Сырьевая смесь для огнезащитного покрытия
Владельцы патента RU 2467040:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение предназначено для огнезащиты строительных конструкций, преимущественно металлических. Сырьевая смесь включает вяжущее и заполнитель-вермикулит. В качестве вяжущего используют композиционное вяжущее, содержащее портландцемент 60-80% и тонкодисперсную вермикулитовую циклонную пыль, являющуюся отходом производства вспученного вермикулита, 20-40%. В качестве заполнителя используют вспученный вермикулит фракции 0,63-2,5. При этом соотношение композиционного вяжущего и вспученного вермикулита составляет 1:1,5-1:2,5 по объему. Результат заключается в повышении огнезащитной эффективности предлагаемых составов, расширении номенклатуры отечественных огнезащитных материалов, снижении их стоимости и исключении дефицитных материалов, замене их отходами производства, а также в повышении экологичности и технологической простоты. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 7 пр.
Изобретение предназначено для огнезащиты строительных конструкций, преимущественно металлических.
Известна сырьевая смесь для огнезащитного покрытия, включающая компоненты, при следующем их соотношении, мас.%: портландцемент 35-40, вспученный вермикулит 8-10, муллитокремнеземистое волокно Al2O3 5-10, добавка Mecellese 0,4-0,8, вода - остальное, при этом время достижения предела огнестойкости покрытия составляет 37,8-90,3 мин при температуре нагрева в камере 139°С (патент РФ №2265631 С2, дата приоритета 01.12.2003, дата публикации 10.12.2005, авторы Чистоедов П.В., Маркина Л.П., RU).
Недостатками известного аналога являются низкие огнезащитные свойства, высокая стоимость и ограниченная область применения, что обусловлено, во-первых, присутствием в составе добавки гидроксипропил метилцеллюлозы, снижающей стойкость покрытия при воздействии на него высоких температур, во-вторых, использованием муллито-кремнеземистого волокна, повышающего стоимость огнезащитного покрытия, в-третьих, применением в основном для деревянных конструкций.
Известна сырьевая смесь для огнезащитного покрытия, включающая гидравлическое вяжущее, вспученный вермикулит, вспученный перлитовый песок, в качестве гидравлического вяжущего она содержит вяжущее низкой водопотребности - ВНВ, содержащее в мас.%: клинкерный цемент 20-90, перлит - 10-80, химическую добавку, содержащую водопонижающий компонент 0,5-3,5% от клинкерного цемента, или ВНВ и портландцемент в количестве 10-90% от массы указанного гидравлического вяжущего, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%, указанное гидравлическое вяжущее 70-90, вспученный перлитовый песок 5-15 и вспученный вермикулит 5-15, при этом температура бетонной поверхности при 3-часовом огневом воздействии достигает 91-105°С (патент РФ №2245867 С1, дата приоритета 03.07.2003, дата публикации 10.02.2005, авторы Звездов А.И. и др., RU).
Недостатками известной сырьевой смеси являются ее многокомпонентность, сложность технологического процесса в связи с этим, соответственно высокая стоимость, а также ограниченная область применения в связи с указанием на эффективное использование в основном для бетонных строительных конструкций и отсутствием сведений об особенностях защиты металлоконструкций, обладающих более высокой чувствительностью к высоким температурам и действию огня.
В качестве прототипа принята сырьевая смесь для получения огнезащитного покрытия, включающая следующие компоненты при их соотношении, мас.%: жидкое стекло 30-70, молотый вермикулит 5-25, кремнийсодержащее соединение - молотый кварцевый песок - остальное, при этом основной достигаемый предел огнестойкости покрытия - менее 30-40 мин (патент РФ №2148066 С1, дата приоритета 25.12.1998, дата публикации 27.04.2000, авторы Райхер В.Е., Фишман И.Р., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются низкие огнезащитные свойства, низкая атмосферостойкость и высокая стоимость, обусловленные использованием в качестве вяжущего жидкого стекла, аккумулирующего влагу, в связи с чем огнезащитное покрытие на его основе не водостойкое и не долговечное, а предел огнестойкости при этом невелик, к тому же дополнительные энергозатраты на помол кварцевого песка и вермикулита повышают стоимость покрытия.
Задача данного изобретения состоит в повышении огнезащитной эффективности предлагаемых составов преимущественно для металлических конструкций, исключающих выделение токсичных компонентов, расширении номенклатуры отечественных огнезащитных материалов, снижении их стоимости и исключении дефицитных материалов, замене их отходами производства, а также повышении экологичности и технологической простоты.
Предлагаемые составы, решающие указанную задачу, отвечают требованиям федерального закона №384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», принятого Государственной Думой 23 декабря 2009 года.
Для решения поставленной задачи в сырьевой смеси для огнезащитного покрытия, включающей вяжущее и заполнитель-вермикулит, согласно изобретению, в ней используют композиционное вяжущее, содержащее портландцемент 60-80% и тонкодисперсную вермикулитовую циклонную пыль, являющуюся отходом производства вспученного вермикулита, 20-40%, в качестве заполнителя используют вспученный вермикулит фракции 0,63-2,5, при этом соотношение композиционного вяжущего и вспученного вермикулита составляет 1:1,5-1:2,5 по объему.
Согласно изобретению, сырьевая смесь содержит воду затворения с водовяжущим отношением 1,2-1,3 для нанесения на металлическое основание толщиной до 2 см.
Согласно изобретению, вермикулитовую циклонную пыль используют с дисперсностью, характеризуемой прохождением через сито №008 не менее 80-95%.
Вермикулитовая пыль с указанной дисперсностью содержит в своем составе активные формы кремнезема и алюминия, в связи с чем при добавлении ее к портландцементу повышается степень гидратации гидравлического вяжущего за счет образования центров кристаллизации, благодаря чему хорошо сохраняется целостность покрытия, повышается прочность сцепления, вследствие чего покрытие характеризуется высокой трещиностойкостью при пожаре. В силу высокой отражательной способности самих частиц вермикулита, их низкой теплопроводности и упругости, а также благодаря тонким прослойкам воздуха между чешуйками слюды, предлагаемые составы характеризуются низкой теплопроводностью и высокой огнестойкостью, а также эстетичностью, химической стойкостью, нетоксичностью, отсутствием дымообразования.
Для подтверждения технического результата исследовались несколько образцов огнезащитного покрытия (ОЗП), полученных при заявляемых соотношениях компонентов смеси. Композиционное вяжущее дозировалось в соотношении компонентов портландцемент: вермикулитовая пыль, объем.%, равном 60:40, 70:30, 80:20. При этом использовалась тонкодисперсная циклонная вермикулитовая пыль -отход производства вспученного вермикулита Татарского месторождения Красноярского края, характеризуемая прохождением через сито №008 не менее 80-95%. Объемные соотношения композиционного вяжущего и заполнителя - вспученного вермикулита Татарского месторождения (ВВТ) соответствовали 1:1,5; 1:2; 1:2,5, размеры фракций заполнителя 0,63; 1,25; 2,5, т.е. все, получаемые при вспучивании концентрата Татарского месторождения. Повышение в смеси цементной составляющей нецелесообразно экономически и приводит к разрушению ОЗП после испытания. Увеличение содержания заполнителя свыше заявляемого приводит к снижению прочности на сжатие и сцепления.
Соотношения компонентов в заявляемых составах приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||
| Соотношения компонентов огнезащитных составов | |||
| Состав композиционного вяжущего, объем.% | Фракция заполнителя ВВТ, мм | Отношение вяжущего к заполнителю ВВТ по объему (объем.%) | |
| портландцемент | вермикулитовая пыль (ВП) | ||
| 60 | 40 | 0,63 | 1/1,5 (40,0/60,0) |
| 70 | 30 | 1,25 | 1/2,0 (33,3/66,7) |
| 80 | 20 | 2,5 | 1/2,5 (28,6/71,4) |
Фактический предел огнестойкости незащищенных несущих металлических конструкций, как правило, не превышает в среднем 10-15 минут независимо от их толщины.
Огнезащитная эффективность средств огнезащиты в зависимости от наступления предельного состояния подразделяется на 7 групп, согласно ГОСТ 53295-2009 «СРЕДСТВА ОГНЕЗАЩИТЫ ДЛЯ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности»: 1-я группа - не менее 150 мин; 7-я группа - не менее 15 мин.
За предельное состояние принимается достижение металлом под огнезащитным покрытием критической температуры, равной 500°С, либо разрушение опытного образца.
Испытания проводились по ГОСТ 53295-2009. Сущность метода определения огнезащитной эффективности заключается в определении времени от начала теплового воздействия на опытный образец до достижения критической температуры (500°С) (среднее значение по показаниям трех термопар) металлом под заявляемыми огнезащитными покрытиями. Их огнезащитная эффективность определялась в зависимости от состава, толщины нанесения, крупности заполнителя - вспученного вермикулита.
По результатам показаний датчиков строились графики в координатах: температура (°С) - время теплового воздействия (мин). В результате анализа графиков всех заявляемых составов прослеживалась общая тенденция: температура металла под ОЗП достигает указанного в таблице 2 максимального значения, затем остается постоянной независимо от времени теплового воздействия, имея на графике вид горизонтальной площадки (условно не показано).
Результаты испытаний ОЗП заявляемых составов толщиной 1 см в сравнении с прототипом приведены в таблице 2.
Исследования показали, что разрушения ОЗП на основе заявляемых составов незначительны, адгезия не нарушена, восстановления ОЗП не требуется. Очевидно, что введение вермикулитовой пыли в состав композиции повышает огнезащитную эффективность.
Заявляемые составы огнезащитных покрытий обладают следующими характеристиками:
- плотность сухой смеси 500-700 кг/м3;
- плотность раствора 1200-1400 кг/м3;
- прочность затвердевших растворов на основе заявляемых ОЗП 3,7-10,1 МПа для различных составов;
- удельная эффективная активность ЕРН (Аэфф) 46,7095Бк/кг, что относится к 1 классу материалов и может применяться в строительстве без ограничения;
- морозостойкость заявляемых ОЗП от F15, с пластифицирующей добавкой до F25;
- теплопроводность ОЗП на основе вспученного вермикулита составляет 0,14-0,17 Вт/м°С;
- прочность сцепления (адгезию) определяли по силе отрыва образца затвердевшего раствора от основания - металлической плиты без использования грунтовочного покрытия, повышающего адгезию. Прочность сцепления раствора с металлическим основанием у большинства заявляемых составов имеет когезионный характер отрыва - по телу образца и соответствует 0,1 МПа. Это можно объяснить тем, что зерна вспученного вермикулита имеют пластинчатую структуру, поэтому отрыв происходит по раствору. Требования по адгезии раствора к металлическому основанию нормативными документами не установлены;
- толщина наносимого ОЗП<2 см, иначе после испытания наблюдаются трещины и требуется восстановление.
Для приготовления заявляемых составов ОЗП подготавливают и дозируют сырьевые компоненты, согласно таблице 1, используя разные соотношения компонентов, как показано, например, в таблице 2.
Дозирование составляющих осуществляют в следующей последовательности: сначала дозируют по массе портландцемент, вермикулитовую пыль, затем вспученный вермикулит по объему. Для активации вермикулитовой пыли ее можно домалывать в мельнице тонкого помола непродолжительное время. Далее компоненты подают в лопастной смеситель. При приготовлении смеси вначале загружают в смеситель композиционное вяжущее, а затем заполнитель. Продолжительность перемешивания вяжущей композиции составляет 0,5 мин, продолжительность перемешивания после загрузки заполнителя 1,5-2 мин.
После перемешивания смесь ОЗП расфасовывают в тару (обычно в клапанные мешки) и отправляют потребителю.
На строительной площадке у потребителя в смесь добавляют воду с соблюдением водовяжущего отношения 1,2-1,3 и производят перемешивание до получения однородной массы непосредственно перед нанесением покрытия на поверхность. Для нанесения ОЗП применяют специальные установки, либо ручной способ.
При нанесении состава покрытия на конструкции следует соблюдать требования строительных норм и правил по отделочным покрытиям строительных конструкций. До начала работы по нанесению огнезащитного покрытия производят подготовку поверхности под покрытие. Поверхность зачищается до полного отсутствия следов грязи, окалины, ржавчины, масляных или битумных пятен, старой краски и т.д. После очистки поверхности производят, при необходимости, восстановление антикоррозийного покрытия (с учетом степени воздействия на строительные конструкции среды по СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии»).
При нанесении огнезащитного покрытия температура окружающего воздуха должна быть не ниже 5°С, влажность воздуха - не выше 75%. Конструкции должны быть защищены от атмосферных осадков. Раствор огнезащитного покрытия, приготовленный для нанесения, в момент укладки должен иметь температуру 15°С и выше.
Как правило, огнезащитное покрытие наносят по поверхности металлоконструкций в следующей последовательности: сначала металлическую поверхность покрывают антикоррозийной краской, затем грунтуют для усиления адгезии (например, составами Sika Cleaner-205 или Sika CorroTop) и затем наносят ОЗП.
Преимущество заявляемых составов ОЗП состоит в том, что они обеспечивают увеличение предела огнестойкости в 3-6 раз в сравнении с прототипом, позволяют длительное время предохранять металлические конструкции от интенсивного развития температурных деформаций, пластичности в условиях пожара, отличаются повышенной прочностью сцепления, высокой трещиностойкостью.
1. Сырьевая смесь для огнезащитного покрытия, включающая вяжущее и заполнитель - вермикулит, отличающаяся тем, что в ней используют композиционное вяжущее, содержащее портландцемент 60-80% и тонкодисперсную вермикулитовую циклонную пыль, являющуюся отходом производства вспученного вермикулита, 20-40%, в качестве заполнителя используют вспученный вермикулит фракции 0,63-2,5, при этом соотношение композиционного вяжущего и вспученного вермикулита составляет 1:1,5-1:2,5 по объему.
2. Сырьевая смесь для огнезащитного покрытия по п.1, отличающаяся тем, что содержит воду затворения с водовяжущим отношением 1,2-1,3 для нанесения на металлическое основание толщиной до 2 см.
3. Сырьевая смесь для огнезащитного покрытия по п.1, отличающаяся тем, что вермикулитовую циклонную пыль используют с дисперсностью, характеризуемой прохождением через сито №008 не менее 80-95%.
