CC BY
47
УДК 614.841 Доц. М.З. Пелешко, канд. техн. наук - Львiвський ДУ БЖД
ВПЛИВ ЗАХИСНОГО ПОКРИТТЯ НА ТЕМПЕРАТУРО-
ТА ВОГНЕСТШЮСТЬ ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ КОНСТРУКЦ1Й
Дослщжено, що застосування вогнезахисних покриттiв для з^зобетонних конструкцiй е досить ефективним способом запобiгання його руйнуванню шд час поже-жi. Визначено умови формування вогнезахисного покриття на основi наповнених поль силоксанiв для шдвищення вогнестiйкостi з^зобетонних будшельних конструкцiй в умовах реально! пожеж^ Запроектовано склади вихщних композиций захисних покрит-пв та вивчено !х вплив на деформацшш властивостi з^зобетонних будшельних конструкцш. Запроектовано склади захисних покриттiв для шдвищення довгсгачност залiзобетонних конструкций в умовах високотемпературного нагрiвання та умов пожеж^
Ключовi слова: високотемпературне та вогнезахисне покриття, вихщна компози-ця, межа мiцностi та вогнестiйкостi зшшобетонних конструкцiй, модуль пружностi та довговiчнiсть.
Постановка проблеми. Нормативними документами Украши визначено, що межа вогнестшкостД залiзобетонних будДвельних конструкцiй визна-чаеться шляхом проведения вогневих випробувань, яка мае становити, залежно вiд матерiалу конструкцií, не менше 45 хв. З урахуванням сучасних технологiй будДвництва, а саме зменшення перерiзу основних будiвельних залiзобетонних конструкцiй для збДльшення необхiдноí межi вогнестiйкостi, доцiльно викорис-товувати вогнезахиснi покриття.
Застосування вогнезахисних покриттДв е досить ефективним способом запобДгання його руйнуванню в разi пожежi, що забезпечуе нормовану межу 1х вогнестiйкостi. Для захисту поверхнД залiзобетону вiд вогневого впливу пер-спективними е захиснi покриття на основi органiчних i мiнеральних в'яжучих, якi здатнi у процесi пожежi спучуватися. Але при цьому оргашчш в'яжучi у процесi нагрДвання утворюють захисне покриття з високою адгезiею на повер-хнi матерiалу, яке руйнуеться тепловими газовими потоками. ДоцДльним е ви-користання вогнестiйких покригпв на основi мiнеральних в'яжучих, якД спучу-ються пiд час нагрДвання з утворенням теплоiзоляцiйного захисного шару.
Тому актуальним з теоретичного та практичного погляду е розроблення складiв атмосферостiйких та вогнезахисних покриттiв з покращеними фДзико-механiчними властивостями, що сприятиме пiдвищению ефективностi вогнеза-хисту залiзобетонних конструкцiй. Перспективним напрямком розроблення но-вих складДв вогнезахисних покриттш е використання в 1х рецептурах наповне-ного полiметилфенiлсилоксану, що зумовило актуальнкть проведення дослД-джень, та встановлення закономiрностей впливу компонент на ефективнкть вогнезахисту залiзобетонних конструкцiй.
Аналiз останнiх дослщжень та публiкацiй. Перспективним способом захисту е нанесення на 1х поверхню покриттiв, якД мають довготривало i на-дiйно працювати в умовах рiзких коливань температур та до високотемператур-них агресивних середовищ. Захист буддвельних конструкцiй рiзноманiтними покриттями, якД завдяки високим показникам температуро, термо- Д вогнес-тшкостД не тДльки збДльшують термДн експлуатацп, але й шд час регулювання фазового складу та структури у сукупностД забезпечують необхДдний комплекс цшних фДзико-механДчних Д хДшчних властивостей [1].
Залежно вщ виду матерiалу, який використовуеться, його призначення та технологiчного методу отримання деякi види покритпв (емалевi, склокристалiч-нi, керамiчнi, оксиднi, дифузiйнi) видшились в окремi галузi. Найбiльш пошире-нi емалевi та склокристалiчнi покриття не можуть забезпечити надiйного захис-ту конструкцiй в умовах експлуатацц вище вiд 1273 К. Важливе значения мають покриття, якi наносяться методом полум'яного, детонацiйного або плазмового розпилення. Таи методи дають змогу отримати високоякiснi покриття з вогнет-ривких матерiалiв всiх видiв i наносити !х на пiдкладки рiзних типiв. Однак такi методи е технолопчно складними i потребують дорогого обладнання [2, 3].
Аналiз технолопчних режимов, фiзико-хiмiчних та експлуатацiйних властивостей зазначених вище захисних покриттш показав перспективу вико-ристання органосилiкатних матерiалiв, якi е продуктами хiмiчноí взаемодл силь цiй органiчних сполук, сишкатав (азбест, слюда, тальк) i тугоплавких оксидiв. Досить економiчнi методи приготування вихвдних композицiй органосилшатно-го покриття шляхом мехашко-хгшчного диспергування наповнювача у середо-вищi силiцiй органiчноí зв'язки та нанесення íх за лакофарбовою техиологiею створюють iстотнi переваги перед шшими типами покритпв [4, 5].
Виртення питання отримання захисних покритпв з високою мехашч-ною i корозiйною мiцнiстю, ударною в'язкiстю, термо- i жаростiйкiстю та поеднання цих властивостей iз властивостями керамiки, яка характеризуеться значною вогнестшкктю та опором до окислення, потребуе щло1 низки розро-бок складiв матерiалiв, стшких до дИ" високих температур i корозiйно активних середовищ. Вiдсутнiсть вичерпних даних про фiзико-хiмiчнi процеси, ят проть кають у покриттях за високих температур i динамiчних нагршш, не дае змоги спрямовано регулювати "х експлуатацiйнi властивостi [6, 7].
Однак досягнутий ргвень цих характеристик (корозшна стшшсть, жарос-тiйкiсть, термостшшсть та ш.) визначаеться в основному властивостями вихвд-них компонент i отриманих на "х основi продуктов синтезу. Шляхом введення до-даткових iнгредiентiв можливо збiльшити потенцiал мiжфазноí взаемодл у зонi контакту, який дотепер повнктю не реалiзований. Висока реакцшна здатнiсть зв'язюв -81-0-81-, -81-0-Ме- у момент деструкцií силiцiйорганiчних сполук спри-яе iитенсифiкацií та спрямованому регулюванню процессе фазоутворення у самому матерiалi й у зош контакту, що дасть змогу ктотно покращити фiзико-хiмiчнi та експлуатацiйнi властивосп щло1 низки конструкцiйних матерiалiв [8, 9].
Тому вiдомi композицií для надшного високотемпературного захисту на основi наявних наповнених пол1мерних i силщшоргашчних матерiалiв, якi во-лоддать сукупшстю високих технологiчних, адгезiйно-мiцнiсних i захисних властивостей, мають ктотний недолiк, а саме - низьку захисну здатнкть у температурному iнтервалi термодеструкцц зв'язки.
Мета роботи - встановлення можливостi використання наповнених ок-сидними i силiкатними матерiалами полiсилоксанiв як температуро- i вогнес-тiйких захисних покритпв.
Об'екти та методи дослщження. Як зв'язку для отримання захисних покритпв використано полiалюмосилоксановий лак К0-08 (ГОСТ 16731-78), а
наповнювачем були алюмшш, цирконiй (IV) оксиди, мшер^затором - титану (IV) оксид. Шд час проведения дослiдження використано передбачеш чинними державними стандартами методи, ят дають змогу вивчити фiзико-хiмiчнi та фь зико-механiчнi властивостi вихiдних композицш для захисних покриттiв та !х експлуатацiйнi характеристики.
Виклад основного матерiалу дослщження. Вихiднi склади для захисних покритпв вибирали iз умови отримання максимального вмiсту температу-ро- i вогнестiйких силiкатних фаз (мулiту та циркону) та мiнiмальним вмктом силiцiю оксиду, який негативно впливае на термомеханiчнi властивостi. Найбiльш дощльно композицií для захисних покритпв отримувати шляхом су-мiсного диспергування стехюметрично розрахованих складiв наповнювача у се-редовищi полiалюмосилоксану у кульових або бкерних млинах.
Встановлено, що в процес механiчного оброблення компонент ввдбу-ваеться подрiбнения оксидного наповнювача, часткове розривання ланцюга по-лiсилоксаиу, що створюе можливкть прививання останнього до поверхш оксиду та отримання агрегативностшко1 суспензií. Залежно вiд часу мехашчного об-роблення маса привитого полшеру становить 3,2-6,4 мас. %.
Покриття наносили на вихiднi, попередньо очищенi та знежиренi залiзо-бетонш конструкцií методом занурення або пульверизацц товщиною 600800 мкм. Текучкть суспензií мае знаходитись у межах 20-26 с за вккозиметром ВЗ-4. Найбiльш рацiонально з метою досягнення максимально!' мiкротвердостi можна наносити покриття пошарово товщиною 200-300 мкм, проводячи термiч-не затвердiния шсля кожного нанесення за температури 523 К. Аналопчний результат отримано шд час затвердiния покриття за тмнатно1 температури (293 К). Вивчено вплив вогнезахисного покриття на експлуатацiйнi властивосп залiзобетону в умовах реально! пожеж^ Для порiвияния використано вогнеза-хисний склад Ендотерм ХТ-150.
Важливою характеристикою е вплив температури на змшу фiзико-меха-нiчних властивостей дослiджуваних покритих залiзобетонних зразкiв. Вивчено мiцнiснi характеристики матерiалiв на основi портландцементу (ПЦ П/А-Ш), шлакопортландцементу (ШПЦ Ш/А) за високих температур. Дослiджения проводили шсля нагрiвания до температури 473, 673, 873, 1073, 1273 К. Характер змши шцносп залiзобетону iз запропонованим складом покриття пiд час нагрь вання наведено на рис. 1.
Встановлено, що шд час нагршання до температури 473 К мщшсть зраз-кiв на стиск зростае на 4,5-5,0 %, а мщнкть на згин - на 7-12 % внаслвдок ущшьнення структури залiзобетону. Також при цьому видшяеться вода iз желе-подiбних складниюв в'яжучого i кристалiзацií кальцда гiдроксиду, який утво-рився шд час гiдратацií цементу. Нагрiвания до температури 673 К призводить до зменшення мiцностi залiзобетону на стик за майже стабшьно1 мiцностi на згин. Таке значне зниження мщносп на стик (25-50 %) спостертаеться за нагрь вання в iнтервалi температур 673-873 К, що пояснюеться дегiдратацiею продук-тiв тверднення цементу. При цьому мшшальне зменшення мщносп на стиск спостерiгаеться для залiзобетонiв на основi шлакопортландцементу. Можна заз-
начити, що мiцнiсть зразкiв на згин зменшуеться на 40 % - для незахищеного покриттям i на 12,5-25,0 % - для захищеного.
Рис. 1. Залежшсть мщтсних характеристик (на стиск - а, на згин - б) вогнезахи-щеного залiзобетону вiд температури пожежi: 1 - вuхiднuй склад;
2 - товщина покриття 0,8 мм; 3 - товщина покриття -1,0 мм
Подальше на^вання зразюв до температури 1073 К веде до зменшення мщносл на стиск незахищеного заизобетону майже на 85 %, що може призвес-ти до його руйнування. Вiзуально виявлено, що поверхня зразюв покрита трь щинами розмiром вiд 3 до 30 мм. Подальше на^вання до температури 1273 К веде до незначного тдвищення мщносп зразкiв та стиск i згин внаслiдок час-ткового сткання матерiалу за рахунок активного кальцш оксиду з утворенням спеченого матерiалу. Дослiдження деформативних характеристик залiзобетону показало, що за на^вання до 573 К модуль пружносп бетону (рис. 2) зменшуеться майже у 2 рази завдяки нерiвномiрному розширенню його складових внаслiдок рiзницi ТКЛР.
Рис. 2. Вплив температури нагрiвання на мщтст характеристики захищеного залiзобетону: 1) вuхiднuй склад;
2) товщина покриття 0,8 мм;
3) товщина покриття - 1,0 мм
Рис. 3. Вплив температури нагрiвання на пористкть захищеного залiзобето-
ну: 1) вuхiднuй; 2) захищений Ендотерм ХТ-150; 3) захищений розробленим складом вогнестшкого покриття
Найбшьше значення Е0 (у 2,5 раза) характерне для незахищеного заизо-бетону. На^вання в iнтервалi температур 573-873 К внаслщок велико'' рiзницi показника терморозширення цементного каменя, його руйнування внаслщок
дегщратацп зменшуе модуль пружностi до 0,12*104 МПа для звичайного бетону. Для захищеного залiзобетону цей показник у 2,0-2,6 рази вищий. Подальше на^вання до 1173 К внаслiдок руйнування кристалоидратно! структури та по-яви дефекив каркасу зменшуе модуль пружносп до 0,03-0,18*104 МПа. Тому показник Е для захищеного залiзобетону (0,03*104 МПа) св^ить про практич-не його руйнування, при цьому захищеш зразки володiють вiдповiдною мщшс-тю, що тдтверджують показники модуля пружносп.
Пiд час нагрiвання захищеного покриттям залiзобетону змiнюеться його пористiсть, яка значною мiрою впливае на фiзико-механiчнi показники матерь алу. Згiдно з даними рис. 3, пористiсть залiзобетону починае активно зростати за на^вання до температури вище вiд 673 К. Виявлено, що в iнтервалi температур 673-1073 К спостериаеться збiльшення пористостi залiзобетону на 4052 % для залiзобетону з неармованим й армованим каолiновим волокном.
Залiзобетон на основi шлакопортландцементу iз захисним покриттям змiнюе пористiсть тд час нагрiвання менш екстремально. При цьому збшьшен-ня пористостi у цьому iнтервалi температур нагрiвання становить всього 6 %, що пояснюеться утворенням на його поверхнi депдратованих частинок тонко! плiвки скловидно! фази iз шлаково! складово! цементу та стабшзащею струк-турно-активних компонент. Внаслщок явища адсорбцiйного модифiкування по-верхш окремих складових залiзобетону захисним покриттям можуть виникати сприятливi умови для формування мiнiмально напружено! мiкроструктури, внаслщок чого е виш^ показники мiцностi, порiвняно iз зразками на основi пор-тландцементного в'яжучого.
Нагрiвання в^х дослiджуваних зразкiв в iнтервалi температур 10731273 К призводить до зменшення пористостi на 10-18 % внаслщок часткового оплавлення поверхнi покриття. Експериментально встановлено вплив розробле-ного складу вогнезахисного покриття на межу вогнеспйкосп залiзобетонних конструкцiй (рис. 4).
Рис. 4. Межа вогнестшкост1 залiзобетонних конструкцш:
1) незахищеного; 2) покриття Ендотермом ХТ-150;
3) покриття розробленим складом вогнезахисного покриття
Висновок. Визначено вплив запропонованого складу захисного покриття на вогнестшкють залiзобетонних конструкцш. Встановлено, що запропоно-ваний склад захисного покриття пщвищуе вогнестiйкiсть залiзобетонних конструкцiй в 1,6-2,8 рази.
Лiтература
1. Бартелеми Б. Огнестойкость строительных конструкций / Б. Бартелеми, Ж. Крюппа : пер. с франц. М.В. Предтеченского. - М. : Изд-во "Стройиздат", 1985. - 216 с.
2. Богословский В.Н. Огнестойкость конструкций зданий с учетом режима пожара / В.Н. Богословский, В.М. Ройтман // Строительная механика и расчет сооружений : сб. науч. тр. -1984. - № 5. - С. 8-14.
3. Зенков Н.И. Строительные материалы и горение их в русловых пожара / Н.И. Зенков. -М. : Изд-во "Стройиздат". - 205 с.
4. Милованов А.Ф. Стойкость железобетонных конструкций при пожаре / А.Ф. Милова-нов. - М. : Изд-во "Стройиздат", 1998. - 304 с.
5. Романенков И.Г. Огнезащита строительных конструкций / И.Г. Романенков, Ф.А. Леви-гес. - М. : Изд-во "Стройиздат", 1991. - 320 с.
6. Страхов В.Л. Огнезащита строительных конструкций: современные средства и методы оптимального проектирования / В.Л. Страхов, А. Гаращенко // Строительные материалы : сб. науч. тр. - 2002. - № 6. - С. 2-5.
7. Беликов А.С. Повышение огнестойкости строительных конструкций / А.С. Беликов, Г.Н. Крикунов, В.А. Шаломов и др. // Сборник научных трудов ПГАСА. - 1997. - Вып. 2, № 4.1. - С. 44-47.
8. Беликов А.С. Огнестойкость и повышение огнестойкости металлических конструкций / А.С. Беликов // Вкник ПДАБА : зб. наук. праць. - 2000. - № 3. - С. 57-61.
9. Кривцов Ю.В. Пассивная защита строительных конструкций и материалов / Ю.В. Кривцов, И.Р. Ладыгина, О.Н. Буллах и др. // Пожарная профилактика : сб. науч. тр. - М. : Изд-во ВНИИПО, 1996. - 45 с.
Пелешко М.З. Влияние защитного покрытия на температуро- и огнестойкость железобетонных конструкций
Исследовано, что применение огнезащитных покрытий для железобетонных конструкций является достаточно эффективным способом предотвращения его разрушения при пожаре. Определены условия формирования огнезащитного покрытия на основе наполненных полисилоксанов для повышения огнестойкости железобетонных строительных конструкций в условиях реального пожара. Запроектированы составы исходных композиций защитных покрытий и изучено их влияние на деформационные свойства железобетонных строительных конструкций. Запроектированы составы защитных покрытий для повышения долговечности железобетонных конструкций в условиях высокотемпературного нагрева и условий пожара.
Ключевые слова: высокотемпературное и огнезащитное покрытие, исходная композиция, предел прочности и огнестойкости железобетонных конструкций, модуль упругости и долговечность.
Peleshko M.Z. The Impact of Protective Coating on Temperature and Fire Resistance of Reinforced Concrete Constructions
The use of fire protective coatings for concrete structures is proved to be quite effective way to prevent its destruction by fire. The conditions for formation of fire retardant coatings based on filled polysiloxane to improve the fire resistance of reinforced concrete building constructions in a real fire are defined. Depots of outgoing compositions protective coatings are designed; their effects on deformation properties of reinforced concrete building structures are studied. Protective coating compositions to improve the longevity of reinforced concrete structures in conditions of high heat and fire are projected.
Keywords: high-temperature and fire protective coatings, output composition, strength and fire resistance of reinforced concrete structures, elastic modulus and longevity.
