СУХАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ОГНЕЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ
DRY MIXTURE FOR FIRE-PROTECTIVE COATING

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для приготовления состава, предназначенного для получения огнестойких, конструктивных теплоизоляционных покрытий строительных металлических и железобетонных конструкций. Изобретение может быть использовано также в нефте-, газодобывающей, нефтехимической промышленности для покрытий наружной поверхности реакторов, различного оборудования, трубопроводов, эксплуатирующихся в районах вечной мерзлоты, под водой и при больших перепадах температур и давлений внутри и вне трубопроводов и оборудования.
В настоящее время для огнезащитных покрытий используют огнезащитные составы, которые вспучиваются и обугливаются при термическом воздействии, обеспечивая огнезащиту и тепловую защиту металлической или железобетонной конструкции (преимущественно тонкослойные вспучивающиеся огнестойкие покрытия - огнестойкая краска). Другой вид огнезащитных составов содержит в своем составе вспученные полые стеклянные микросферы, пористые гранулы на основе вспученного перлита или вермикулита и др. Огнезащита основана на создании на обогреваемой поверхности конструкции теплоизоляционного слоя средства огнезащиты, к которому относятся, в частности, толстослойные напыляемые составы, штукатурные смеси.
Первая группа характеризуется огнезащитными составами, содержащими полимерные синтетические материалы, растворители, вулканизаторы, теплостойкие добавки, антипирены, стабилизаторы, пластификаторы и армирующие связующие наполнители (патент РФ №2120956, кл. С09К 21/14, публикация 27.10.1998, дата подачи заявки 10.03.1996). Указанные многокомпонентные составы обеспечивают огнестойкость и тепловую защиту, но их производство характеризуется сложностью многостадийной технологии подготовки дорогостоящих ингредиентов и трудоемкостью изготовления из них покрытий. При термическом воздействии возможно образование вредных и токсичных веществ. Кроме того, составы неоднородны из-за плохой совместимости структурных элементов, что не обеспечивает достаточных физико-механических свойств составов и показателей по огнестойкости.
Известен состав для получения огнестойкого покрытия теплоизоляционной штукатурной смеси, содержащий в качестве легковесного заполнителя вспененный перлит и пеностекло, в качестве плотного заполнителя - известняковую муку и кварцевый песок, в качестве вяжущего - портландцемент и гашеную известь, вспениватель, минеральные и водорастворимые добавки (Патент на изобретение №2490234, С04В. Дата публикации: август 20, 2013. Начало действия патента: Февраль 6, 2012).
Недостатком известного состава является его невысокая тепловая защита, низкая влагостойкость покрытия, обусловленная применением перлита, имеющего большую открытую пористость, необходимость применения грунтовочного покрытия перед нанесением.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является известное техническое решение, касающееся получения огнезащитного покрытия на строительных конструкциях (Патент РФ №2521999, публикация 10.07.2014). Изобретение относится к получению огнезащитного состава в виде сухой смеси, затворяемой водой, содержащей, 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 и водоудерживающая добавка 0,1-8,0. Технический результат - улучшение трещиностойкости за счет перераспределения деформаций по всему массиву материала.
Однако данное покрытие не обеспечивает достаточно эффективную огнезащиту, обладает невысокой водостойкостью.
Технической задачей изобретения является повышение огнестойкости и теплоизоляционной защиты, водостойкости и морозостойкости покрытия, возможность нанесения смеси без армирующей сетки и предварительной грунтовки, исключение операции сушки нанесенного покрытия.
Поставленная техническая задача достигается тем, что сухая смесь для огнезащитного покрытия, содержащая портландцемент, легковесный заполнитель, плотный заполнитель, пластифицирующую добавку, армирующий заполнитель, дополнительно содержит антипирен и содержит в качестве легковесного заполнителя вспученные гранулы кремнистых пород фракции 0,5-1,25 мм, в качестве плотного заполнителя - необожженные кремнистые породы в виде гранул фракции 1,0-2,0 мм и необожженные измельченные кремнистые породы с размером частиц менее 100 мкм, в качестве пластифицирующей добавки - лигносульфонат натрия модифицированный, в качестве армирующего заполнителя - базальтовое волокно и/или асбест, в качестве антипиренов - тригидроксид алюминия и/или гидроксид магния при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Портландцемент марки 400 - 30-45;
Вспученные гранулы кремнистых пород фракции 0,5-1,25 мм - 15-35;
Необожженные кремнистые породы в виде гранул фракции 1,0-2,0 мм - 3-9;
Необожженные кремнистые породы, измельченные с размером частиц менее 100 мкм - 15-21;
Лигносульфонат натрия модифицированный - 2-8;
Базальтовое волокно и/или асбест - 0,5-1,5;
Тригидроксид алюминия и/или гидроксид магния - 3-8.
3
3
Сухую смесь по изобретению получают путем тщательного перемешивания компонентов в сухом виде. Используют следующие материалы: портландцемент марки 400 по ГОСТ 10178, вспученные гранулы кремнистых пород фракции 0,5-1,25 мм. Гранулы готовят путем помола кремнистых аморфных пород (трепел, диатомит, опока, цеолит, вулканический пепел и др.), смешения со щелочесодержащим связующим, формования гранул и их обжига. В процессе обжига происходит вспучивание гранул с образованием плотной корки на поверхности. После охлаждения гранулы рассеивают на требуемые фракции. Плотность готовых обожженных гранул составляет 60-200 кг/м, теплопроводность до 0,05 Вт/(м⋅К), прочность не менее 4 МПа. Необожженные кремнистые породы разных фракций готовят аналогичным образом, но без технологической операции обжига (насыпная плотность 650-750 кг/м). Лигносульфонат натрия технический (ЛСТП) по ТУ 2455-055-58901825-2008 используют в виде порошка. Предварительно его модифицируют для целенаправленного регулирования пластических и вспенивающих свойств (щавелевая кислота, метилцеллюлоза, уротропин, полифосфат натрия, карбамид). Базальтовое волокно и/или асбест (Вата минеральная базальтовая по ГОСТ 4640-93, асбест хризотиловый ГОСТ 12871-93) в предварительно распушенном виде до размера волокон не более 6 мм. Тригидроксид алюминия и гидроксид магния технической квалификации используют в состоянии поставки без предварительной подготовки (Гидроксид алюминия ТУ 1711-001-00658716-99 и магния гидроокись (магния гидроксид) техническая СТП ТУ КОМП 1-276-10 с массовой долей гидроокиси магния не менее 93%).
Повышение огнестойкости и теплоизолирующих свойств в широком диапазоне температур обеспечивается введением вспученных кремнистых гранул, необожженных кремнистых пород, тригидроксида алюминия и/или гидроксида магния. Теплопроводность вспученных гранул в 2-3 раза меньше теплопроводности керамзита (коэффициент теплопроводности керамзита составляет 0,10-0,18 Вт/(м⋅К)). Введение необожженных кремнистых пород приводит к дополнительному эффекту теплозащиты и повышению огнезащитной эффективности. При огневом воздействии необожженные породы вспучиваются, увеличиваясь в объеме, что уменьшает теплопроводность покрытия. Возросшее термическое сопротивление и выделение воды за счет разложения исходного материала снижают температуру у поверхности покрытия. Введение тригидроксида алюминия и/или гидроксида магния также повышает теплоизолирующие свойства и огнестойкость, т.к. замедляется скорость повышения температуры в результате расхода тепла на дегидратацию вещества (разложение тригидроксида начинается при температуре выше 150°С, гидроксида магния - выше 350°С). Введение в композицию вспученных гранул кремнистых пород обеспечивает повышение водостойкости и морозостойкости покрытия за счет незначительного водопоглощения гранул - до 7% против перлита и вермикулита (400-500%), обеспечивая стабильность теплофизических и физико-механических показателей на весь срок службы.
Базальтовое волокно и/или асбест применяется в предлагаемом составе для объемного микроармирования, т.к. они обладают высокой прочностью на разрыв и высокой коррозионной стойкость. Базальтовое волокно и/или асбест существенно улучшают прочностные показатели затвердевшего покрытия, нанесенного на поверхность, т.е. прочность на изгиб и растяжение, что приводит к снижению риска образования микротрещин в толще покрытия, оказывает положительное влияние на показатели морозостойкости и ударной вязкости. При этом покрытие, получаемое из предлагаемого состава, обладает низкой усадкой, что позволяет применять его без дополнительного армирования.
Следует также отметить, что физико-механические характеристики предлагаемой смеси позволяют ее использовать не только в качестве покрытия, но и для изготовления различных строительных изделий, таких, например, как блоки различной конфигурации и размеров, теплоизоляционные панели, декоративные изделия для энергосберегающих фасадных систем. Эксперименты показали, что предлагаемая сухая смесь эффективна и при использовании ее для санации поверхностей, имеющих следы старого покрытия, поскольку обладает высокой адгезией с любыми неоднородными поверхностями.
Выбор содержания ингредиентов в составе смеси обусловлен следующим.
Портландцемент. Более низкое (менее 30%) его содержание приводит к недопустимо низкой механической прочности покрытия, а более высокое (более 45%) содержание - к высокому объемному весу затвердевшей смеси и в результате к низким теплоизоляционным свойствам и огнестойкости.
Вспученные гранулы кремнистых пород фракции 0,5-1,25 мм. Более низкое содержание (менее 15%) приводит к увеличению объемного веса (снижение теплоизоляционных свойств) и снижению огнестойкости, т.к. вспученные гранулы - основной огнестойкий заполнитель низкой теплопроводности, а более высокое (более 35их содержание приводит к снижению механической прочности покрытия.
Базальтовое волокно и/или асбест являются армирующим компонентом. Уменьшение их содержания в смеси ниже 0,5% приводит к исчезновению эффекта армирования волокнами, а превышение 1,5% - к ухудшению технологичности при изготовлении сухой смеси и снижению ее гомогенности.
Модифицированный лигносульфонат натрия технический является воздухововлекающей добавкой, регулирующей пластические и вспенивающие свойства смеси. Уменьшение содержания ЛСТП ниже 3,0% ведет к исчезновению эффекта пластификации, увеличивается конечная плотность покрытия, что ухудшает теплоизолирующие и огнестойкие свойства. Превышение 10,0% содержания ведет к ухудшению удобоукладываемости смеси, росту пористости и, как следствие, к ухудшению прочностных свойств покрытия.
Тригидроксид алюминия и гидроксид магния являются известными антипиренами. При их содержании менее 5% не проявляется эффект повышения огнестойкости. Увеличение их содержания (более 10%) снижает прочность готового покрытия.
Суммарное содержание двух фракций необожженных кремнистых пород обеспечивает повышение огнестойкости затвердевшего слоя. Выход за приведенное суммарное количество как в сторону увеличения, так и уменьшения приводит к выходу за заявленные пределы концентраций других компонентов и ухудшению свойств покрытия. Размеры фракций необожженных кремнистых пород и их количество (массовое соотношение измельченной фракции к гранулам составляет от 1,5 до 3,7) определяются условиями получения максимального положительного эффекта.
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. В целом заявленные пределы концентраций определяются необходимостью получения положительного технического эффекта, и выход за указанные пределы приводит к снижению свойств покрытия.
Способ приготовления покрытия заключается в затворении готовой смеси водой (20% сверх смеси) и перемешивании в течение 25-30 мин вручную или в лопастных смесителях типа СО-46 Б. Приготовленная смесь наносится на предварительно очищенную и обезжиренную металлическую поверхность ручным способом или с использованием обычных средств для нанесения покрытия (агрегаты типа МИС-800, АК-800 или подобные). Покрытие наносят неоднократно. Толщина каждого слоя 0,5-0,7 мм. Общая толщина покрытия 1,5-2,0 см. Сушку производят в естественных условиях.
В таблице 1 представлены конкретные примеры заявленной сухой смеси, а в таблице 2 - свойства получаемых покрытий.
Использование заявляемого состава по сравнению с прототипом позволяет уменьшить толщину слоя покрытия стальных конструкций на I группу с 28 до 25-26 мм на 150 мин и с 40,7 до 36-39 мм на 240 мин.