КОМПОЗИЦИОННАЯ ОГНЕЗАЩИТНАЯ СИСТЕМА

Область техники.
Полезная модель относится к области огнезащиты металлических изделий с приведенной толщиной менее 5,8 мм и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве.
Предшествующий уровень техники.
Для расчетов толщин огнезащитных покрытий и систем используется понятие «приведенная толщина металла».
Приведенная толщина металла (δпр) это отношение площади поперечного сечения металлической конструкции S к внешней части его периметра Р, который подвергается огневому воздействию:
δпр=S/Р
Обогреваемый периметр конструкции определяется в каждом конкретном случае в зависимости от способа монтажа, профиля конструкции, а также типа огнезащиты.
Предел огнестойкости не защищенной стальной конструкции возрастает с ростом ее приведенной толщины и чем больше приведенная толщина металлоконструкции, тем больше ее предел огнестойкости в незащищенном виде, и тем меньшие затраты требуются при огнезащите для обеспечения заданного предела огнестойкости.
Для защиты металлических изделий применяют огнезащитные покрытия.
При нагреве покрытия начинают вспучиваться, создавая пенококсовую шубу с низким коэффициентом теплопроводности, которая предотвращает прогрев конструкции или изделия.
Однако, на металлических изделиях с малой приведенной толщиной [в своде Правил СП 2.13130.2012 под такой толщиной понимается толщина менее 5,8 мм) применение такой краски малоэффективно и в соответствии с данными Правилами не допускается.
В связи с этим, вопрос об огнезащите металлических конструкций с малой приведенной толщиной (менее 5,8 мм) становится чрезвычайно актуальным.
Очевидным техническим решением для улучшения огнестойкости металлических конструкций с малой приведенной толщиной является увеличение этой приведенной толщины, что позволит наносить тонкослойные огнезащитные покрытия.
В настоящее время имеется ряд технических решений, направленных на увеличение приведенной толщины.
В источнике http/www.fireproof.ru/material/fire_barrier/id/51/ (см. Приложение к заявке №1) раскрывается композиционная огнезащитная система, включающая стальной уголок или швеллер с приведенной толщиной менее 5,8 мм, заполненный огнезащитным раствором на основе вспученного вермикулита, неорганического связующего, наполнителей и целевых добавок. На раствор нанесен слой огнезащитной краски, поверх первого слоя нанесена каркасная сетка, а на нее - дополнительные слои огнезащитной краски.
Данная композиционная огнезащитная система сложна в производстве, требует большого количества материальных и непроизводительных затрат времени, связанных с послойным нанесением раствора на основе вспученного вермикулита. Кроме того, такую систему можно создать только в том случае если металлический элемент имеет фасонный профиль (угловой профиль, швеллеры, двутавровые балки и другие). Если же металлический элемент имеет простой сортовой профиль (квадрат, шестигранник, полоса плоского сечения), то создать на его основе композиционную систему будет весьма затруднительно из-за сложности нанесения раствора на основе вермикулита.
Наиболее близким аналогом полезной модели является композиционная огнезащитная система, раскрытая в источнике http://www.yv-systems.ru/fireproof.htm (см. Приложение к заявке №2).
Данная система включает металлический профиль с приведенной толщиной менее 5,8 мм, закрепленную внутри профиля посредством саморезов плиту из вспученного вермикулита и огнезащитную краску, нанесенную на открытые части металлического профиля.
В данной огнезащитной системе частично устранены недостатки первого аналога и она обладает пределом огнестойкости 90 минут.
Наличие саморезов в металлической конструкции может служить источником концентраторов напряжений, что может неблагоприятно сказаться на конструкционной прочности композиционной системы. Кроме того, наличие тепловых мостиков в конструкции (металлических саморезов) уменьшает предел огнестойкости известной конструкции. Раскрытие полезной модели.
Задачей полезной модели является устранение всех присущих прототипу недостатков.
Поставленная задача решается композиционной огнезащитной системой, включающей:
(А) металлический элемент с приведенной толщиной не более 5,8 мм,
(В) клеевой слой, нанесенный, по меньшей мере, на часть поверхности упомянутого металлического элемента;
(С) теплоизолирующую плиту, выполненную из базальтового волокна и связанную, по меньшей мере, с частью поверхности металлического элемента посредством клеевого слоя;
D) слой огнезащитного покрытия, нанесенный на поверхность всей конструкции.
В частных воплощениях полезной модели поставленная задача решается тем, что металлический элемент имеет фасонный профиль.
Если металлический элемент имеет профиль в виде двутавра или швеллера, то теплоизолирующая плита может образовывать в профиле полость, ограниченную внутренними поверхностями профиля и теплоизоляционной плиты.
Если металлический элемент имеет профиль в виде тавра или уголка, то теплоизолирующая плита может быть связана посредством клея со всей внутренней поверхностью профиля.
Клеевой слой может быть выполнен из клея на основе жидкого стекла. Система может включать слой огнезащитного покрытия, содержащего акриловый или винилацетатный сополимеры, полифосфат аммония, полиолы и меламин при следующем соотношении, масс, ч.:
полифосфат аммония
15-25
полиолы
10-20
меламин
10-20
акриловый или винилацетатный сополимеры
5-20
Преимущества предложенной полезной модели обусловлены тем, что она в качестве теплоизоляционной плиты содержит плиту из базальтового волокна. Плиты из базальтового волокна обладают меньшей теплопроводностью, чем плиты на основе вспученного вермикулита, следовательно, они будут эффективнее препятствовать распространению тепла.
Преимуществом заявленной системы также является использование клея для закрепления базальтовых плит. Это с одной стороны упрощает процесс изготовления огнезащитной системы, а с другой стороны, такая система не образует тепловых мостиков в условиях эксплуатации, поскольку в системе отсутствуют саморезы, что положительным образом влияет на огнестойкость.
Осуществление полезной модели.
Более подробно особенности и преимущества полезной модели иллюстрируются чертежами, на которых для представления одинаковых элементов используются одинаковые позиции, и примерами реализации полезной модели.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение композиционной огнезащитной системы с металлическим элементом в виде швеллера.
На фиг. 2 приведено схематическое изображение композиционной огнезащитной системы с металлическим элементом в виде двутавра.
На фиг. 3 приведено схематическое изображение композиционной огнезащитной системы с металлическим элементом в виде тавра.
На фиг. 4 приведено схематическое изображение композиционной огнезащитной системы с металлическим элементом в виде уголка.
Позиции на чертежах означают следующее.
1
1 - швеллер
2
1 - двутавр
3
1 - тавр
4
1 - уголок
2 - клеевой слой
3 - базальтовая плита
4 - слой огнезащитной краски
5 - полость, ограниченная внутренними поверхностями профиля и плиты
Полезная модель реализуется следующим образом.
1
2
3
4
На подготовленные поверхности защищаемых металлических элементов (1, 1, 1 и 1) (см. фиг. 1-4) наносится клеевой слой (2), после чего осуществляется монтаж теплоизолирующей плиты (3) на основе базальтового волокна. После того, как монтаж плиты проведен, осуществляется нанесение огнестойкого состава (4).
В качестве клея может быть использован любой приемлемый для этих целей клей.
Для удешевления конструкции может быть выбран клей на основе жидкого стекла. Если вязкость этого клея невелика и он будет при нанесении «съезжать», то можно в него дополнительно ввести какие-либо загустители (мел, тальк, каолин и пр.). В примерах реализации полезной модели использовался клей на основе водных растворов силикатов щелочных металлов (жидкого стекла) и загустителя (каолин - не более 25 масс.%).
1
2
Необходимо отметить, что для металлических элементов, имеющих противоположно расположенные полки (швеллер (1) фиг. 1 и двутавр (1) фиг. 2), между которыми может быть размещена плита (3), целесообразно наносить ограниченный клеевой слой (2) на край каждой полки (см. фиг. 1 и фиг. 2). В этом случае плита (3) приклеивается только к части полки, образуя в профиле полость (5). Тем самым не только экономится расход базальтовых плит и расход клея, но и дополнительно возрастают огнезащитные свойства конструкции.
3
4
Для элементов, не имеющих противоположно расположенных полок - тавр (1) и уголок (1), клей наносится на всю поверхность, контактирующую с плитой (3).
Для нанесения огнезащитного покрытия может быть использована любая огнезащитная краска для защиты металла, однако, лучше всего использовать краски на основе акриловых или винилацетатных сополимеров. Такие краски могут содержать полифосфаты аммония, полиолы (например, пентаэретрит, декстрин, крахмал и т.п.), меламин и целевые добавки и они очень широко представлены в уровне техники (см., например, RU 2500703, RU 2492200, RU 2467041, RU 2011108709 и др). При этом, сополимер может быть использован в виде водной дисперсии, что в большей степени характерно для винилацетатных сополимеров например, ПВА (поливинилацетата) либо в виде раствора акрилового полимера в органическом растворителе.
В примере были использованы краски, образующие огнезащитное покрытие, двух составов.
Первый состав содержал следующие компоненты, масс, ч.:
полифосфат аммония
15-25
пентаэритрит
10-20
меламин
10-20
диоксид титана
3-10
водная дисперсия ПВА
15-20.
Второй состав содержал следующие компоненты, масс.ч.:
полифосфат аммония
15-25
пентаэритрит
10-20
меламин
10-20
диоксид титана
3-10
хлорпарафин
1-5
раствор акрилового полимера
в органическом растворителе
30-50
Пример.
Технологический процесс монтажа системы конструктивной огнезащиты металлического элемента включал в себя следующие этапы:
- подготовку поверхности металлического элемента;
- нанесение клеевого состава на основе силикатов щелочных металлов;
- монтаж базальтовой плиты для изоляции конструкций из металла;
- нанесение огнезащитного терморасширяющегося покрытия на основе акрилового или винилацетатного сополимеров.
2
При этом, на швеллер (1) и двутавр (1) клеевой слой (2) наносили на часть полки только в месте контактирования плиты (3) с швеллером или двутавром, в результате чего образовывалась полость (5).
1
4
3
4
2
1
На швеллер [1] и уголок (1) клеевой слой наносился на всю внутреннюю поверхность профилей и контакт плиты (3) осуществлялся со всей внутренней поверхностью данных профилей. При этом на тавр (1) и уголок (1) наносили огнестойкое покрытие состава, содержащего следующие компоненты в масс, ч.: полифосфат аммония - 25, меламин - 10, пентаэритрит - 20, диоксид титана - 3, поливинилацетатная дисперсия - 15, а на двутавр (1) и швеллер (1) полифосфат аммония - 15, меламин - 20, пентаэритрит - 10, диоксид титана - 10, хлорпарафин 5, раствор акрилового полимера в органическом растворителе (ксилоле) - 50.
Далее проводили испытания предела огнестойкости в зависимости от типоразмера профиля металлического элемента и его приведенной толщины.
Результаты испытаний приведены в таблице 1.