Краткий ответ: вспучивающиеся (интумесцентные) покрытия — это пассивные огнезащитные покрытия, которые при нагреве примерно от 200–250°C вспучиваются в теплоизолирующий коксовый слой, замедляющий рост температуры несущей стали в течение расчётного времени, обычно 30–120 минут. Их наносят поверх грунтовки, одобренной производителем, для которой обычно нужна чистота SSPC-SP 10 / Sa 2½, профиль шероховатости из её технического паспорта и контролируемое содержание растворимых солей.
Вспучивающиеся покрытия — это системы пассивной противопожарной защиты, наносимые на несущую сталь, чтобы замедлить рост температуры, из-за которого сталь при пожаре теряет несущую способность. В отличие от систем активного пожаротушения, они не требуют вмешательства: они автоматически реагируют на нагрев, расширяясь и образуя поверх стали теплоизолирующий углеродистый коксовый слой. Предел огнестойкости, как правило выражаемый в минутах (30, 60, 90 или 120), — это время, в течение которого защищённая сталь выдерживает стандартное огневое испытание до достижения предельной температуры. В этой статье объясняется, как работают вспучивающиеся покрытия, какие бывают два основных типа и какая подготовка поверхности им нужна при новом строительстве и при ремонте на действующих объектах. Подготовка поверхности важна, потому что покрытие должно оставаться сцепленным со сталью в течение всего срока службы и во время самого пожара.
Как работают вспучивающиеся покрытия?
При обычных температурах вспучивающиеся покрытия инертны. При нагреве, как правило от 200–250°C, начинается химическая реакция, в которой последовательно реагируют три типа активных компонентов:
- Источник кислоты, как правило полифосфат аммония, при повышенной температуре разлагается с выделением фосфорной кислоты.
- Источник углерода, многоатомный спирт, например пентаэритрит, обезвоживается кислотой с образованием углеродного кокса.
- Порообразователь, как правило меламин, разлагается с выделением инертных газов, которые раздувают углеродную матрицу в устойчивую пену.
В результате образуется многоячеистый углеродистый коксовый слой, расширяющийся во много раз по сравнению с исходной толщиной покрытия; для тонкослойных материалов типична степень расширения около 50:1 в зависимости от состава и условий огневого воздействия. Этот коксовый слой имеет очень низкую теплопроводность и теплоизолирует сталь под ним. Его эффективность зависит от того, что он остаётся целым и сцепленным со сталью на протяжении всего пожара, а для этого система должна быть нанесена на должным образом подготовленную сталь с достаточной адгезией.
Тонкослойные вспучивающиеся системы обычно состоят из трёх компонентов: грунтовки, основного слоя (той части, которая реагирует при пожаре) и герметизирующего или финишного слоя. Их можно наносить на объекте или заранее в цеху.
Целлюлозные и углеводородные вспучивающиеся покрытия
Два основных типа вспучивающихся огнезащитных покрытий рассчитаны на разные сценарии пожара, и их эксплуатационные характеристики существенно различаются:
| Параметр | Целлюлозное вспучивающееся | Углеводородное вспучивающееся |
|---|---|---|
| Тип пожара | Целлюлозные пожары (в зданиях) | Углеводородные пожары разлива и струйные пожары: более быстрый рост температуры, более высокие температуры |
| Стандартная кривая пожара | ISO 834 (целлюлозная) / BS 476 | UL 1709 (пожар разлива) / ISO 22899 (струйный пожар) |
| Температура в печи на 30-й минуте | ~840°C (ISO 834) | ~1 100°C |
| Типичный диапазон DFT | Тонкий слой, как правило до нескольких миллиметров | Толстый слой, как правило от нескольких миллиметров до примерно 25 мм, в зависимости от продукта |
| Способ нанесения | Безвоздушное распыление (в цеху или на объекте) | Безвоздушное распыление; двухкомпонентное оборудование для более толстых систем |
| Основные рынки | Коммерческое и жилищное строительство; стальные конструкции зданий | Нефть и газ; морские платформы; нефтехимическая переработка |
| Типичное финишное покрытие | Герметизирующий или финишный слой для внешнего вида и защиты от влаги | На шельфе финишное покрытие обязательно; в некоторых промышленных применениях не используется |
| Доступные пределы огнестойкости | 30, 60, 90, 120 минут | Пределы для пожара разлива и струйного пожара, в зависимости от продукта |
Критическая температура стали и предел огнестойкости
Конструкционная сталь начинает терять прочность при температуре выше примерно 400°C. В упрощённых методах расчёта часто принимали предельную (критическую) температуру около 550°C для нагруженных элементов из углеродистой стали, но фактическое значение зависит от расчётных норм, коэффициента нагрузки и типа элемента; например, steelconstruction.info приводит 620°C как предельную температуру по умолчанию для тонкослойной вспучивающейся защиты некоторых балок с ячеистой стенкой. Незащищённая сталь, особенно лёгкие профили, может быстро достигать таких температур, в частности при углеводородном пожаре. Вспучивающаяся противопожарная защита отодвигает момент, когда сталь достигает предельной температуры.
Требуемый предел огнестойкости (в минутах) и толщина покрытия для данного несущего элемента зависят от:
- Нормативных требований к зданию или объекту (строительные нормы, требования к обоснованию безопасности морских объектов)
- Коэффициента сечения (Hp/A) стального элемента: отношения обогреваемого периметра к площади поперечного сечения. Более лёгкие профили (с большим Hp/A) нагреваются быстрее и для достижения того же предела огнестойкости требуют более толстых вспучивающихся покрытий, чем более тяжёлые профили.
- Расчётного сценария пожара: целлюлозный или углеводородный; пожар разлива или струйный пожар
- Предельной температуры стали, принятой в расчёте
Какая подготовка поверхности нужна вспучивающимся покрытиям?
Требования к подготовке поверхности для вспучивающихся покрытий определяются необходимостью адгезии на протяжении всего срока службы покрытия и, что критично, во время самого пожара. Вспучивающееся покрытие, отслоившееся от стали до того, как полностью сформировался коксовый слой, не обеспечит расчётную огнезащиту, а плохая подготовка — частая причина отслоения в эксплуатации.
Степень чистоты
SSPC-SP 10 / ISO 8501-1 Sa 2½ (струйная очистка до почти белого металла) — обычный минимум подготовки поверхности для вспучивающихся систем как в коммерческом строительстве, так и на шельфе и в промышленности, потому что именно её требует большинство одобренных грунтовок. Некоторые тонкослойные целлюлозные материалы, используемые в помещениях с низкой коррозионной агрессивностью, допускают SP 6 / Sa 2, но SP 10 принято по умолчанию и должна указываться, если только в техническом паспорте прямо не разрешена более низкая степень. Не указывайте степень подготовки ниже той, что требует технический паспорт: пределы огнестойкости и одобрения систем основаны на испытанной системе, нанесённой так, как предписывает производитель. Степени разъяснены в нашем полном руководстве по стандартам подготовки поверхности и руководстве по SSPC-SP 10.
Профиль шероховатости
Профиль шероховатости в диапазоне примерно 40–75 µm типичен для грунтовок, применяемых под вспучивающиеся системы. Точное требование проверяйте в техническом паспорте грунтовки. Профиль измеряют репликой-лентой по ASTM D4417, метод C, или глубиномером по методу B; см. полевое руководство по измерению профиля шероховатости.
Совместимость грунтовки
Большинство вспучивающихся систем не наносят непосредственно на голую сталь; им требуется совместимый грунтовочный слой. Грунтовка должна быть специально одобрена производителем вспучивающегося покрытия: несовместимая грунтовка может потерять адгезию при нагреве или помешать образованию кокса при пожаре. В коррозионных средах (шельф, атмосферные условия C4–C5) под вспучивающееся покрытие обычно применяют цинконаполненную или высокоэффективную эпоксидную грунтовку. В документации производителя вспучивающегося покрытия по одобрению системы конкретный продукт-грунтовка должен быть указан как одобренный. О том, как выбор грунтовки и подготовка взаимосвязаны в разных семействах покрытий, рассказано в статье высокоэффективные покрытия и их подготовка поверхности.
Загрязнение растворимыми солями
Растворимые соли, оказавшиеся под грунтовкой, вызывают осмотическое вспучивание и потерю адгезии, что столь же вредно под противопожарной системой, как и под любым антикоррозионным покрытием. Предел берите из технического паспорта грунтовки и спецификации проекта и проверяйте методом пластыря Бресле (ISO 8502-6/-9) перед грунтованием. Для ориентира: IMO PSPC допускает 50 mg/m² (5 µg/cm²) в пересчёте на NaCl для покрытий балластных цистерн, а спецификации для погружения или высокой коррозионной агрессивности, как правило, строже, чем для мягких атмосферных условий. Следите за единицами: mg/m² и µg/cm² различаются в десять раз. См. загрязнение растворимыми солями и разрушение покрытий.
Как обслуживают и ремонтируют вспучивающиеся покрытия на действующих объектах?
Вспучивающиеся покрытия требуют периодической инспекции и обслуживания, особенно на шельфе и в промышленных средах, где механические повреждения, коррозия и атмосферные воздействия со временем разрушают покрытие. Обслуживание на действующих объектах сталкивается с теми же ограничениями, что и любая другая высокоэффективная промышленная система покрытий: классификации ATEX, действующие производственные операции и замкнутые пространства ограничивают применение обычной струйной очистки.
Для локального ремонта вспучивающихся покрытий на действующих морских или промышленных сооружениях для ремонтируемых участков обычно указывают SSPC-SP 11, очистку механизированным инструментом до чистого металла, с учётом процедуры ремонта производителя. Если исходная система требует чистоты уровня струйной очистки, Bristle Blaster® обеспечивает чистоту, сопоставимую с SSPC-SP 10 / Sa 2½, и профиль шероховатости Rz 65–85 µm на стандартной стали в задокументированных испытаниях, без свободного абразива; результаты зависят от марки стали, степени коррозии, ленты и техники работы. Bristle Blaster® Pneumatic оценён на соответствие ATEX как оборудование категории 2 для взрывоопасных сред зоны 1 (газ) и зоны 21 (пыль), что подходит для обслуживания в классифицированных зонах морских платформ и перерабатывающих предприятий.
Любой ремонт вспучивающегося покрытия должен выполняться по одобренной производителем системе исходного нанесения; смешивать вспучивающиеся материалы разных производителей в пределах одной системы недопустимо. Ремонт должен быть задокументирован, а толщина отремонтированного участка проверена на соответствие исходной спецификации огнезащиты.
Основные выводы
- Вспучивающиеся покрытия защищают несущую сталь при пожаре, расширяясь в теплоизолирующий углеродистый коксовый слой, который отодвигает достижение сталью предельной температуры. Пределы огнестойкости (обычно 30–120 минут) зависят от продукта и сечения.
- Существует два основных типа: целлюлозные (пожары в зданиях; тонкий слой) и углеводородные (пожары разлива и струйные; толстый слой). Они не взаимозаменяемы.
- SSPC-SP 10 / Sa 2½ — обычный минимум подготовки поверхности, определяемый одобренной грунтовкой. Указывайте то, что требует технический паспорт, и не меньше.
- Во вспучивающейся системе должна использоваться грунтовка, специально одобренная производителем вспучивающегося покрытия.
- Ремонтные участки на действующих объектах, включая зоны ATEX и замкнутые пространства, обычно подготавливают до SP 11 или до чистоты, сопоставимой с SP 10, достижимой ударным инструментом без абразива.
Часто задаваемые вопросы
Какая подготовка поверхности нужна вспучивающимся покрытиям?
Подготовка определяется одобренной производителем грунтовкой — чаще всего SSPC-SP 10 / ISO 8501-1 Sa 2½ с профилем шероховатости, указанным в техническом паспорте грунтовки, обычно в диапазоне 40–75 µm. Некоторые тонкослойные материалы для сухих помещений допускают SP 6 / Sa 2. Растворимые соли также необходимо проверить и удерживать в пределах заданного значения перед грунтованием.
Можно ли наносить вспучивающиеся покрытия непосредственно на голую сталь?
Как правило, нет. Большинство вспучивающихся систем строятся из совместимой грунтовки, реактивного вспучивающегося основного слоя и, при необходимости, герметизирующего или финишного слоя. Грунтовка должна быть одобрена производителем вспучивающегося покрытия, поскольку несовместимая грунтовка может потерять адгезию или помешать образованию кокса при пожаре.
В чём разница между целлюлозными и углеводородными вспучивающимися покрытиями?
Целлюлозные (тонкослойные) вспучивающиеся покрытия защищают сталь зданий от стандартных пожаров по ISO 834 и наносятся относительно тонким слоем. Углеводородные (обычно на эпоксидной основе, толстослойные) вспучивающиеся покрытия рассчитаны на пожары разлива и струйные пожары на нефтяных, газовых и нефтехимических предприятиях и испытываются по кривым, таким как UL 1709 и ISO 22899. Они не взаимозаменяемы.
Как подготавливают сталь для ремонта вспучивающихся покрытий на действующем предприятии?
Ремонтные участки обычно подготавливают по SSPC-SP 11 (очистка механизированным инструментом до чистого металла) или до чистоты, сопоставимой с SP 10 / Sa 2½, если этого требует исходная система. Ударный инструмент без абразива, такой как Bristle Blaster®, делает это без укрытия для струйной очистки; пневматическая версия оценена на соответствие ATEX для зоны 1 (газ) и зоны 21 (пыль).
Связанные статьи
Источники
- SCI / steelconstruction.info, Fire protecting structural steelwork (температура реакции вспучивающихся покрытий, степень расширения, компоненты тонкослойной системы, предельные температуры). steelconstruction.info
- KTA-Tator, Industry Standards for Surface Preparation. kta.com
- SSPC-SP 11, Power Tool Cleaning to Bare Metal.
- IMO Resolution MSC.215(82), Performance Standard for Protective Coatings (PSPC), таблица 1. PDF
- MontiPower, технические данные Bristle Blaster® и страница Surface Preparation Safety (оценка ATEX для Bristle Blaster® Pneumatic).
