Способы защиты металлических конструкций от пожара

Способы огнезащиты металлических конструкций

Главная / Блог / Способы огнезащиты металлических конструкций

Способы огнезащиты металлических конструкций

Железобетонные и металлические конструкции являются основой несущих конструкций зданий, которые должны защищаться от воздействия огня при пожарах. В строительном законодательстве установлены требования по времени огнестойкости конструкций, в течение которого они должны сохранять свои несущие способности, а также способы защиты металлических конструкций. Сохранение несущей способности конструкций при пожаре важно в первую очередь для безопасного вывода людей из здания.

Зачем нужна защита металлоконструкций от огня?

Может возникнуть вопрос — зачем вообще нужна защита металлоконструкций от огня, если металл не горит? Аналогичный вопрос можно задать про железобетоные конструкции.

Проблема заключается в том, что при нагреве до 500 o С металлические конструкции теряют прочность и несущую способность под воздействием своих нагрузок. Те же процессы происходят в железобетонных конструкциях, прочность которых в нормальных условиях обеспечивается в значительной степени каркасом из стальной арматуры.

Предел огнестойкости металла без огнезащиты составляет от R10 до R15. Это значит, что металлоконструкции без огнезащиты будут выполнять свои функции в случае пожара в течение 10-15 минут. Это время не удовлетворяет нормативам для объектов, предполагающих нахождение людей.

Рассмотрим подробнее требования к огнезащите металлических конструкций, с учетом предела огнестойкости объектов.

Выбор вида огнезащиты. Предел огнестойкости зданий

Выбор способов огнезащиты определяется требованиями к пределу огнестойкости самих зданий, которые сформулированы в СП 2.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты».

В зданиях I и II степени огнестойкости для несущих конструкций, которые обеспечивают прочность и устойчивость здания, включая колонны и фермы, несущие стены, перекрытия и диафрагмы, огнестойкость этих элементов должна обеспечиваться применением конструктивных решений и материалов:
1. Конструктивная огнезащита (покрытие теплооизоляционными негорючими плитами или толстослойными составами).
2. Тонкослойные вспучивающиеся огнезащитные краски.

Особые условия предусмотрены для сейсмических зон – в таких зонах применяемые средства должны соответствовать требованиям СП 14.13330 по прочности при нагрузках, возникающих при землетрясениях. Также, средства огнезащиты нельзя использовать в таких местах, где отсутствует возможность контроля из состояния, ремонта или замены.

Огнезащитные краски (п. 2) могут применяться в зданиях I и II степени огнестойкости только для металлических конструкций с приведенной толщиной металла более 5,8 миллиметров. Рассмотрим подробнее этот показатель.

Расчет приведенной толщины металла

По НПБ 236-97 «Огнезащитные составы для стальных конструкций», приведенная толщина металла считается по формуле:

Описание:
— ПТМ — приведенная толщина металла (мм),
— S — площадь сечения (мм 2 ),
— P — нагреваемый периметр (мм).

Пример расчета: двутавровая балка 40Ш1 (ГОСТ 26020-83).
Рассматриваем вариант с обогревом со всех сторон.

Высота	Ширина	Толщина стенки	Толщина полки
388 мм	300 мм	9,5 мм	14 мм

Площадь поперечного сечения: S = 12235 мм 2 .

Обогреваемый периметр: P = 1919 мм.

ПТМ = S / P = 12235 / 1919 = 6,38 мм.

Виды огнезащиты металлических конструкций

Итак, для огнезащиты металлических конструкций в зданиях могут использоваться конструктивная огнезащита либо вспучивающиеся тонкослойные краски.

Конструктивная огнезащита металлоконструкций – это огнезащитный теплоизоляционный слой из специальных материалов, предотвращающий нагрев металлических конструкций от огня.

Материалы конструктивной огнезащиты:

• минераловатные плиты,
• гипсокартонные листы,
• асбестовые листы,
• кирпич,
• напыляемые толстослойные огнезащитные составы и штукатурки.

Как правило, материалы для огнезащиты металла делятся на три группы:

1. Конструктивная огнезащита — облицовка минераловатными плитами, гипсокартоном, кирпичом	2. Конструктивная огнезащита — толстослойные составы и обмазки	3. Тонкослойные вспучивающиеся огнезащитные краски
До R150	От R90 до R150	От R30 до R120

Рассмотрим подробнее эти группы

1. Конструктивная огнезащита, реализуемая облицовкой металлоконструкций огнестойкими теплоизоляционными материалами, например, плитами из минеральной ваты и гипсокартоном — традиционный способ защиты металлоконструкций от огня.
   Преимуществом этого способа является высокая огнезащитная способность. К недостаткам можно отнести высокую трудоемкость и стоимость работ.
   Применение конструктивной огнезащиты требует разработки проекта огнезащиты, в котором учитываются способы крепления огнезащитных конструкций, соответствующие технической документации на систему и протоколам испытаний огнезащиты.
2. Конструктивная огнезащита из толстослойных огнезащитных обмазок и составов.
   Такие материалы не вспучиваются при нагревании. Они обеспечивают изоляцию от высокой температуры за счет сочетания низкой теплопроводности и достаточной толщины изоляционного слоя.
   Толстослойные напыляемые огнезащитные составы обладают преимуществами:
   • высокая огнезащитная эффективность,
   • технологичность и высокая скорость нанесения,
   • высокая прочность и долговечность облицовки,
   • меньший вес огнезащитных материалов, по сравнению с п. 1, создающий меньшие нагрузки на конструкции,
   • как правило, меньшая стоимость, по сравнению с п. 1.

   Огнезащитные обмазки и штукатурки широко применяются для огнезащиты воздуховодов, как вентиляционных, так и воздуховодов систем дымоудаления.

3. Огнезащитные краски.
   Тонкослойные вспучивающиеся огнезащитные краски обеспечивают защиту металлических конструкций от огня за счет расширения от нагрева. При этом вокруг металла создается толстое покрытие из кокса, имеющего маленькую теплопроводность и высокую огнестойкость. Это обеспечивает необходимое время защиты металла от высоких температур.
   Огнезащитные краски дают существенные преимущества в случаях, когда проект допускает их применение:
   • огнезащитная эффективность до R120,
   • практически отсутствует дополнительная нагрузка на конструкции,
   • выгодная стоимость огнезащиты,
   • высокая скорость и технологичность нанесения,
   • возможность проведения работ в широком диапазоне температур, от +50 o С до -15 o С,
   • низкий расход материала,
   • долгий гарантированный срок службы,
   • эстетичный внешний вид, который может выступать в роли финишной отделки.

В строительном законодательстве присутствует множество требований к конструкциям зданий, с точки зрения пожарной безопасности. Имеется много различных показателей и нормативов, которые должны быть выполнены для успешной приемки построенного объекта.

Учесть все эти факторы, выбрать правильные и при этом наиболее технологичные и экономичные решения по огнезащите, которые будут обеспечивать безопасность находящихся в здании людей – задача проектной организации, разрабатывающей проект огнезащиты.

Источник

Огнезащитная обработка металлических конструкций

Огнезащита металлических конструкций (несущих балок, колонн, ферм) — важный элемент строительства зданий и сооружений любого назначения. От выполнения этого мероприятия зависит судьба здания при пожаре и дальнейшая возможность его восстановления.

По своим свойствам металл способен сохранять прочностные характеристики до тех пор, пока вокруг него не создается обстановка, способствующая его плавлению и деформации. При таких изменениях конструкция здания в целом повреждается, чем провоцируется обрушение сооружения и появление возможных человеческих жертв.

От высоких температур на пожаре металл начинает «вести»

Почему необходимо предусматривать огнезащиту металла

Структура любого металла чувствительна к пламени, как и к любому нагреву. Огнезащитная обработка металлических конструкций проводится именно по этой причине. При этом повышаются прочность и устойчивость сооружения в целом. С точки зрения противопожарной безопасности металлическая основа любого здания — самый уязвимый элемент при пожаре, но избежать его применения в строительстве невозможно.

Предел устойчивости к нагреванию при пожаре у металла составляет всего до четверти часа, тогда как существующие строительные нормы требуют обеспечить при возведении сооружений огнезащиту до 2,5 часов.

Огнезащита металлоконструкций заключается в создании теплоизолирующего экрана на поверхности обрабатываемого элемента. Так металл надежно сохраняется до полной ликвидации пожара. Чем меньше металлоконструкции нагреваются, тем меньше опасность обрушения здания, а, следовательно, увеличивается врем на безопасную эвакуацию не только людей, но и материальных ценностей.

Специализированные способы защиты от огня

Помимо окрашивания огнезащитное покрытие металлоконструкций может выполняться в виде штукатурки, бетонирования, обкладывания кирпичами и другими современными негорючими материалами на основе минерального волокна, перлит и других наполнителей.

На сегодняшний день востребованное огнезащитное покрытие металлоконструкций изготавливают с применением жидкого стекла, минеральных волокон, вермикулита и цементов. В продаже имеется краска противопожарная по металлу, способная мгновенно вспениваться, которая также состоит из неорганических и органических элементов. Все применяемые материалы обладают одним общим свойством — способность к увеличению в объеме и созданию пористой структуры, которая образует защитный термостойкий экран для огня.

Выбирая способ обеспечения огнестойкости конструкции необходимо учитывать причину, по которой может возникнуть возгорание на объекте строительства, а также какая критическая температура воздуха может образоваться при пожаре и воздействовать на металлоконструкцию. Важно в расчет брать и то, что при эксплуатации здание подвержено различным воздействиям, которые могут сократить срок службы огнезащитной обработки (резкие изменения температуры и влажности воздуха, метеорологические явления, вибрация, механическое воздействие).

Как защитить металлоконструкции с помощью краски

Существует большое количество строительных способов ограждения металла от возможного пожара, например, оштукатуривание по сетке или обкладывание кирпичами. Но наибольшей востребованностью пользуются нестроительные методики, что и требуют нормативные документы. Огнезащита металлоконструкций согласно СниП заключается в том, что на выбранный элемент наносится огнезащитная краска.

Конструкции покрыты специальной огнезащитной краской

Со стороны мероприятия выглядит довольно простым и нетрудоемким, достаточно лишь приобрести краску и обработать конструкцию. Для полноценной защиты необходимо иметь точные расчеты по количеству слоев покрытия на каждый металлический элемент здания, заранее определив процент устойчивости их к пламени, а также выбрав технически правильный способ нанесения краски огнезащитной для металла. Удобство лакокрасочного материала заключается в отсутствии деформационной нагрузки на поверхность защищаемого объекта.

Для расчета количества слоев необходимы данные об огнестойкости конструкции и временной промежуток, в течение которого металл не потеряет свою прочность под воздействием огня. На основании подсчетов определяется количество слоев краски, которые увеличат термостойкость металла.

Огнестойкие краски на основе воды или латекса самые дешевые, не обладают запахом, экологичные. Если в основе краски присутствует акрил, то она более мягко поддается колеровке.

Специальная краска для защиты металла от огня

Есть две разновидности огнестойкой краски — вспучивающаяся и невспучивающаяся. Первая обладает более высокой степенью огнезащиты, поскольку образуют на поверхности металла толстый пористый слой, который при взаимодействии с нагретым воздухом выделяет инертные газы. В состав краски входит тальк, каолиновая вата и перлит. Краска позволяет сохранять металл неповрежденным на протяжении 2-2,5 часов, что является нормативным требованием.

Самое сложное при выборе краски — это определить ее качество. Часто недобросовестные производители выдают обычную водоэмульсионную краску за огнезащитную. Так что даже наличие сертификатов не дает гарантии, что этот состав является качественным. Чтобы определить, подойдет ли краска для огнезащиты металлоконструкций, достаточно выполнить обработку небольшого участка металла. По образованию трещин, вспучиванию и другим дефектам будет определяться качество покрытия.

Видео — огнезащита металла красками на органической основе:

Как производится обработка

Огнезащитная краска для металлоконструкций наносится с помощью безвоздушных устройств. При нанесении важно соблюдать толщину покрытия, поскольку при высыхании тонкий слой покроется трещинами, а слишком толстый — будет долго просыхать. В том и в другом случаях обработка поверхности будет бессмысленной.

Специалисты при нанесении покрытия всегда учитывают коэффициент усадки при высыхании. При нанесении каждого слоя производится контроль его толщины электромагнитным вихревым толщиномером.

Немаловажной является подготовка поверхности к обработке. При неверной подготовке и нанесении огнезащита металла может в короткие сроки разрушиться под любым внешним воздействием. Первоначально металл подвергают очистке. Известно 2 самых доступных метода — химический и механический. Первый способ заключается в нанесении специального состава, который полностью удаляет старую краску, ржавчину. Второй способ заключается в обработке элемента абразивным инструментом или пескоструйной установкой, с помощью которых можно также избавиться от следов ржавчины, остатков краски и других материалов.

После очистки металлическую конструкцию требуется обезжирить с применением органического растворителя с целью полного удаления следов масла и жира. Одновременно с данной процедурой производится обеспыливание поверхности.

Нанесение огнезащитной краски

Сразу же почти обезжиривания происходит обработка первым слоем огнезащитного состава, т.е. грунтование. Можно в качестве грунтовки использовать акрил, чтобы увеличить устойчивость металла к коррозии. После просыхания слоя грунтовки можно приступать и к нанесению краски.

Защита с помощью вермикулитовых плит

Материал вермикулит наделен самым высоким показателем по устойчивости к действию пламени. Вермикулитовые плиты как конструктивная огнезащита для металлоконструкций перед монтажом требуют минимальной подготовки металла.

С помощью пескоструйных аппаратов металл очищают от следов краски, ржавчины, окалины и других загрязнений. Грунтование, обезжиривание не требуются, что значительно уменьшает расходы.

По толщине плиты из вермикулита подразделяются на:

1. 30 мм — позволяют увеличивать время огнестойкости до 90 минут.
2. 40 мм — позволяют увеличить время огнестойкости до 120 минут.
3. 50 мм — позволяют увеличить время огнестойкости до 150 минут.

Фиксация плит к конструкциям осуществляется с помощью стандартных шурупов и саморезов. Стыки между плитами рекомендуется обрабатывать негорючим герметиком. Установка плит представляет собой создание каркаса, который окружает полностью металлические элементы конструкции.

Защита вермикулитом тонкой жестяной вентиляции

Вермикулитовые плиты экологичны, безопасны для человека и окружающей среды, легки в монтаже, не требуют затрат на обработку металла.

Защита с помощью базальта

Огнезащитный состав для металлических конструкций — это покрытие из базальта и специализированной мастикой. Базальт в рулоном виде обладает хорошими огнезащитными свойствами. Поставляет в двух формах — с фольгированной поверхностью и без нее.

Монтаж базальта заключается в выполнении следующих этапов:

1. Стандартная очистка металла.
2. Раскраивание волокна по размерам защищаемого элемента.
3. Приготовление клея и инструментов для его нанесения.
4. Нанесение клея на металл.
5. Приклеивание базальта наружу фольгированной стороной.
6. Изоляция стыков между кусками базальтового волокна с помощью алюминиевого скотча.

Защита с помощью жидкого стекла

Жидкое стекло представляет собой водяной раствор натрия силиката. Получается при обжиге песчаной смеси и соды. Из этого состава производят бетон, огнезащитные краски и другие материалы. Помимо огнезащиты в строительстве жидкое стекло используют для гидроизоляции фундамента и монтажа бассейнов.

Жидкое стекло для огнезащиты

Для приготовления огнеупорного раствора требуется смешать жидкое стекло с цементом, песком и антипиреном в пропорциях 1,5:1,5:1,5:4. Наносится на поверхность также как и краска, но в один слой.

Особенности огнезащиты металлоконструкций

На тех участках, где металлические элементы конструкции и их огнеупорный слой будут находиться в предполагаемой агрессивной среде (в особых климатических зонах, на химическом производстве), необходимо применять грунтовки цинконаполненные, которые обладают противокоррозийными свойствами. Такой метод называет холодным цинкованием, что также образует электрохимическую защиту металла.

Помимо стандартной процедуры подготовки поверхности к окрашиванию и грунтованию требуется тщательно зачищать все сварные соединения и стыки, а также просушивать конструкцию.

Защита с помощью бетонирования и кирпича

Наиболее рациональный способ повышения огнеустойчивости здания при его реконструкции, когда требуется усиление металлических перекрытий. Кирпичная облицовка эффективна только для металлических конструкций, имеющих вертикальное расположение. При этом согласно СниПу 2.03.11-85 необходимо провести мероприятия по защите металла от коррозии. Бетонирование элементов здания зависит от толщины требуемой огнезащиты.

Эти два метода усиления огнестойкости часто применяются вместе, поскольку так достигается максимальный результат, а сами материалы весьма устойчивы к агрессивной среде, атмосферным осадкам и механическим воздействиям.

Несмотря на массу преимуществ процесс бетонирования и организация кирпичной облицовки — трудоемкий процесс, ведь требуются опалубочные работы. При производстве облицовки кирпичом и бетонировании утяжеляется каркас сооружения.

Для достижения устойчивости к воздействию пламенем до 2,5 часов необходимо выполнить бетонирование или обкладывание кирпичом толщиной в 20-60 мм.

Защита с помощью листовой облицовки

Облицовка защищаемых металлических конструкций выполняется из гипсокартонных, гипсоволокнистых, асбестоцементных, перлито-фосфогелиевых листов и плит. Для их крепления требуется приваривать к металлу крепежные элементы. Только после этого можно присоединять плиты и листы через штыри и уголки к конструкции. При монтаже данного способа огнезащиты нет необходимости затрачиваться на специализированную подготовку металла, удалять ржавчину и ранее нанесенные лакокрасочные покрытия.

Время, которое потребуется на достаточное нагревание металла и полное сгорание облицовки — 2,5 часа. Способ подходит для защиты балок, колонн.

Недостаток метода — высокий расход материала и его высокая паропроницаемость.

Видео — огнезащитная обработка несущих металлоконструкций:

Источник