СОСТАВ ОГНЕЗАЩИТНЫЙ
FIRE-RETARDANT COMPOSITION

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для нанесения огнезащитных покрытий на строительные конструкции.
Уровень техники характеризуют огнезащитные составы, содержащие полимерные синтетические материалы, растворители, вулканизаторы, теплостойкие добавки, антипирены, стабилизаторы, пластификаторы и армирующие связующие наполнители (см. RU 2105030 и 2120956, 1998 г., US 5247005, 1993 г., GB 1408133, 1975 г. и 149718, 1978 г., ЕР 0245779, 1987 г.).
Указанные многокомпонентные составы обеспечивают огнестойкость и тепловую защиту, но их производство характеризуется сложностью многостадийной технологии подготовки дорогостоящих ингредиентов и трудоемкостью изготовления из них покрытий. Кроме того, составы неоднородны из-за плохой совместимости структурных элементов, что не обеспечивает достаточных физико-механических свойств составов и показателей по огнестойкости.
Более совершенны и технологичны огнезащитные составы из совместимых ингредиентов на портландцементе, гипсе, жидком стекле, глиноземистом цементе с различными добавками, в которых в качестве заполнителей используют вспученный вермикулит и перлит (см. RU 893944, 1981 г., 2173309, 2001 г., 2249608, 2005 г., 2372314, 2009 г., и JP 7002559, 1005 г.).
Наиболее близким по составу и достигаемому результату является огнезащитный состав, не требующий смешивания на строительной площадке отдельных компонентов перед нанесением покрытия на защищаемую конструкцию по патенту RU 2415806, оп. 26.02.2009 г. - прототип.
Состав по прототипу в виде изготовленной в заводских условиях сухой смеси, затворяемой водой для нанесения на поверхности, содержит портландцемент, каолин, редиспергируемый органический полимер, эфир целлюлозы и вспененный вермикулит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент
25,0-50,0
Каолин
8,0-18,0
Редиспергируемый органический полимер
1,5-3,5
Эфир целлюлозы
0,1-0,8
Вспененный вермикулит
Остальное
Получаемое покрытие с использованием состава по прототипу обладает достаточной огнестойкостью и атмосферостойкостью, срок его службы, согласно описанию, в условиях эксплуатации при температуре окружающей среды от -60 до +70° и влажности воздуха до 70% составляет 25 лет. Однако покрытие из указанного состава не выдерживает вибраций и рабочих деформаций обработанных конструкций, которые приводят к его растрескиванию и отслоению. Кроме того, состав содержит достаточно дорогостоящие компоненты.
Задача, положенная в основу изобретения, заключается в получении экономичного огнезащитного состава, обеспечивающего улучшение прочностных характеристик покрытий.
Технический результат заключается в получении высокопрочного огнезащитного состава, обеспечивающего отсутствие трещин в процессе твердения и при эксплуатации покрытия конструкций в условиях вибраций и значительных деформаций.
Технический результат достигается огнезащитным составом в виде сухой смеси, затворяемой водой для нанесения покрытий, содержащим портландцемент, вспученный вермикулит, хризотиловый асбест, шамот, вспученный перлит, полифункциональный модификатор бетона, мелкодисперсный водорастворимый клей и водоудерживающую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент
20,0-60,0
Вспученный вермикулит
10,0-40,0
Хризотиловый асбест
5,0-25,0
Шамот
5,0-25,0
Вспученный перлит
10,0-30,0
Полифункциональный модификатор бетона
0,1-1,0
Мелкодисперсный водорастворимый клей
2,0-8,0
Водоудерживающая добавка
0,1-3,0
Оптимальная совокупность недорогих компонентов состава обеспечивает достижение технического результата по улучшению трещиностойкости за счет перераспределения деформаций по всему массиву материала.
Выбор содержания ингредиентов и их количества в составе обусловлен следующим:
- Портландцемент. Более низкое (менее 20%) его содержание приводит к недопустимо низкой механической прочности затвердевшего состава, а более высокое (более 60%) содержание - к высокому объемному весу затвердевшего состава, что приводит к низким теплоизоляционным свойствам.
- Вспученный вермикулит. Более низкое (менее 10%) его содержание приводит к увеличению объемного веса (снижение теплоизоляционных свойств) и снижению огнестойкости, т.к. вермикулит - основной огнестойкий заполнитель, а более высокое (более 40%) его содержание приводит к снижению механической прочности затвердевшего состава и увеличению стоимости.
- Хризотиловый асбест является армирующим волокном. Основное положительное отличие асбеста от искусственных волокон применительно к огнезащитным составам - наличие в составе асбеста связанной воды, для испарения которой в процессе пожара дополнительно расходуется тепловая энергия, что приводит к увеличению предела огнестойкости рассматриваемого состава по сравнению с составами, в которых использованы искусственные волокна (базальтовые, муллитокремнеземистые, каолиновые, фиброволокно и т.д., не содержащие в своем составе влаги). Уменьшение содержания хризотилового асбеста ниже 5% приводит к исчезновению эффекта армирования волокнами, а превышение 25% - к ухудшению технологичности при изготовлении сухой смеси и снижению ее гомогенности, выражающейся в расфракционировании смеси при транспортировке.
- Шамот относится к тяжелым огнеупорным заполнителям. Он выполняет функцию повышения огнестойкости (его огнеупорность свыше 1500 градусов Цельсия) и снижения усадки и растрескивания особенно при высоких температурах (свыше 700 градусов), когда легкий заполнитель начинает размягчаться. Снижение содержания шамота менее 5% фактически приводит к исчезновению вышеуказанных свойств огнезащитного состава, а превышение содержания шамота более 25% приводит к значительному увеличению объемного веса, что, в свою очередь, ведет к увеличению теплопроводности, т.е. снижению огнезащитных свойств.
- Вспученный перлит относится к легким плавким заполнителям и выполняет теплоизоляционные функции до 700-800 градусов без изменения физических свойств. При более высоких температурах начинается его размягчение (изменение агрегатного состояния) с поглощением тепловой энергии, что приводит к дополнительному увеличению предела огнестойкости огнезащитного состава. При содержании перлита менее 10% его теплоизолирующие свойства проявляются незначительно, а при увеличении содержания свыше 30% ухудшаются механические и теплоизоляционные свойства при высоких температурах.
- Полифункциональный модификатор бетона является модификатором бетона. К нему относятся полифункциональный модификатор бетона «ПФМ-НЛК», выпускаемый по ТУ 5745-022-58042865-2007 предприятием «Полипласт» г. Первоуральск, Свердловской обл., РФ. По своим потребительским свойствам он соответствует требованиям ГОСТ 24211-91 и представляет собой смесь натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот различной молекулярной массы с добавлением воздухововлекающего и гидрофобизирующего компонентов, подобранных в оптимальном соотношении (полипласт СП-1, лигносульфонат технический ЛСТ, гидрофобизатор ГКЖ-10,11). Близким аналогом того же производителя являются добавки «Линамикс» и «С-3». Уменьшение содержания добавки ниже 0,1% ведет к исчезновению эффекта пластификации бетона, что создает технологические проблемы при нанесении огнезащитного состава на стройплощадке. Превышение 1% содержания добавки ведет к ухудшению удобоукладываемости смеси и удорожанию состава.
- Мелкодисперсный водорастворимый клей. Является технологической добавкой, обеспечивающей первоначальную адгезию состава к защищаемой конструкции, а также набор огнезащитным составом механической прочности в первый час после его нанесения до начала активной работы основного гидравлического вяжущего - цемента. К ним относятся следующие марки: «Dairen модификации от 1220 до 1450 », выпускаются фирмой «DCC» Китай; «Movinil LDM 1646», выпускается фирмой «Nichigo Movinil» Япония; «Vinnapas RE 5044N», выпускается фирмой «Wacker» Германия-Китай и др. Эти клеи с точки зрения химии представляют собой сополимер-винилацетат-этилен. Другое, общеупотребительное название: редиспергируемый латекс или латексный редиспергируемый порошок. Содержание клея менее 2% не оказывает существенного влияния на первоначальный набор прочности и адгезию особенно при низких температурах, а превышение 8% начинает блокировать работу цемента.
- Водоудерживающая добавка. В структуру огнезащитного состава входят два высокопористых вещества: вермикулит и перлит, обладающих большим водопоглощением, но низким водоудержанием, что приводит к неконтролируемому изменению консистенции при замешивании и, как следствие, проблемам при нанесении состава на защищаемую конструкцию (плохая адгезия, сползание). Ее частные формы: «Bermocoll ССА 425, ССА 662, M30» выпускается фирмой «AkzoNobel» Швеция; «Tylose H 30000 YP2» выпускается фирмой «Clariant GmbH» Германия и др. С химической точки зрения - это этилгидроксиэтилцеллюлоза. Общеупотребительное название - эфир целлюлозы. При уменьшении содержания добавки ниже 0,1% ее присутствия в составе не ощущается, а увеличение свыше 3% приводит к неоправданному повышению стоимости материала.
Благодаря указанному содержанию компонентов и их соотношению покрытие представляет собой негорючую теплоизоляционную систему, обладающую высокими прочностными характеристиками и теплозащитными свойствами, позволяющими надежно предохранять строительные конструкции от воздействия теплового потока и пламени.
Изобретение реализуется следующим образом.
На строительной площадке все компоненты огнезащитного состава в пределах заявляемых соотношений загружают в смеситель, затворяют водой и, перемешивая, доводят до необходимой консистенции. Полученную композицию с помощью специального оборудования, аппаратуры или вручную наносят на защищаемую поверхность конструкции. В процессе твердения при высыхании огнезащитного состава происходит его схватывание с образованием огнезащитного покрытия с требуемыми потребительскими вышеуказанными свойствами.
Примеры составов и их характеристики приведены в Таблице 1, в которой 1-3 и 6-8 - примеры прототипа состава «Огракс-НШ», 4 - «Неоспрей» - отечественный аналог по ТУ 5767-011-20942052-05, 5 - «Newsprey» - зарубежный аналог (Projiso), ПОЗ-В - заявляемый огнезащитный состав. Первые примеры приведены по параметрам на 150 мин. огнезащиты, а начиная с 6 - по параметрам на 240 мин. огнезащиты. Различные частные формы реализации признаков полифункциональный модификатор бетона, мелкодисперсный водорастворимый клей и водоудерживающая добавка с указанием марок и достигаемого результата приведены в Таблице 2.
Использование заявляемого состава, по сравнению с прототипом, позволяет уменьшить толщину сухого слоя, особенно на 240 мин огнезащиты, по покрытиям стальных конструкций на 1 группу с 44 до 40,7.
Заявляемый огнезащитный состав обеспечивает предотвращение усадочных трещин в процессе твердения после его нанесения в широком температурно-влажностном диапазоне, а также при эксплуатации покрытия в условиях вибраций и значительных деформаций обработанных составом конструкций.
Огнезащитный состав обеспечивает высокую прочность покрытиям защищаемых конструкций, в том числе работающих при повышенных деформациях (например, металлические фермы и балки перекрытий), т.к. предотвращает появление крупных трещин за счет перераспределения деформаций на весь массив материала.
Указанный положительный эффект достигается в огнезащитных покрытиях вибрирующих конструкций, расположенных вблизи эскалаторов, калориферов, вентиляторов, лифтов и т.п.