Огнезащита металлоконструкций (часть первая)

Выполненные из металла строительные конструкции характеризуются многими положительными качествами – они прочны и при этом достаточно легко обрабатываются, занимают малый объем по сравнению с другими строительными материалами, их сборка производится с применением технических средств и за кратчайшее время. Все эти преимущества обеспечивают металлоконструкциям высокую популярность в современном строительстве, на фоне других стройматериалов они идеальны.

Но недостатки у конструкционных материалов из металла все же имеются, причем весьма значимые – ограниченная огнестойкость и склонность к коррозии. О второй проблеме поговорим в следующем материале, а пока сосредоточимся на вопросах огнезащиты металла.

Пожар и, как следствие, высокая температура, вызывают утрату прочности металлоконструкций – в результате резкого снижения несущих способностей металлического каркаса происходит обрушение здания. Деформационные процессы в стальном профиле развиваются уже при его нагреве до 300^оС. Нарастание температур в диапазоне от 440 до 600^оС приводит к пластической деформации металлоконструкций из стали. В двадцати случаях из ста горящее сооружение, «скелет» которого образован профилированной сталью, не выстоит при ее нагреве до 500^оС и полностью разрушится.

Как правило, срок утраты несущих способностей при нагрузках номинальной величины происходит, если металлическая конструкция будет подвержена воздействию пятисотградусной температуры около 15 минут. Для проведения полной эвакуации сотрудников и уж тем более для тушения пожара четверти часа никак недостаточно. Меры по огнезащите металлоконструкций позволяют преуменьшить разрушительный эффект высоких температур на металл, сместить по времени сроки возможного обрушения здания.

Средства для огнезащиты металлоконструкций

Покрытия, предохраняющие металл от нагрева, делятся на две основных группы – тонкослойные и толстослойные, соответственно, со слоем меньше и больше 3 мм. К первой относятся огнезащитные жидкие составы (специальные краски), ко второй – лакокрасочные составы (мастичные, эмалевые и др.), отделка бетоном, штукатуркой и кирпичная обкладка.

Огнезащитные краски, в зависимости от состава, способны предотвратить нагрев металлоконструкций до критических температур в течение 60-90 минут. Существуют тонкослойные составы, способные удерживать нагрев металла дольше – до 120 минут, но лишь для профилей, толщина которых превышает 7,8 мм.

Механизм действия тонкослойной огнезащиты такой – нагрев до 170-220^оС вызывает десятикратное вспучивание огнезащитной краски, образующей пенококсовый кокон с низкой теплопроводностью вокруг металлоконструкции. Важно проводить лишь легкую (однослойную) декоративную отделку тонкослойного покрытия, поскольку массивный слой обычных лакокрасочных материалов может блокировать вспучивание огнезащиты. Тонкое декоративное покрытие, нанесенное поверх огнезащитного слоя, обеспечит его стойкость к разрушающему действию атмосферных явлений, увеличивая срок службы.

Состав тонких огнезащитных покрытий базируется на водной и на органорастворимой основе (сольвенте). Сольвентные краски допускают нанесение при низких положительных температурах воздуха – до +3^оС. Ими можно покрывать металлоконструкции и при минусовых температурах, но сохнуть они будут довольно долго. Защищающие от огня покрытия на водной основе при их нанесении в условиях температур, близких к нулю, растрескаются – велика вероятность, что понадобится зачистка и повторное окрашивание. Достоинство огнезащитных покрытий на водной основе – в их дешевизне, а также возможности получения растворителя в неограниченном количестве.

Тонкослойные покрытия создают минимальную нагрузку на металлоконструкции и, кроме того, придают им неплохие эстетические характеристики. При выборе конкретного состава тонкослойных покрытий, защищающих металлических профиль от пожара, важно обратить внимание на данные сертификата к продукту – марка, вид, допустимая толщина слоев, в том числе грунтовых и атмосферостойких (декоративных).

Толстослойные покрытия (максимальная толщина – 48 мм) способны обеспечить защиту металла от пожара в течение 120-240 минут, при условии толщины стального профиля более 2,4 мм. Несмотря на преимущество перед тонкослойной огнезащитой – доступность материалов на строительном рынке – монтаж толстослойных покрытий является достаточно трудоемким. К примеру, последовательность работ по укладке штукатурной огнезащиты включает в себя:

• составление смеси в сухом виде;
• ввод дозированной порции компонентов, повышающих адгезию к металлу;
• крепление точечной сваркой на металлоконструкциях сетки для армирования будущего штукатурного слоя. Армирование необходимо при толщине огнезащитного слоя от 10 мм, при наличии пролетов шириной свыше 6 м, при значительной вибрационной нагрузке на защищаемый объект;
• формирование жидкого раствора путем добавления воды, его промешивания до однородного состояния;
• поэтапное покрытие несколькими слоями штукатурки, со сроком полного высыхания каждого не менее 24 часов (по совокупности периодов сушки их общая длительность может достичь двух недель и более). После укладки каждого слоя необходимо устанавливать опалубку специальной конструкции.

В числе достоинств толстослойных покрытий возможность их отделки декоративными материалами – наличие декоративно-отделочного слоя не влияет на эффективность толстослойной огнезащиты. К их недостаткам относится существенный рост нагрузки на защищаемую от пожара металлоконструкцию – чем выше плотность такого покрытия, тем более высока нагрузка.

Комплексная огнезащита металлоконструкций базируется на отделке стальных конструкционных профилей несколькими материалами одновременно, каждый из которых обладает высокими эксплуатационными сроками. По сути, такой огнезащитный комплекс обеспечивает практически пожизненную защиту металла – производителями называются сроки до четверти века. Некоторые комплексные покрытия обладают дополнительными свойствами – полной готовностью для декоративной отделки, как-то оштукатуривание, нанесение лакокрасочного слоя и покрытие обоями, без предварительной подготовки поверхности, а также обладают высокими шумо- и вибрационными характеристиками.

Огнезащита может выполняться гидрофобными комплексными материалами, защищающими металлоконструкции в условиях высокой влажности. Подготовка и раскройка комплексных систем огнезащиты проходит в заводских условиях, что позволяет произвести их в кратчайшие сроки.

Подготовка металлоконструкций к нанесению огнезащитных покрытий

Поверхность металлических профилей необходимо очистить от пыли, потеков смазки и масла, полностью осушить. Не должно быть очагов коррозии и окалины, за исключением труднодоступных участков. Обработка металлических поверхностей проводится по условиям ГОСТ 9.402-80.

Существует две степени окисленности и зажиренности стальных металлоконструкций:

• первая, при которой поверхности загрязнены тонким слоем смазочных эмульсий и минеральных масел, содержащим в себе пыль и вкрапления металлической стружки (до 3 грамм твердого загрязнителя на м²);
• вторая, при которой на металлоконструкциях имеется толстый слой масел, смазок после консервации, нагара от полировальных и шлифовальных паст с содержанием твердых загрязнителей более 3 г на м².

Интенсивность окисленности плоскостей металлических конструкций подразделяется на четыре типа:

• степень «А» - большую часть стального профиля покрывает прокатная окалина, очагов ржавчины практически нет;
• степень «B» - начальный этап ржавления, вызывающий отставание прокатной окалины;
• степень «C» - коррозионные процессы вызвали полное устранение прокатной окалины либо ее легко снять. Поверхности местами покрыты неглубокими выемками, образованными коррозией;
• степень «D» - прокатная окалина полностью отсутствует, поверхности полностью изъязвлены вследствие коррозии.

Последовательность и материалы для очистки металлической поверхности перед ее огнезащитой выбираются по степеням загрязнения, характера производственной деятельности на объекте работ, типа металла и его химического состава, площади обработки и пр.

Свойства поверхностных загрязнений различны по своему происхождению. Продукты коррозии, окисные и сульфидные пленки, окалина – все они образуются вследствие химических реакций металла с атмосферой, поэтому связь с поверхностью металлоконструкций у них довольно значительна. Загрязнители вроде остаточного количества паст и абразивов для полировки, смазок для консервации и охлаждающих эмульсий удерживаются на металле благодаря адгезии. Химически связанные загрязнители устраняются с помощью химикатов или механических приспособлений. Адгезионные связи разрушаются путем обезжиривания.

Химическая очистка металлоконструкций

Ее задача – устранить химические связи между загрязнителями и металлами. С этой целью используются концентрированные растворы кислот – соляной, серной, плавиковой, фосфорной и азотной. Пленки окалины и солей разрушаются путем разрыхления серной кислотой (подтравливанием), либо их полным растворением при помощи соляной кислоты. Результатом воздействия кислот на металлы могут быть следующие побочные факторы – неравномерное устранение окалины, частичное растворение металла (перетравливание), образование многочисленных изъязвлений микроскопического размера. Травление концентрированными кислотами стали приводит к увеличению содержания водорода в ее поверхностном слое. Чтобы максимально снизить негативные последствия травления, в состав растворов добавляют ингибиторы коррозии, положительно влияющие на качество очистки и преуменьшающие степень поглощения водорода металлическими поверхностями.

Помимо травления проводится также процедура активирование металлических изделий. Она выполняется химическим, либо электрохимическим методами, в процессе используется спецоборудование, растворы или смеси кислот. Активирование позволяет устранить тончайшие оксидные пленки с поверхностей металлов.
Продолжение материала о порядке нанесения огнезащитных покрытий на металлоконструкции смотрите в его второй части.