ОГНЕЗАЩИТНЫЙ СОСТАВ
FIREPROOF COMPOSITION

Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано для конструктивной огнезащиты стальных, железобетонных несущих и ограждающих строительных конструкций на всех видах объектов гражданского и промышленного строительства.
Уровень техники.
В патенте RU 2140400 раскрывается огнезащитный состав для бетона, металла и дерева, содержащий, мас.%:
Связующее (жидкое стекло или силикофосфат)
55-65
Каолин
7-10
Карбонат кальция
8-13
Вспененный вермикулит
10-15
Золу-унос ТЭС
8-12
Состав может также содержать дополнительно сверх 100% неорганическое волокно 4,5-5,0%, или поливиниловый спирт 3-4%, или - при использовании жидкого стекла - нефелиновый антипирен 1,5-2,0%. Данный состав позволяет обеспечить предел огнестойкости 0,75-1 ч, группу огнезащитной эффективности для дерева 1 и температуру начала вспучивания 180-200°С.
Применение жидкого стекла делает покрытие невлагостойким (при вымывании связующего происходит разрушение огнезащитного покрытия), а также приводит к увеличению времени схватывания огнезащитного покрытия, нанесенного на защищаемую поверхность. Кроме того, использование жидкого стекла усложняет процедуру приготовления огнезащитного состава при затворении огнезащитного материала водой, ввиду двухкомпонентности материала (твердый порошок сухой смеси и раствор жидкого стекла должны смешиваться непосредственно перед нанесением огнезащитного покрытия). Указанный в данном патенте предел огнестойкости соответствует III и IV группам огнезащитной эффективности по НПБ 236-97. Однако для большинства огнезащитных материалов для защиты несущих металлоконструкций требуется достижение I группы (150 мин) огнезащитной эффективности, а в ряде случаев и огнестойкости в 240 мин (объекты высотного строительства).
Наиболее близкий огнезащитный состав раскрывается в JP 7002559. Данный состав содержит следующие компоненты: легковесный наполнитель, выбранный из группы, включающей диатомитовые земли, вспененный вермикулит, перлит и пористый гранулированный шамот - от 10 до 50 в мас.%; огнеупорная жирная глина, выбранная из группы, включающей бентонит и каолин - от 50 до 90 в мас.%, связующее, выбранное из группы, включающей жидкое стекло, портландцемент и соли фосфорной кислоты - от 0,1 до 10 в мас.%.
К недостаткам данного состава можно отнести низкие огнезащитные свойства, пониженную влагостойкость, а также низкую первичную адгезию (адгезия до начала схватывания основного связующего) материала к данной поверхности.
Задачей настоящего изобретения является создание однокомпонентного (не требующего смешения отдельных компонентов непосредственно перед нанесением на защищаемую поверхность) низкоплотного огнезащитного состава, предназначенного для защиты стальных и железобетонных несущих конструкций и обеспечивающего огнезащитную эффективность до 240 мин, устойчивого длительное время в условиях открытой атмосферы умеренного климата и пригодного для машинного нанесения на защищаемую поверхность.
Раскрытие изобретения.
Поставленная задача решается огнезащитным составом в виде сухой смеси, затворяемой водой для нанесения на поверхности стальных и железобетонных конструкций, содержащим 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
Дополнительное введение в огнезащитный состав совместно редиспергируемого органического полимера и эфира целлюлозы вызвано следующим.
Введение редиспергируемого органического полимера обеспечивает первичную адгезию затворенного водой огнезащитного состава к защищаемой поверхности и способствует быстрому схватыванию материала на начальном этапе.
В качестве редиспергируемых органических полимеров могут быть использованы любые редиспергируемые полимеры, выпускаемые строительной промышленностью, например, гомо- и сополимеры винилацетата, или этилена, или винилверсалата, сополимеры винилацетата, эфира акриловой кислоты и винилового эфира версатиковой кислоты и др.
Наличие в огнезащитном материале «ОГРАКС-НШ» эфира целлюлозы позволяет после затворения водой получить состав с требуемыми реологическим свойствами. Тиксотропия затворенной смеси позволяет равномерно наносить огнезащитное покрытие на сложные металлические профили без существенных потерь материала. В качестве эфиров целлюлозы применимы метилцеллюлоза, метилгидроксиэтилцеллюлоза или метилгидроксипропилцеллюлоза.
Введение в огнезащитный состав совместно в заявленных количествах редиспергируемого органического полимера и эфира целлюлозы позволяет улучшить адгезию огнезащитного состава к защищаемой поверхности и обеспечить достижение первичной прочности при твердении состава на начальном этапе до схватывания минеральных связующих (портландцемента и каолина).
Использование редиспергируемого органического полимера позволяет изготавливать «ОГРАКС-НШ» в виде однокомпонентного материала, при этом не происходит увеличения плотности покрытия огнезащитного материала «ОГРАКС-НШ» и полученное покрытие обладает достаточной атмосферостойкостью. Атмосферостойкость обеспечивается наличием в сополимере достаточного количества мономерных участков эфиров акриловой кислоты. Согласно данным ускоренных климатических испытаний, покрытие огнезащитного материала «ОГРАКС-НШ» пригодно для эксплуатации в условиях открытой атмосферы умеренного климата с ориентировочным сроком службы 10 лет, в условиях ограниченной атмосферы умеренного климата 25 лет.
Для реализации изобретения может быть использован как вспененный вермикулит, полученный традиционным путем - получаемый в результате обжига природных гидратированных слюд, либо может быть использован химически вспененный вермикулит. Под химически вспененным вермикулитом понимается вермикулит, который перед вспениванием обрабатывают сильным окислителем, например, пероксидом водорода. Такой вермикулит обладает исключительно низкой насыпной плотностью, в отличие от традиционно применяемого термически вспученного вермикулита, что позволяет существенно уменьшить плотность покрытия огнезащитного материала, а также сократить нагрузку на защищаемые конструкции и расход материала.
Содержание вспененного вермикулита составляет 30-60 мас.%. При содержании вспененного вермикулита, выходящим за эти пределы наблюдается значительное снижение прочности покрытия, либо происходит увеличение плотности огнезащитного покрытия с одновременным снижением огнезащитной эффективности материала.
Выбор интервала содержания портландцемента обусловлен следующим:
1) снижение содержания портландцемента ниже 25% снижает прочность покрытия;
2) увеличение содержания портландцемента выше 50 мас.% приводит к снижению огнезащитной эффективности материала ввиду увеличения его теплопроводности и появлению хрупкости при высоких температурах (в условиях пожара).
Содержание каолина в заявленных пределах позволяет существенно снизить негативный эффект от охрупчивания портландцемента при высоких температурах, а также придать смеси дополнительную пластичность.
Увеличение содержания каолина выше 18 мас.%, за счет:
1) снижения содержания портландцемента негативно сказывается на прочностных свойствах материала; в этой связи, оптимальные соотношения портландцемент - каолин находятся в интервале 2,5:1 - 3,5:1 (по массе).
2) снижения содержания химически вспененного вермикулита негативно сказывается на теплофизических свойствах огнезащитного покрытия;
Низкая теплопроводность химически вспененного вермикулита обеспечивает возможность достижения материалом «ОГРАКС-НШ» огнезащитной эффективности до 240 мин при малой толщине слоя покрытия. Химически вспененный вермикулит образуется в результате термообработки наномодифицированного вермикулита, полученного в результате интеркаляции пероксида водорода (водный раствор 40-50% по массе) в нанослоистую матрицу (межслоевые расстояния 1,4 нм) вермикулитовго концентрата.
Благодаря заявленному содержанию компонентов, покрытие на основе состава «ОГРАКС-НШ» представляет собой негорючую теплоизоляционную систему, обладающую высокими теплозащитными свойствами, что позволяет великолепно предохранять строительные конструкции от воздействия теплового потока и пламени.
Изобретение реализуется следующим образом.
Технологический процесс получения низкоплотного огнезащитного материала «ОГРАКС-НШ» на основе химически вспененного вермикулита обеспечивает полный цикл получения этого материала от химической обработки сырья до изготовления конечной продукции и включает в себя следующие основные технологические операции:
- химическую обработку вермикулита пероксидом водорода;
- термическое вспенивание вермикулита;
- приготовление сухой смеси химически вспененного вермикулита со связующими (портландцемент, каолин) и специальными добавками (органического редиспергируемого полимера и эфира целлюлозы.
Перед использованием данный однокомпонентный материал затворяют водой, затем наносят огнезащитный состав с помощью специальной аппаратуры на защищаемую поверхность, в процессе высыхания огнезащитного состава происходит его схватывание и образование огнезащитного покрытия с требуемым набором свойств.
Пример конкретного выполнения.
Пример 1. Для приготовления состава в соответствии с изобретением брали следующие исходные компоненты:
3
химически вспененный вермикулит, полученный обработкой вермикулита 40% пероксидом водорода и последующим вспениванием при 300°С, плотностью 18-45 г/см;
портладцемент марки 500 в соответствии с ГОСТ 10178-85;
каолин марки КСЕ-1 в соответствии с ТУ 5729-072-00284530-96;
сополимер винилацетата, эфира акриловой кислоты и винилового эфира версатиковой кислоты,
метилцеллюлозу марки «Mecellose FMC 22501».
Компоненты тщательно смешивали. Затем полученный состав «Огракс-НШ» затворяли водой и наносили с помощью специальной аппаратуры на защищаемую металлическую поверхность.
Основные технические характеристики низкоплотного огнезащитного материла «Огракс-НШ» приведены в Таблице 1.
В таблице 2 приведены приготовленные в соответствии с примером 1 составы и получаемые при этом свойства.
Пример 2. Получали составы в соответствии с таблицей 3. В качестве пеновермикулита использовали пеновермикулит по ГОСТ 12865-67.
В качестве редиспергируемого полимера для состава 6 использовали полимер марки "Neolith 8800" (поливинилацетат, полиакрилат, поливерсалат), состав 7 - "Neolith 8400" (поливинилацетат, полиакрилат) и состав 8 - "Neolith 7200" (поливинилацетат, поливерсалат), производитель F.A.R. Fabbrica Adesivi Resine s.p.a.
В качестве эфира целлюлозы использовали для состава 6 метилгидроксипропилцеллюлозу марки "Mecellose РМС 15 US", для состава 7 - метилцеллюлозу марки "Mecellose FMC 22501" и для состава 8 - метилгидроксиэтилцеллюлозу марки "Mecellose FMC 24502" фирмы Samsung Fine Chemicals.
Состав 6 наносили на стальную поверхность, а составы 7 и 8 - на поверхность железобетонной плиты.
3
Как следует из представленных таблиц, «Огракс-НШ» - экономичный огнезащитный материал, сочетающий в себе простоту технологических решений, высокую огнестойкость и легкость покрытия на его основе. Плотность огнезащитного покрытия на основе «Огракс-НШ» составляет 250-350 кг/м, что на 30-40% ниже, чем у аналогичных вермикулитсодержащих огнезащитных штукатурных составов.
Важное достоинство «Огракс-НШ» - полное отсутствие асбеста, хлоридов и других, опасных для здоровья человека и окружающей среды веществ, поэтому при работе с ним не требуются специальные меры защиты. Материал поставляется в виде сухой смеси. Внешний вид этого высокоэффективного материала не меняется под действием огня, штукатурка не растрескивается, не плавится и не отслаивается от поверхности защищаемой конструкции. Покрытие выдерживает небольшие вибрации и деформации. Срок службы этого покрытия в условиях эксплуатации при температуре окружающей среды от -60 до +70°С и влажности воздуха до 70% составляет 25 лет.
Таблица 1
Технические характеристики низкоплотного огнезащитного материала «ОГРАКС-НШ»
Параметры
Значение параметра
Цвет покрытия
серый
Насыпная плотность материала
180-250 кг/м<sup>3</sup>
Плотность покрытия в условиях эксплуатации
250-350 кг/м<sup>3</sup>
Температура плавления, не менее
1300°С
Удельная теплопроводность покрытия
0,06-0,08 Вт/(м·К)
Расход для получения покрытия толщиной 10 мм
2,50-3,50 кг/м<sup>2</sup>
Толщина сухого слоя покрытия для достижения I группы огнезащитной эффективности по НПБ 236-97, не более, мм
28-32
Таблица 2
Сравнение основных показателей «Огракс-НШ» и известных аналогов
№ п/п
Состав, мас.%
Эксплуатационные характеристики
Портландцемент
Каолин
Редиспергируемый органический полимер
Эфир целлюлозы
Вспененный вермикулит
Плотность готового покрытия, кг/м<sup>3</sup>
Теплопроводность покры-тия, Вт(м·К)
Температура плавления, не менее °С
Толщина сухого слоя покрытия для достижения I группы огнезащитной эффективности по НПБ-236-97
Температура эксплуатации
1.
35,0
12,0
2,75
0,25
осталь-ное
300
0,07
1300
30
минус 50÷60°С
2.
30,0
10,0
3,00
0,40
250
0,06
1300
28
минус 50÷60°С
3.
45
15
1,50
0,20
350
0,08
1300
32
минус 50÷60°С
4.
Отечественный аналог - «Неоспрей» по ТУ 5767-011-20942052-05
490
0,11
1300
32
минус 40÷50°С
5.
Зарубежный аналог «Newspray» («Projiso»)
350-500
0,07
1300
48
минус 40÷50°С
Таблица 3
Параметры заявляемого огнезащитного состава на основе вермикулита для достижения группы огнезащитной эффективности 240 мин для стальных и железобетонных конструкций
№ п/п
Состав, мас.%
Эксплуатационные характеристики
Портландцемент
Каолин
Редиспергируемый органический полимер на основе поливинилацетата
Эфир целлюлозы
Вспененный вермикулит
Плотность готового покрытия, кг/м<sup>3</sup>
Теплопровод-ность покры-тия, Вт/(м·К)
Температура плавле-ния, не менее °С
Толщина сухого слоя покрытия для достижения огнезащитной эффективности 240 мин, мм
Температура эксплуатации
6.
30,00
10,00
3,00
0,35
Остальное
290
0,07
1300
44
минус 50÷60°С
7.
33,00
12,00
2,50
0,25
Остальное
270
0,06
1300
38
минус 50÷60°С
8.
43,00
14,00
1,80
0,21
Остальное
330
0,08
1300
40
минус 50÷60°С