металлических конструкций.
Список литературы /References
1. Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 года № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (с изменениями и дополнениями от 27.12.18).
2. ГОСТ 2678 - 94 Материалы рулонные и гидроизоляционные. Методы испытаний.
3. ГОСТ Р 53295-2009. Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности (с Изменением № 1).
4. ГОСТ 9.401-91 ЕСЗКС. Покрытия лакокрасочные. Общие требования и методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов (с Изменениями N 1, 2).
5. Кузнецова Т.А. Определение срока службы огнезащитных покрытий / Т.А. Кузнецова // Науковий вюник УкрНДШБ, 2017. № 2 (16). С. 125-128.
6. Романенков ЖЛОгнестойкость строительных конструкций из эффективных материалов / И.Г. Романенков, В.Н. Зингерн-Корн. М.: Стройиздат, 2014. 240 с.
7. Вахитова Л.Н. Срок службы огнезащитных покрытий вспучивающегося типа / Л.Н. Вахитова, М.П. Лапушкин, К.В. Калафат // Независимый журнал F+S: технологии безопасности и противопожарной защиты. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://secшrity-info.com.шa/artides/ELEMENTГО=1655/ (дата обращения:22.11.2021).
8. Современные научно-практические тенденции в огнезащите. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.neohim.ru/about/articles/44/ (дата обращения:22.11.2021).
