Устройство для испытания огнезащитных покрытий

 

Использование: оценка эффективности огнезащитных покрытий строительных конструкций. Сущность изобретения: устройство для испытания огнезащитных покрытий содержит испытываемый образец, нагревательную камеру и датчики температуры: испытываемый образец выполнен сборным в виде элемента стальной конструкции и установлен вовнутрь рабочей камеры муфельной печи с помощью держателя, прикрепленного к внутренней стороне дверцы камеры посредством футеровочного вкладыша. Устройством обеспечивается режим огневого воздействия при испытании строительных конструкций, находящихся в проектном положении. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике огнезащитных материалов и конструкций, и предназначено для оценки действенности огнезащиты строительных конструкций.

Известны лабораторные установки для определения эффективности огнезащиты стальных конструкций [1] Установка ЦНИИСК представляет собой малую огневую камеру, в верхней части которой установлена обогреваемая пластина.

Испытуемый образец размером 200x200 мм в плане представляет собой пластину с нанесенным с одной стороны огнезащитным материалом. На другую сторону пластины укладывают теплозащитный экран. Температурный режим в нагревательной камере создают системой стержневых электрических нагревателей. Термопары измеряют температуру в нагревательной камере, на обогреваемой и необогреваемой поверхности образца.

К недостаткам этой установки относятся: необходимость проектирования и изготовления огневой камеры, дополнительная установка оборудования и приборов по созданию в печи стандартного температурного режима; обогрев пластины с огнезащитным покрытием возможен только с одной стороны (снизу или сверху), что приводит к расхождениям с результатами испытаний элементов металлических конструкций, обогрев сечения которых, как правило, двухсторонний; установка произвольного теплозащитного экрана необогреваемой поверхности пластины нарушает баланс образца при его нагреве; погрешность измерения температуры на поверхности пластины высока (до 60^oC) вследствие установки электродов термопары перпендикулярно ее поверхности.

В установке конструкции ВНИИПО (прототип) использован принцип разъемности огневой камеры с удалением образца от источника теплового излучения. В этой установке оценивают поведение огнезащитных составов и материалов при вертикальном положении образца пластины. Размер металлической пластины 140x88x1 мм. На одну сторону пластины наносят огнезащитную краску. Неокрашенной стороной эту пластину закрепляют на держатель с подогревающим устройством. Источник излучения муфельная печь, нагретая до 950^oC. К ней придвигают испытательную камеру с перемещающимся держателем на винтовом стержне [2] Недостатки этой установки: необходимо проектирование и устройство специальной огневой установки для проведения лабораторных испытаний; требуется дополнительное изготовление специальной огневой камеры для размещения внутри ее образца-пластины при наличии муфельной печи; необходима дополнительная тарировка устройства для получения стандартного температурного режима в огневой камере; нагрев пластины односторонний; для имитации двухстороннего нагрева требуется дополнительное нагревающее приспособление; пластина-образец в огневой камере располагается только в вертикальном положении; электроды термопары, прикрепленной к пластине, в огневой камере открыты и требуется дополнительная изоляция от перегорания; изготовляемая лабораторная установка в целом громоздка и сложна в использовании.

Целью изобретения является приближение испытаний образцов к натурным для строительных конструкций, повышение точности измерений и воспроизводимости испытаний, упрощение устройства и снижение затрат на испытания.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для испытания огнезащитных покрытий, содержащем испытываемый образец, нагревательную камеру и датчики температуры, испытываемый образец выполнен в виде элемента стальной конструкции и установлен вовнутрь рабочей камеры нагревающейся печи; рабочие пластины образца соединены с консольным сердечником держателя, который в свою очередь прикреплен на внутренней стороне дверцы нагревательной камеры при помощи футеровочного вкладыша; для обеспечения условия двухстороннего нагрева поперечного сечения элемента рабочие пластины испытываемого образца соединены сердечником держателя с двух противоположных сторон; для осуществления условия одностороннего нагрева поперечного сечения образца конструкции между сердечником держателя и рабочими пластинами уложены теплоизоляционные прокладки; испытываемый образец установлен в пространстве нагревательной камеры в соответствии с проектным положением элемента конструкции; контрольные термопары расположены внутри составного образца в центре поверхности пластины, а примыкающая часть электродов термопары к ее рабочему спаю расположена на изотермической поверхности пластины; для увеличения площади контакта чувствительного элемента с контрольной поверхностью пластины рабочий спай термопары имеет тонкий диск из металла с большим коэффициентом теплопроводности; температурный режим стандартного испытания строительной конструкции на огнестойкость создан соответствующим порядком включения регулировочного реостата муфельной печи; степень нагрева рабочей (наружней) поверхности пластины (t_ex, ^oC) образца стальной конструкции определена зависимостью: t_ex= t_in+15·δ+(70/τ)²; (1) где t_in температура на внутренней (контролируемой) поверхности пластины, ^oC; δ -толщина рабочей пластины, мм; t время испытания от начала огневого воздействия на образец конструкции, мин.

Толщина пластины образца выбрана согласно рабочему чертежу стальной конструкции, в пределах (1^oC10) мм. Теплоизоляционный вкладыш дверцы нагревательной камеры выпилен из огнеупорного легковесного материала, толщина футеровки определена зависимостью: где a коэффициент температуропроводности сухого материала футеровки, кв·см/ч; τ время огневых испытаний, ч.

Креплением держателя к дверце нагревательной камеры обеспечивается проектное положение образца в пространстве: горизонтальное, вертикальное или наклонное и соответствующий нагрев конструкции: сверху, снизу, сбоку.

Для уменьшения погрешности измерения фактической степени нагрева контролируемой (необогреваемой) поверхности образца за счет поступления тепла с торцов пластины термопара расположена в центре поверхности рабочей пластины на расстоянии от ее ребра (торца) не менее 5·d, где d толщина пластины, мм.

Для снижения влияния теплоотвода по измерителю температуры на фактическую степень нагрева поверхности пластины контрольная термопара расположена внутри составного образца, при этом чувствительный элемент и электроды термопары длиной не менее 50·d (где d диаметр электрода, мм), расположены на изотермической поверхности пластины, т. е. параллельно изотермам прогрева поперечного сечения образца.

Тонкий диск для увеличения контакта чувствительного элемента термопары с поверхностью пластины может быть выполнен, например, из медной пластины; толщина диска не более 5·d_э, наименьшая сторона прямоугольного сечения (диаметр круга) которого равна не менее 20·d_э, где d_э диаметр электрода термопары.

Температурный режим испытания стальной конструкции на огнестойкость, регламентированный стандартом, может быть получен в нагревательной печи путем предварительного ее разогрева при незагруженной камере до 550±50^oC.

На чертеже изображено предложенное устройство, виды сбоку и сверху.

Устройство предназначено для оценки предела огнезащиты вспучивающихся красок.

Устройство имеет нагревательную печь, держатель образца стальной конструкции, приборы для измерения и контроля температуры.

Держатель образца имеет сердечник 1, окруженный со всех сторон слоем изоляции асбестовыми листами 2, рабочие пластины образца 3 с огнезащитным покрытием 4, упорные уголки 5, дверцу огневой камеры 6 с ручками 7 и футеровкой 8, контрольные термопары 9 с тонким медным диском на рабочем спае 10.

Крепление рабочих пластин к держателю образца осуществлено скруткой из нихромовой проволоки 11 диаметром не менее 1 мм.

Контрольные термопары расположены внутри составного образца, между сердечником держателя 1 и рабочими пластинами 3.

Рабочий спай термопары 9 и примыкающие к нему электроды диаметром 0,6 мм расположены в изотермической зоне, параллельно изотермам прогрева пластины. Длина электродов термопары в изотермической зоне равна 50 мм.

Толщина тонкого медного диска 10 к рабочему спаю термопары принята в пределах (0,3^oC0,4) мм, сторона прямоугольного сечения диска равна 12 мм.

В качестве огневой камеры принята муфельная печь 12. Габариты рабочей камеры, мм: ширина 190, высота 120, глубина 300. Максимально допустимая температура кратковременного нагрева печи 110^oC.

Толщина футеровки 8 дверцы огневой камеры 6 при величине коэффициента температуропроводности легковесного материала a=7,22 кв·см/ч и длительности испытания t 1 ч принята равной
Порядок сборки предложенного устройства следующий: на сердечник 1 держателя устанавливают теплоизоляционные прокладки заданной толщины листы асбеста 2 с контрольными термопарами 9 в центре обогреваемой поверхности, прикрепляют рабочие пластины 3 к сердечнику 1 с помощью скруток 11 из нихромовой проволоки; прикрепляют к сердечнику 1 упорные уголки 5, пропускают электроды термопар через паз в сердечнике держателя и соосно расположенное отверстие в дверце камеры 6 и ее футеровки 8; прикрепляют сердечник 1 упорным уголком к футеровочному вкладышу 8 дверцы; прикрепляют дверцу 6 камеры к футеровочному вкладышу 8, подключают термопары 9 к измерительным приборам (на приведенном чертеже приборы не показаны); производят дополнительную теплоизоляцию торцов сердечника держателя и рабочих пластин 3, затем держатель устанавливают в предварительно разогретую камеру печи 12.

В случае двухстороннего прогрева образца конструкции теплоизоляционные прокладки 2 на сердечник не устанавливают. В остальном порядок сборки образца прежний.

При вариантном испытании огнезащитное покрытие наносят на несколько рабочих пластин одного размера в плане. Для замены рабочих пластин образца срезают скрутки 11, устанавливают новые пластины 3 с защитным покрытием, наносят огнезащитный состав на торцы рабочих пластин 3 и сердечника держателя 1.

За критерий, характеризующий действенность огнезащитного покрытия, принято время, по истечении которого поверхность строительной конструкции, защищенной им, нагревается до предельной температуры (предел огнезащиты, мин).

При разработке проекта и изготовлении опытных образцов для испытаний были устранены основные недостатки рассмотренных выше установок для оценки эффективности огнезащитных покрытий.

Экономию расходов на проектирование и изготовление испытательного устройства получают за счет того, что в качестве огневой камеры использована типовая муфельная печь. Стандартный температурный режим в рабочей камере создается электрическим нагревателем муфеля.

Конструкция испытуемого образца позволяет производить обогрев с одной стороны и с двух сторон. При этом возможно изучение поведения огнезащитного покрытия на торцах и в средней части образца.

Для защиты от термического повреждения и увеличения долговечности рабочие спаи и электроды термопар, находящиеся в огневой камере, устанавливают внутри составного образца. Толщина пластин составного образца принята в пределах (2^oC10) мм, размеры в плане от 50x50 до 150x150 мм. Образцы в основной камере могут быть установлены как горизонтально, так и вертикально.

В целом предложенное устройство компактно, дает достоверные результаты, просто в изготовлении и работе.

Испытания показали надежность действия нагревательного устройства и возможность его использования для определения действенности огнезащитного покрытия.

Формула изобретения

1. Устройство для испытания огнезащитных покрытий, включающее держатель образца, испытуемый образец, нагревательную камеру с терморегулятором и датчики температуры, отличающееся тем, что держатель образца выполнен в виде консольного сердечника и прикреплен к внутренней стороне дверцы нагревательной камеры при помощи футеровочного вкладыша, а испытуемый образец выполнен сборным из рабочих пластин элементов стальной конструкции, которые подсоединены к сердечнику держателя с двух противоположных сторон и установлены в пространстве нагревательной камеры в соответствии с проектным положением элемента конструкции, при этом рабочие спаи контрольных термопар расположены внутри составного образца в центре поверхности пластины, а примыкающая к рабочему спаю часть электродов термопар расположена на изотермической поверхности образца, рабочий спай каждой термопары снабжен диском из металла с высоким коэффициентом теплопроводности, а степень нагрева обогреваемой поверхности пластины образца в камере t_eκ задают в соответствии с зависимостью
t_eκ = t_in + 15·δ + (70τ)²_3,
где t_in температура на контролируемой внутренней поверхности пластины, ^oС;
δ - толщина стальной пластины, мм;
τ - время испытания от начала огневого воздействия на образец конструкции, мин.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что толщину пластины образца элемента выбирают в пределах 1-10 мм.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что футеровочный вкладыш выполнен из огнеупорного материала толщиной не менее

где a коэффициент температуропроводности сухого материала, см²/ч;
τ - время огневого испытания, ч.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для осуществления условий одностороннего нагрева образца конструкции между сердечником держателя и испытываемыми образцами уложены теплоизоляционные прокладки.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сердечник держателя установлен в футеровке дверцы камеры по заданному проектным положением образца в пространстве углу наклона.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что термопары располагают в центре поверхности пластины образца на расстоянии не менее пяти толщин от ее ребра.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что термопару располагают внутри составного образца, между сердечником держателя и пластиной образца, а электроды термопары длиной не менее пяти десяти диаметров электродов располагают на изотермической поверхности пластины.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщину тонкого диска из металла с высокой теплопроводностью выбирают не более 0,5d_э, сторона квадратного сечения которого не менее 20d_э, где d_э диаметр термоэлектрода.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что рабочие пластины образца прикреплены к держателю при помощи скрутки из нихромовой проволоки диаметром 1-2 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1