CC BY
56
УДК 693.611
ЕНДЖИЕВСКАЯ ИРИНА ГЕННАДЬЕВНА, канд. техн. наук, доцент, icaend@mail. ru
ВАСИЛОВСКАЯНИНА ГРИГОРЬЕВНА, канд. техн. наук, доцент, vasng@mail. ru
СЛАКОВА ОКСАНА ВАЛЕРЬЕВНА, ст. преподаватель,
oksana_slakova@mail. ru
Сибирский федеральный университет,
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
СОСТАВЫ ДЛЯ ОГНЕЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ВСПУЧЕННОГО ВЕРМИКУЛИТА ТАТАРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
В представленной статье авторами разработаны составы для огнезащитных покрытий (ОЗП) металлоконструкций на основе вспученного вермикулита Татарского месторождения Красноярского края. Результаты исследований показали, что ОЗП обладают огнезащитной эффективностью и относятся к 1-й группе в зависимости от наступления предельного состояния. Приведены основные физико-механические и эксплуатационные свойства покрытия.
Ключевые слова: составы для огнезащитных покрытий; предел огнестойкости; огнезащитная эффективность; вспученный вермикулит; огнезащита металлических конструкций.
ENDZHIEVSKAYA, IRINA GENNADJEVNA, Cand. of tech. sc., assoc. prof., icaend@mail. ru
VASILOVSKAYA, NINA GRIGORJEVNA, Cand. of tech. sc., assoc. prof., vasng@mail. ru
SLAKOVA, OKSANA VALERJEVNA, senior teacher, oksana_slakova@mail. ru Siberian Federal University,
79 Svobodniy Avenue, Krasnoyarsk, 660041, Russia
FIRE PROTECTION COATING COMPOSITIONS BASED ON EXFOLIATED VERMICULITE OF TATAR DEPOSIT
The article presents the developed compounds for flame retardants coatings of metal structures based on expanded vermiculite from Tatar deposits of Krasnoyarsk region. The results of investigations showed that the coatings have fire-proof efficiency, and refer to group 1 depending on the onset of the limit state. The results of tests of physical-mechanical and service properties of coatings are given.
Keywords: compositions for fire protective coatings; fire resistance; fire retardant effectiveness; expanded vermiculite; fire protection of steel structures.
В Федеральном законе № 384-Ф3 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», принятом Государственной думой 23 декабря 2009 г., указывается, что «здание или сооружение должно быть спроектирова-
© И.Г. Енджиевская, Н.Г. Василовская, О.В. Слакова, 2012
но и построено таким образом, чтобы в процессе эксплуатации здания или сооружения исключалась возможность возникновения пожара, обеспечивалось предотвращение или ограничение опасности задымления здания или сооружения при пожаре и воздействия опасных факторов пожара на людей и имущество, обеспечивались защита людей и имущества от воздействия опасных факторов пожара и (или) ограничение последствий воздействия опасных факторов пожара на здание или сооружение».
Таким образом, огнезащита строительных конструкций является задачей первостепенной важности при возведении зданий и сооружений любого масштаба. Металлические конструкции особенно быстро нагреваются, что заметно снижает их прочностные свойства. Воздействие высоких температур во время пожара и прилагаемые на конструкции нагрузки интенсивно развивают температурные деформации, пластичность, изменение поперечного сечения несущих элементов, что приводит к их быстрому обрушению.
Огнезащита металлических конструкций направлена на повышение предела огнестойкости, который должен составлять от 15 до 150 мин. Необходимо расширять номенклатуру отечественных огнезащитных материалов, снижать их стоимость и исключать дефицитные материалы, заменяя их местными, наиболее простыми в изготовлении, дающими возможность механизированного нанесения, особенно на конструкции сложной конфигурации и в труднодоступных местах, отвечающими эстетическим требованиям и исключающими выделение токсичных компонентов.
В 2004 г. в группе подготавливаемых к освоению месторождений вермикулита было учтено Татарское в Красноярском крае, на долю которого приходится 3-4 % запасов вермикулита в России. Его активная промышленная разработка осуществляется с 2009 г. В Березовском районе, п.г.т. Березовка (г. Красноярск), то есть в непосредственной близости от краевого центра, организовано производство вспученного вермикулита Татарского месторождения с производительностью более 16 000 м3 ВВТ/год.
В настоящее время производство строительных материалов, в том числе огнезащитных, на основе вермикулита в нашей стране развито слабо, а в Красноярском крае отсутствует вовсе.
Разработка огнезащитных составов, преимущественно для металлических конструкций, на основе вспученного вермикулита Татарского месторождения перспективна, позволит повысить огнезащитную эффективность, исключить выделение токсичных компонентов, расширить номенклатуру отечественных огнезащитных материалов, снизить их стоимость и исключить дефицитные материалы, частично заменяя их отходами собственного производства.
Исследовался химический состав концентрата вермикулита Татарского месторождения. Результаты выражаются содержанием и соотношением различных оксидов, важнейшими из которых являются: 8Ю2 - 40,29-40,42; АЬОз - 10,48-10,92; Ре20з + РеО - 11,0-14,47; МеО - 17,94-22,28; К2О -3,99-4,08; СаО - 1,29-1,35; Ш2О - 0,60-1,0.
Для оценки вещественного состава вермикулита Татарского месторождения была исследована усредненная проба концентрата КВТ-1 в количестве 2,5 кг. В концентрате, особенно в мелких фракциях, присутствует определен-
ное количество щелочных амфиболов. Дополнительно определялось их содержание в пробе методом визуального подсчета зерен в иммерсионных препаратах. Моноклинный амфибол представлен двумя разновидностями: арф-ведсонитом (гр. щелочных амфиболов) и актинолитом (гр. существенно кальциевых амфиболов ряда тремолит-актинолит). Суммарное содержание амфиболов в пересчете на вес предоставленных для исследования концентратов составляет ~ 8,8-12,4 об. вес%, из них «0,25-0,53 об. вес% - на актинолит, остальное выпадает на арфведсонит.
Арфведсонит имеет длиннопризматические кристаллы с ромбовидным поперечным сечением темно-зеленого цвета с отчетливым синим оттенком. Длина кристаллов 0,2-1,0 мм. При раздавливании образуются спайные пластинчатые обломки. Актинолит встречается в виде плохообразованных зеленовато-голубых шестоватых кристаллов с занозистыми краями. При раздавливании актинолит легко разрушается на иголочки, волокна.
Разработаны и исследованы составы огнезащитных покрытий (ОЗП) преимущественно для металлических конструкций, в которых в качестве вяжущего использовалась композиция на основе портландцемента и тонкодисперсной вермикулитовой циклонной пыли, являющейся отходом производства вспученного вермикулита Татарского месторождения. В качестве заполнителя использовался вспученный вермикулит фракции 0,63-2,5. На огнестойкость исследовались ОЗП в разном соотношении выбранных компонентов, различной толщины и крупности заполнителя. Толщина наносимого слоя огнезащитных штукатурок составляла 0,5-2,5 см.
Испытания проводились в Независимой испытательной лаборатории НИЛ «СибТест», функционирующей в составе ООО «Центр пожарной экспертизы» г. Красноярска, по [1]. Сущность метода заключается в определении времени от начала теплового воздействия на опытный образец до наступления предельного состояния этого образца - достижения критической температуры (500 °С) (среднее значение по показаниям трех термопар) металлом под исследуемыми огнезащитными покрытиями. Для каждого испытуемого образца фиксировались следующие дополнительные наблюдения: процесс разрушения образца под действием теплового излучения; вспучивание, расслоение, растрескивание, набухание либо усадка. Огнезащитная эффективность покрытий определялась в зависимости от толщины нанесения и крупности заполнителя - вспученного вермикулита, результаты представлены в таблице.
Результаты испытаний огнезащитной эффективности
№ состава Фракция заполнителя ВВТ, мм Толщина покрытия, см Температура на поверхности металла, °С Время проведения испытания, мин
1 1,25 0,5 311 150
2 1,25 1 291 150
3 1,25 1,5 253 150
4 2,5 1 286 150
5 2,5 1,5 223 150
6 2,5 2,5 167 150
Анализ результатов исследуемых покрытий показал, что прослеживается общая тенденция: температура металла под ОЗП достигает указанного в табл. максимального значения, далее остается постоянной независимо от времени теплового воздействия, имея на графике вид горизонтальной площадки (рис. 1, 2).
350
О 50 100 150
Термопара 1 Время, мин
Термопара 2 Термопара 3
Рис. 1. Эффективность огнезащитного покрытия состава № 2 во времени
Є 80 £ $0
20 0 —
0 50 100 150
Время, мій
----Термопара 1
—---Термопара 2 ----Термопара 3
Рис. 2. Эффективность огнезащитного покрытия состава № 6 во времени
Исследования показали, что разрушения ОЗП незначительны (рис. 3), адгезия не нарушена, восстановления ОЗП не требуется. Крупность заполни-
теля оказывает влияние на величину температуры, развивающейся на поверхности металла под покрытием. С увеличением фракции температура снижается на 50 %.
Рис. 3. Внешний вид ОЗП состава № 5 после испытания
Очевидно, что использование вермикулитовой пыли в составе композиции повышает огнезащитную эффективность. Разработанные составы ОЗП обладают огнезащитной эффективностью свыше 150 мин и относятся к 1-й группе [1].
Огнезащитные покрытия на основе вспученного вермикулита Татарского месторождения обладают следующими характеристиками:
- плотность сухой смеси 500-700 кг/м3;
- плотность растворной смеси 1200-1400 кг/м3;
- прочность затвердевших растворов на основе разработанных ОЗП 3,7-10,1 МПа для различных составов;
- удельная эффективная активность ЕРН (Аэфф) - 46,7095 Бк/кг, что относится к 1-му классу материалов и может применяться в строительстве без ограничения;
- морозостойкость до К5;
- теплопроводность составляет 0,14-0,17 Вт/м °С.
Прочность сцепления (адгезию) определяли по силе отрыва образца затвердевшего раствора от основания - металлической плиты без использования грунтовочного покрытия, повышающего адгезию. Прочность сцепления раствора с металлическим основанием у большинства заявляемых составов имеет когезионный характер отрыва - по телу образца и соответствует 0,12 МПа. Это можно объяснить тем, что зерна вспученного вермикулита имеют пластинчатую структуру, поэтому отрыв происходит по раствору. Требования по адгезии раствора к металлическому основанию нормативными документами не установлены.
Заключение
Добавление тонкодисперсной вермикулитовой циклонной пыли в качестве компонента вяжущего в предложенных составах имеет несколько меха-
низмов. Имея в своем составе активные формы кремнезема и алюминия, хе-мосорбционно взаимодействует с цементной системой, вызывая рост кристаллов новообразований, прорастающих в частицы вермикулита. Кроме того, вермикулитовая пыль выступает подложкой для кристаллизации. Зерна вермикулита аккумулируют воду, что способствует процессам гидратации, благодаря чему повышается степень гидратации композиционного вяжущего.
Температура разложения вермикулита (энстатитовая фаза) увеличивается за счет содержания тремолита, что также способствует повышению огнестойкости покрытий на основе вермикулита Татарского месторождения.
При этом хорошо сохраняется целостность покрытия, повышается прочность сцепления, оно отличается высокой трещиностойкостью при пожаре. В силу высокой отражательной способности самих частиц вермикулита, их низкой теплопроводности и упругости, а также благодаря тонким прослойкам воздуха между чешуйками слюды, разработанные составы характеризуются низкой теплопроводностью и высокой огнестойкостью, а также эстетичностью, химической стойкостью, нетоксичностью, отсутствием дымообразования.
Библиографический список
1. ГОСТ 53295-2009. Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования.
Метод определения огнезащитной эффективности. - М. : Стандартинформ, 2009. - 10 с.
