ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ КОНСТРУКТИВНАЯ ОГНЕЗАЩИТА НА ОСНОВЕ КОМБИНАЦИИ НЕГОРЮЧЕЙ СВЕРХТОНКОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ НА ОСНОВЕ ПОЛЫХ МИКРОСФЕР И ОГНЕЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ
HIGHLY EFFECTIVE COMBINED STRUCTURAL FIRE PROTECTION BASED ON A COMBINATION OF NON-FLAMMABLE ULTRATHIN HEAT INSULATION BASED ON HOLLOW MICROSPHERES AND A FIRE-PROTECTIVE COATING

Изобретение относится к тепло- и огнезащитным средствам и может быть использовано для повышения до заданного уровня пределов огнестойкости и сопротивления теплопередачи различного оборудования и строительных конструкций зданий и сооружений, а также может быть использовано в авиастроении, автомобилестроении, химической промышленности для защиты от воздействия огня в условиях пожара.
Известна композиционная огнезащита (Патент РФ 2342964, МПК А62С 2/06, Е04С 1/40, В32В 7/02, опубл. 10.01.2009), состоящая из слоя низкоплотного базальтоволокнистого материала, клеевой прослойки и термостойкой защитно-декоративной плиты, при этом толщины и материалы слоев конструкции выбраны из условия, чтобы при огневом воздействии или нестационарном прогреве поверхности ее наружного слоя происходило испарение воды, содержащейся в материале наружного слоя и клеевой прослойке, диффундирование образующегося водяного пара во внутренний базальтоволокнистый слой и при дальнейшем прогреве испарение сконденсировавшейся на поверхности волокон влаги.
Недостатками данного изобретения является сложность крепления элементов огнезащитной конструкции к металлическим поверхностям и поверхностям сложных форм с помощью предлагаемых элементов механического крепления.
Известна краска-покрытие термо-огне-атмосферостойкое (Патент РФ 2382803, МПК C09D 5/08, опубл. 27.02.2010), включающая связующее, в состав которого входят растворы акриловых (со)полимеров и/или кремнийорганических смол в органическом растворителе, модифицирующие добавки в виде керамических и/или стеклянных шариков с размером 20-150 мкм, антипиреновую добавку и пигмент. В состав покрытия добавлено дополнительное связующее в виде органорастворимых полиуретанов и наполнитель, выбранный из группы: микроволластонит, каолин, микромрамор, микрослюда и/или инертные баритовые наполнители. В качестве антипиреновой добавки использованы соединения из группы: фосфорсодержащие соединения, гидроксиды алюминия или магния, борат цинка, меламин и пентаэритрит. Покрытие имеет следующее соотношение компонентов:
связующее
10-25%
дополнительное связующее
5-15%
наполнитель
10-30%
модифицирующие добавки
10-30%
антипиреновая добавка
10-20%
пигмент
2-4%
Недостатками данного изобретения является не достаточные теплотехнические свойства.
Максимально приближенным прототипом является теплозащитный огнестойкий комплект (Патент РФ 2537819, МПК А62С 2/00, опубл. 06.12.2013), представляющий собой наружное огнестойкое покрытие из гомогенизированной композиции на основе органических растворителей и состоящий из полимеров, неорганических пигментов, антипиренов и модифицирующих добавок, и внутреннего теплозащитного слоя, выполненного в виде последовательно расположенных подслоев огнестойких тканей или волокон, гомогенизированного материала на основе негорючих каменных волокон и синтетического каучука.
Недостатками данного изобретения являются низкие теплоизоляционные и огнезащитные свойства теплоизоляционного покрытия - группа горючести Г1, и, вследствие этого, необходимость компенсировать недостаточную степень негорючести комплекта и большую теплопроводность сравнительно толстым слоем не горючей ткани холста перед нанесением огнезащитного покрытия, трудоемкость в устройстве данного пирога, невозможность использования для огнезащиты конструкций зданий и сооружений, в виду сложности монтажа на поверхности большой площади без стыков и швов тканных материалов, а также их крепление на вертикальные поверхности, низкая сравнительная эффективность при ощутимой суммарной толщине комплекта - максимальная огнестойкость в данном прототипе составляет 90 минут при суммарной толщине комплекта 20 мм, что в 10 раз больше, чем в предлагаемом автором изобретении, для достижения предела огнестойкости в 90 минут достаточно лишь 2 мм, при этом это является минимальным заявленным пределом огнестойкости предлагаемого изобретения.
Конструктивная огнезащита предназначена для защиты от огня конструктивных элементов зданий и сооружений, основана на формировании слоя теплоизоляции на поверхностях конструкций, которые при пожаре могут оказаться в зоне высокотемпературного нагрева.
К конструктивной огнезащите относят:
- облицовку огнестойкими плитами, листами, другими материалами по негорючему каркасу с созданием воздушных прослоек;
- огнезащитные штукатурки, обмазки;
- нанесение толстослойных напыляемых составов, включая различные виды огнезащитных (огнеупорных) мастик, паст;
- многослойные системы с комбинацией вышеперечисленных огнестойких материалов, а также тонкослойных покрытий, таких как огнезащитные краски, лаки.
Наиболее распространенными на сегодняшний день способами конструктивной защиты являются: нанесение современных видов огнестойких паст, мастик, штукатурных покрытий с наполнителями из измельченного вермикулита, керамзита; сплошная обкладка, обертывание металлических строительных конструкций плитными, рулонными материалами из огнестойких минеральных материалов; облицовка несколькими слоями огнестойкого гипсокартона с заполнением образовавшихся воздушных карманов теми же плитными, рулонными материалами, что увеличивает предел стойкости к огню такой огнезащитной системы; финишное нанесение тонкослойных огнезащитных покрытий - красок, лаков как в целях увеличения общего предела огнестойкости многослойной системы, так и для улучшения внешнего вида защищаемых конструкций.
Известные способы защиты строительных сооружений от огня на сегодняшний день не являются актуальными ввиду их несоответствия современным требованиям пожаробезопасности. Обычные ЛКМ спустя некоторое время после их нанесения на поверхность вспучиваются, из-за чего теряют свои свойства и уже не могут обеспечить полноценную огнестойкость. В то же время кирпичная облицовочная кладка и бетонирование более трудоемкие, а также создают определенное давление на несущее основание.
Оштукатуривание традиционным методом, осуществляющееся путем многократного нанесения армирующих слоев, тоже представляет собой трудоемкий процесс, не приносящий должного результата. Дело в том, что резкие перепады температур либо вибрации в ходе эксплуатационного процесса способны разрушать слои конструктивной защиты, что, в конечном итоге, приведет к полному разрушению такой огнеупорной поверхности.
Технической задачей заявленного изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в создании высокоэффективной комбинированной конструктивной огнезащиты на основе комбинации негорючей сверхтонкой теплоизоляции на основе полых микросфер и огнезащитного покрытия, обладающей высокими теплотехническими свойствами и обеспечивающей огнезащитную эффективность от 45 мин до 240 мин, устойчивостью длительное время в условиях открытой атмосферы умеренного климата и пригодного для машинного нанесения на защищаемую поверхность.
2
3
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что высокоэффективная комбинированная конструктивная огнезащита на основе комбинации негорючей сверхтонкой теплоизоляции на основе полых микросфер и огнезащитного покрытия, содержит наружное огнезащитное покрытие, с подтвержденными огнезащитными свойствами вне системы - минимальным пределом огнестойкости 120 минут, толщиной от 1 мм до 4 мм, представляющее собой композицию на основе полимерного связующего и состоящее из антипиренов, специализированных газообразователей, стабилизаторов вспененного слоя и жаростойких веществ, армирующий слой в виде геотекстиля, стеклохолста или стеклоткани, плотностью от 70 до 120 г/м, и внутренний теплозащитный слой в виде негорючей (группа горючести НГ) сверхтонкой теплоизоляции с коэффициентом теплопроводности 0,001 Вт/(м⋅°С), на основе полых микросфер, толщиной от 1 мм до 4 мм, выполненной из водно-суспензионной композиции с вязкостью от 1 до 100 Па⋅с, включающей смесь полимерного связующего 5-95 об. % с полыми микросферами 5-95 об. %, в качестве полимерного связующего композиция содержит водоэмульсионную полимерную латексную композицию, содержащую от 10 до 90 об. % (со)полимера, выбранного из группы, включающей гомополимер акрилата, стирол-акрилатный сополимер, бутадиен-стирольный сополимер, полистирол, бутадиеновый полимер, полихлорвиниловый полимер, полиуретановый полимер, полимер или сополимер винилацетата или их смеси и от 10 до 90 об. % смеси воды и поверхностно-активного вещества, в качестве полых микросфер композиция содержит микросферы с разными размерами от 10 до 500 мкм и различной насыпной плотностью от 50 до 650 кг/м, выбранные из группы, включающей полые стеклянные микросферы, полые керамические микросферы, полые полимерные микросферы, полые техногенные (зольные) микросферы или их смеси, при этом водно-суспензионная композиция дополнительно содержит смесь многоатомного спирта с многоосновной карбоновой или аминокислотой в эквимолекулярном соотношении, а также один антипирен, выбранный из группы, включающей тригидрит алюминия, соединения бора, соединения фосфора, соединения сурьмы, высокохлорированные парафины, бромпроизводные ароматических углеводородов, смеси солей неорганических кислот с меламино- или мочевино-формальдегидными смолами, амины никеля, амины цинка, амины кобальта, карбонаты аммония, сульфаты аммония, соли молибдена, соли ванадия, соли церия, или их смеси при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
Смесь полимерного связующего с полыми микросферами
100
Смесь многоатомного спирта с многоосновной карбоновой кислотой или аминокислотой
2-5
Вышеуказанный антипирен
5-10
2
Нижепредложенное решение раскрывается на прилагаемом чертеже, где на фиг. 1 показана схема конструктивного исполнения указанной высокоэффективной комбинированной конструктивной огнезащиты, согласно которой на защищаемую поверхность 1, наносится негорючее теплоизоляционное покрытие с коэффициентом теплопроводности 0,001 Вт/(м⋅°С), классом не горючести НГ 2 на основе полых микросфер слоями по 0,5 мм с технологической просушкой каждого слоя 24 часа. Свойства материала позволяют покрывать механическим или машинным методом равномерным слоем элементы конструкций оборудования зданий и сооружений без швов, в том числе поверхности со сложной геометрией. Количество слоев определяется исходя из требуемых теплотехнических свойств конструкции и составляет от 1,0 мм до 4,0 мм. Сразу после нанесения последнего слоя негорючего теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер наклеивается армирующий слой 3 на тканевой основе в виде геотекстиля, стеклохолста или стеклоткани, плотностью от 70 до 120 г/м, а затем наносится огнезащитное покрытие с подтвержденными огнезащитными свойствами вне системы - минимальным пределом огнестойкости 120 минут 4 послойно с технологической просушкой 12 часов толщиной от 1,0 мм до 4,0 мм. Толщина огнезащитного покрытия определяется исходя из требуемого предела огнестойкости конструкции в мин.
Пример 1
2
Для огнезащиты металлического каркаса промышленного здания на обработанную от ржавчины и пыли поверхность двутавра колонны 5 толщиной 5,8 мм, изображенной на Фиг. 2 наносится два слоя по 0,5 мм с просушкой в 24 часа негорючая сверхтонкая теплоизоляция 6 на основе полых микросфер, производимого заявителем патента, жидкое теплоизоляционное покрытие из серии «Броня» с коэффициентом теплопроводности 0,001 Вт/(м⋅°С), класс не горючести НГ, например «Броня Классик НГ», произведенное по ТУ 2216-006-09560516-2013. Затем наносится третий слой сверхтонкой теплоизоляции «Броня Классик НГ» (общая толщина негорючей сверхтонкой теплоизоляции составляет 1,5 мм) и сразу же по мокрому слою приклеивается армирующий слой 7 на тканевой основе в виде стеклохолста плотностью 70 г/м, а затем послойно наносится огнезащитное покрытие 8 Броня Огнезащита толщиной 1,5 мм с целью обеспечения предела огнестойкости конструкции 120 мин.
Следует отметить, что негорючее теплоизоляционное покрытие Броня Классик НГ - это единственный теплоизоляционный материал, не меняющий объем основания при воздействии высокой температуры и пламени, с подтвержденным коэффициентом теплопроводности 0,001 Вт/(м⋅°С), и, соответственно, являющийся отличной основой для вспучивающейся огнезащиты.
Пример 2
2
Для огнезащиты металлического вентиляционного канала воздуховода 9 толщиной 3,4 мм, изображенного на Фиг. 3 наносится пять слоев по 0,5 мм с просушкой в 24 часа негорючая сверхтонкая теплоизоляция 10 на основе полых микросфер, жидкое теплоизоляционное покрытие из серии «Броня» с коэффициентом теплопроводности 0,001 Вт/(м⋅°С), класс не горючести НГ, например «Броня Классик НГ», произведенное по ТУ 2216-006-09560516-2013, затем наносится шестой слой сверхтонкой теплоизоляции «Броня Классик НГ» (общая толщина негорючей сверхтонкой теплоизоляции составляет 3 мм) и сразу же по мокрому слою приклеивается армирующий слой 11 на тканевой основе в виде геотекстиля плотностью 100 г/м, а затем послойно наносится огнезащитное покрытие 12 Броня Огнезащита толщиной 3 мм с целью обеспечения предела огнестойкости конструкции 180 мин.
Пример 3
2
Для огнезащиты металлического каркаса промышленного здания на обработанную от ржавчины и пыли поверхность двутавра колонны 5 толщиной 7,2 мм, изображенной на Фиг. 2 наносится негорючая сверхтонкая теплоизоляция 6 на основе полых микросфер, жидкое теплоизоляционное покрытие из серии «Броня» с коэффициентом теплопроводности 0,001 Вт/(м⋅°С), класс негорючести НГ, например «Броня Классик НГ», произведенное по ТУ 2216-006-09560516-2013 общей толщиной 4,0 мм. Затем по мокрому слою последнего слоя теплоизоляционного покрытия приклеивается армирующий слой 7 на тканевой основе в виде стеклохолста плотностью 120 г/м, а затем послойно наносится огнезащитное покрытие 8 Броня Огнезащита толщиной 4,0 мм с целью обеспечения предела огнестойкости конструкции 240 мин.
2
2
Также для улучшения эксплуатационных характеристик и повышения огнестойкости через каждые 4 мм негорючей сверхтонкой теплоизоляции рекомендуется армирование стеклохолстом плотностью от 70 г/м до 120 г/м. Огнезащитное покрытие наносится поверх армирующего слоя.
Преимуществами использования предлагаемой высокоэффективной комбинированной конструктивной огнезащиты на основе комбинации негорючей сверхтонкой теплоизоляции на основе полых микросфер и огнезащитного покрытия являются:
- обеспечивается предел огнестойкости конструкции от 45 мин до 240 мин;
2
2
- использование армирующего слоя в виде геотекстиля плотностью от 70 г/м до 120 г/м не увеличивает общую толщину конструктивной огнезащиты, но компенсирует разное линейное растяжение теплоизоляционного и огнезащитного покрытий при температурных перепадах;
- не выделяются антипиреновые газы при воздействии на покрытие огня;
- не образуется шуба кокса, отсутствие вспучивания, в разы превышающее толщину сухого слоя покрытия;
- не ухудшаются теплофизические свойства покрытия, сохраняется расчетный коэффициент теплопроводности 0,001 Вт/(м⋅°С);
- теплоизоляционное покрытие группы горючести НГ, что увеличивает общую огнестойкость комбинированной огнезащиты;
- при воздействии огня не воспламеняется и не распространяется огонь;
- возможность простого монтажа конструктивной огнезащиты - механическое или машинное нанесение подобно лакокрасочным работам;
- возможность защиты конструкций сложной формы и любого очертания;
- отсутствие дополнительной нагрузки на несущие конструкции за счет малой толщины и удельного веса покрытий.