Технические характеристики огнезащитного покрытия стали

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

Технические характеристики огнезащитного покрытия стали

Кропотова Н.А., к.х.н., преподаватель

В статье рассматривается возможное решение проблемы защиты стальных конструкций от воздействия высоких температур при пожаре. Предложен огнезащитный состав и методика его приготовления. Приведены экспериментальные данные по эффективности огнезащитного покрытия.

Современное общество все больше внимание уделяет вопросам безопасности. Наибольшую угрозу для жизни представляют не только сами пожары, но и последствия от них.

Огнезащита несущих металлических конструкций является одной из важнейших задач в области обеспечения пожарной безопасности объектов, поскольку свойства материалов сильно зависят от температуры. Из литературных источников известно, что до температуры 300°С временное сопротивление у_в повышается (на 20-30%), а при дальнейшем повышении температуры резко снижается. Величина предела текучести у_Т и предела пропорциональности у_п с повышением температуры уменьшается. При температуре 400°С предел текучести составляет 60-70% его величины при комнатной температуре. С повышением температуры длина площадки текучести сокращается и при температуре около 400°C площадка вовсе исчезает. Пластические свойства (относительное остаточное удлинение при разрыве д и сужение площади поперечного сечения ш) с повышением температуры до 300°С снижаются, а при дальнейшем ее повышении увеличиваются. огнезащитный покрытие строительный металлический

Механические свойства материалов зависят от продолжительности испытания. При некоторых температурах (например, для малоуглеродистой стали при температуре выше 800°С) испытуемый образец может быть разрушен при напряжении меньшем, чем предел пропорциональности, соответствующий комнатной температуре, если это напряжение будет действовать достаточно продолжительное время [3].

При пожарах температура нагрева металлоконструкций может превышать 800⁰С. Из литературных источников известно, что воздействие температуры порядка 500⁰С на металлоконструкцию, изготовленную из малоуглеродистой стали, приводит к ее размягчению, металл «плывет» и, как правило, происходит полная потеря несущей способности металлоконструкции. Воздействие температуры порядка 600 ⁰С приводят к снижению прочности металлических деталей и конструкций приблизительно в 3 раза [1]. Поскольку металлы теряют свои прочностные свойства, вследствие длительного воздействия высоких температур и огня пламени, исследование по созданию огнезащитного покрытия представляется для нас наиболее актуальным.

Область применения различных способов огнезащиты определяют с учетом требуемого предела огнестойкости металлических деталей, их типа и ориентации в пространстве, вида нагрузки, действующей на детали и конструкции (статическая, динамическая), температурно-влажностного режима эксплуатации и производства работ по огнезащите (сухие, мокрые процессы), степени агрессивности окружающей среды и др. Одним из способов огнезащиты металлических конструкций, получивших широкое применение за последнее десятилетие, является нанесение огнезащитных тонкослойных красок [2].

В данной работе приводятся результаты исследований огнестойкости элементов металлоконструкций, обработанных разработанным огнестойким покрытием. Технология приготовления покрытия достаточно проста.

В состав подготовительных работ при нанесении огнезащитного покрытия на металлоконструкции входят: обработка металлической поверхности, подготовка и дозирование сыпучих компонентов покрытия, разведение жидкого стекла до требуемой плотности.

Компонентный состав сухой смеси огнезащитного покрытия следующий: оксид алюминия, силикат натрия, вода, графит, красящая основа, вяжущие элементы, др.

Сухие компоненты взвешиваются на технических весах с погрешностью 0,5% по массе и перемешиваются в смесителе периодического действия. Время перемешивания не менее 5 мин. Жидкое стекло (ЖС) разбавляется горячей водой с температурой не более 80°С при постоянном перемешивании в течение 3 мин до плотности 1,2 г/см³ (в соответствии с ГОСТ 10078-81). Допускается разбавлять жидкое стекло холодной водой (20°С) при условии увеличения времени перемешивания до 10 мин. Разбавленное жидкое стекло фильтруется через сито №05 (ГОСТ 3584-73). Сухая смесь и жидкое стекло загружаются в соответствующие емкости установки аэродинамического действия для нанесения покрытия. Всего получилось несколько опытных смесей, которые использовались при нанесении на металлические образцы для доказательства огнезащитных свойств данного покрытия.

Полученные опытные составы наносились на стальные образцы, огрунтованные железным суриком по ГОСТ 8135-74 или грунтами типа ГФ по ГОСТ 12707-77 в соответствии с требованиями СНиП по проектированию защиты стальных конструкций от коррозии.

Методика нанесения покрытия: поверхность конструкции смачивается жидким стеклом, после чего наносится состав (сухая смесь и жидкое стекло) необходимой толщины напылением за один раз. При нанесении состава покрытия температура окружающего воздуха должна быть не ниже 5°С, влажность воздуха - не выше 75%; кроме того, при работе с составом в условиях строительной площадки конструкции должны быть защищены от атмосферных осадков. Сушка покрытия должна осуществляться в естественных условиях при температуре не ниже 5°С и влажности не выше 75% в течение не менее 48 ч. Допускается сушка при температуре 80-100°С в течение не менее 5 ч.

Для проведения экспериментальной части работы по исследованию эффективности приготовленного состава использовалось стандартное лабораторное оборудование - высокотемпературные электрические печи и машина для испытания материалов на растяжение.

Для проведения испытаний было отобрано несколько образцов конструкционных материалов, имеющих разную массовую долю компонентов, один образец без покрытия, использовался как эталон. Предел прочности эталонного образца составил 714,3 МПа. Другие образцы были подвергнуты нагреву в муфельной печи до различных температур в интервале времени от 15 до 40 минут.

После нагрева одну заготовку погружали в воду для мгновенного охлаждения. Другую заготовку прошедшую нагрев оставили остывать на воздухе. После остывания, обе детали подверглись проверке на разрывной машине. Основные экспериментальные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1

Экспериментальные данные по испытанию прочности металла (t = 650⁰С)

В ходе испытаний установлено, что образцы, остывавшие на воздухе имели остаточную прочность порядка 400 МПа, что в 1,7 раза отличалось от эталонного. Образцы, охлажденные водой разупрочнились в 5,6 раза, получив остаточную прочность около 125 Мпа. Что же касается экспериментальных образцов с нанесенным огнестойким покрытием, то можем заметить, что остаточная прочность снизилась не значительно - до 1,3 раза.

Проведенные исследования показали, что механические свойства стали при нагревании ее до температуры 200…250°С практически не меняются. При температуре 250...300°С прочность стали несколько повышается, пластичность снижается. Сталь в изломе имеет крупнозернистое строение и становится более хрупкой (синеломкость). Не следует при этой температуре деформировать сталь или подвергать ее ударным воздействиям.

Нагрев выше 400°С приводит к резкому падению предела текучести и временного сопротивления, а при t = 600...650°С наступает температурная пластичность и сталь теряет свою несущую способность.

В ходе проведения экспериментов обнаружено, что для металлических конструкций критическое значение температуры t_кр, при котором ослабляются прочностные характеристики стали, равно 650°С, причем продолжительность нагрева имеет определенное значения. Было выявлено, что прочностные параметры металлоконструкций при большем времени нагрева снижаются на 10-15%.

Таким образом, экспериментально доказано, что детали и конструкции, предназначенные для работы при высоких температурах, следует изготовлять из специальных теплоустойчивых (жаропрочных) и жаростойких сталей, содержащих примеси специальных легирующих элементов или на потенциально опасных объектах несущие элементы металлоконструкций необходимо покрывать специальными огнезащитными составами.

Результаты лабораторных испытаний разработанного огнестойкого покрытия IV показали эффективность его применения в лабораторных условиях, а именно:

1. улучшены прочностные и огнестойкие свойства металла, подвергшегося воздействию высоких температур (ГОСТ 30247.0-94);

2. огнестойкое покрытие просто в технологии приготовления и нанесения;

3. покрытие не занимает дополнительного объема;

4. разработанное покрытие не утяжеляет металлоконструкции.

Проводятся также дополнительные исследования данных покрытий на долговечность и воздействие окружающей среды. В качестве альтернативы, планируется провести эксперимент с подкисленным графитом для получения вспучивающегося огнезащитного состава, огнезащитный эффект которого основан на образовании при тепловом воздействии пористой массы с низкой теплопроводностью, которая препятствует притоку тепла к защищаемой поверхности.

Список литературы

1. Тайра С., Отани Р. Теория высокотемпературной прочности материалов. - М.: Металлургия, 1986. - 280 с.

2. Киселев В.В., Кропотова Н.А., Архангельский К.А. Влияние высоких температур при пожаре на прочность металлоконструкций. // Материалы ХI международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энергия-2016». - 2016. - Т. 4. - С. 124-126.

3. Яковлев А.И. Расчет огнестойкости строительных конструкций. - М.: Стройиздат, 1988. - 143 с.

Размещено на Allbest.ru