Огнезащитные покрытия: проблема определения правильной толщины слоя

Вспучивающиеся тонкослойные огнезащитные покрытия имеют много преимуществ и считаются материалом с большим будущим, но при их применении потребитель сталкивается с определенными сложностями – о них рассказывается в этой статье.

Огнезащита тонкослойными вспучивающимися покрытиями (ОВП) для производителя работ имеет существенные плюсы: не утяжеляет конструкцию, легко наносится и хорошо выглядит. Не менее существенным минусом является необходимость доказывать соответствие предела огнестойкости обработанной конструкции требуемому пределу.

Покупатель ОВП остается наедине с сертификатом огнезащитной эффективности, покупкой и необходимостью обосновать соответствие предела огнестойкости защищаемой строительной конструкции требуемым пределам огнестойкости. В соответствии с ГОСТ 30247.0-94 "Конструкции строительные.
Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования" и СП 2.13130.2020 "Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты" перед ним два пути: проведение испытаний или применение расчетно-аналитических методов (при которых также необходимы результаты проведенных огневых испытаний конструкций, но либо аналогичных, либо по приложениям Б и В ГОСТ 53295–2009 "Средства огнезащиты для стальных конструкций").

Расчет пределов огнестойкости элементов строительных конструкций по потере несущей способности (R) состоит из статической и теплотехнической частей. Методика определения критической температуры стальной конструкции, при которой произойдет ее обрушение (статическая часть), не зависит от вида применяемого огнезащитного материала. Различия возникают при оценке времени прогрева конструкции с огнезащитой до критической температуры (теплотехническая часть). Наиболее всеобъемлющая математическая модель, разработанная в [1–4], является и наиболее сложной в использовании. Применение данной математической модели предполагает экспериментальное определение реологических характеристик материала ОВП при высоких температурах, а также определение плотности и теплопроводности каркаса на предварительно прококсованных, растертых в порошок и затем спрессованных образцах. Отсутствие в научно-исследовательских и конструкторских организациях такого оборудования затрудняет ее широкое практическое использование. Продавцы ОВП проводить эти исследования не обязаны и в большинстве своем не проводят.

Естественно, у покупателей возникает идея приспособить какие-нибудь существующие разработки под этот класс задач. В книге А.И. Яковлева [5] приведен аналитический способ определения времени прогрева до критической температуры стальной арматуры в бетонной конструкции в зависимости от толщины защитного слоя и плотности бетона.

Формула получена для постоянной температуры на поверхности бетона, полубесконечного массива бетона и при не зависящих от температуры теплофизических характеристиках материалов. Следует отметить, что в СП 468 [6] эта формула не присутствует:

В предлагаемой формуле присутствуют две эмпирические константы, "к" и "к1", зависящие от плотности бетона (нумерация приведенных формулы и таблиц взята по [5]). Значения констант приведены в таблицах.

Таблица 1. Коэффициент к в зависимости от плотности с сухого бетона

Таблица 2. Коэффициент к1 в зависимости от плотности с сухого бетона

Если не учитывать происхождение формулы (прогрев полубесконечного массива, постоянная температура на поверхности бетона) и редкую возможность встречи с бетоном с плотностью менее 100 кг/м³ , для которого получен эмпирический коэффициент "к" (плотность пенококса порядка 20–100 кг/м³), формально формула вполне подходит для определения времени прогрева, то есть позволяет, подставив исходные данные, получить некое число. Как полученное число соответствует реальности, никто не знает, поскольку сравнения полученных расчетных результатов с результатами нескольких испытаний не производилось (в случае наличия одного испытания покупатель определит по нему приведенный коэффициент температуропроводности пенококса а_пр, и в этой точке у него результат сойдется с экспериментом). Если принятые допущения, сделанные при выводе этой формулы, компенсируют друг друга и произойдет эффект "четного числа ошибок", будет приятная неожиданность.

Поэтому для покупателей ОВП в настоящее время остается выбирать те вспучивающиеся покрытия, продавцы которых могут предоставить протоколы огневых испытаний в достаточном количестве, чтобы по ним можно было определить требуемые толщины огнезащитных покрытий с устраивающей покупателя точностью.

Список литературы

1. В.Л. Страхов В.Л., Чубаков Н.Г. Расчет температурных полей во вспучивающихся материалах // Инженерно-физический журнал. 1983. № 3. С. 472–479.
2. Страхов В.Л., Чубаков Н.Г. Расчет нестационарного прогрева и уноса массы вспучивающихся покрытий в горячих газовых потоках // Инженерно-физический журнал. 1988. № 4. С. 571–581.
3. Страхов В.Л., Гаращенко А.Н., Крутов А.М., Мельников С.В. Оптимизация огнезащиты строительных конструкций // Пожаровзрывобезопасность. 1997. № 1. С. 26–35.
4. Страхов В.Л., Гаращенко А.Н., Рудзинский В.П. Математическое моделирование работы и определение комплекса характеристик вспучивающейся защиты // Пожаровзрывобезопасность. 1997. № 3. С. 21–39.
5. Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1988. 143 с.
6. СП 468.1325800.2019 "Бетонные и железобетонные конструкции. Правила обеспечения огнестойкости и огнесохранности".

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" № 2/2024

Все статьи журнала "Системы безопасности"
доступны для скачивания в iMag >>

Изображение от freepik