Самое опасное при пожаре — токсичные продукты горения и обрушение зданий. Металлические конструкции — колонны, поперечные несущие балки, распорки, — быстро нагреваются, доходят до своего предела огнестойкости, утрачивают несущую способность, и просто «складываются». Стальные профили, в зависимости от толщины, при критической температуре — +500°C, сохраняют прочность от 3-х до 25 минут, огнестойкость алюминия ниже — +300°C. Деревянные конструкции дольше сохраняют целостность, но быстро воспламеняются, ускоряя распространение огня, выделяют много дыма и токсичных продуктов.
Главная задача средств пассивной огнезащиты — сделать материалы и конструкции несгораемыми, уменьшить скорость их нагревания до опасных температур, ограничить выделение токсичных продуктов, снизить опасность разрушений зданий и гарантировать возможность эвакуации людей и безопасность работы пожарных.
Противопожарные краски, лаки, эмали имеют высокие показатели по огнезащитной эффективности и ценные преимущества перед традиционными (конструктивными) методами пассивной защиты:
- не выделяют при горении ядовитые вещества;
- не утяжеляют конструкции и не изменяют их конфигурацию;
- могут использоваться для труднодоступных объектов сложной формы;
- нанесение на защищаемые объекты требует меньших трудозатрат и легко поддается механизации;
- сохраняют огнезащитную способность на срок 5—10 лет, с возможностью последующей реставрации.
Основной показатель эффективности материалов, применяемых для защиты от пожаров — предел огнестойкости, — время (в минутах), на которое они могут отсрочить нагревание металлоконструкций до критических температур.
По этому показателю средства защиты делятся на 7 групп. Материалы 1-ой группы огнезащитной эффективности (R150) должны обеспечивать сохранность объектов в течение 150 минут и больше. Вспенивающиеся огнезащитные составы имеют предел огнестойкости от 30 до 120 мин.
Области применения вспучивающихся красок
Терморасширяющиеся краски применяются для защиты практически всех объектов и элементов зданий и сооружений: конструкций из бетона и железобетона, металла, дерева, оборудования, кровли, электропроводки и кабелей, воздуховодов, систем кондиционирования, путей аварийной эвакуации. Все они изготовлены из разнообразных материалов, которые по-разному ведут себя при возгораниях.
Противопожарные лакокрасочные покрытия, в зависимости от состава и назначения, могут использоваться внутри помещений, на открытом воздухе, при повышенной влажности, при сильных морозах и в условиях резких перепадов температур, в атмосфере коррозионно-активных газов и солевых туманов, в агрессивных средах (нефтепродукты, минеральные масла, бензин), в жёстких климатических условиях.
За рубежом интумесцентные покрытия составляют почти половину из применяемых средств противопожарной профилактики. В России вспучивающиеся лаки и краски используются меньше — их доля до 7—10%, но это направление быстро развивается.
Как работают огнезащитные краски при пожаре
При нагревании в огнезащитных составах происходят сложные физико-химические процессы. Из слоя толщиной 1-3 мм образуется пористая оболочка высотой до 20—100 мм, которая герметизирует поверхность защищаемого объекта, отсекая ее от контакта с огнем и кислородом воздуха.
С ростом температуры пена науглероживается и превращается в кокс с высокой механической прочностью и хорошей поверхностной адгезией. За счёт низкой теплопроводности пористые коксовые остатки огнезащитных красок снижают теплопередачу в сотни раз (коэффициенты теплопроводности пенококсов, железобетона и стали соответственно 0,033—0,038, 1,7 и 52 Вт/м*К), предотвращают дымообразование и выход продуктов распада наружу, продлевают время до начала воспламенения. При температурах 800—950 °С такая термоизоляция может работать от 30 до 180 мин.
Чем объёмнее, прочнее образующийся коксовый слой и выше его термостойкость, тем медленнее будет нагреваться защищаемый объект. Терморасширяющаяся краска может минимизировать ущерб при своевременном тушении пожара — обугленная пена не спекается с поверхностями и её можно просто соскрести с оборудования и стен.
Особенности составов
Терморасширяющиеся, или интумесцентные покрытия сложны по составу и разнообразны по свойствам. Точные рецептуры производители красок обычно не раскрывают — коммерческая тайна. Как и традиционные лакокрасочные материалы, они содержат пленкообразователи, наполнители, загустители, пеногасители, диспергаторы.Специфические огнезащитные свойства лакокрасочных материалов обеспечивает комплекс из трёх типов ингредиентов:
- Соединения, разлагающиеся с образованием газов — порофоры (порообразователи).
- «Агенты карбонизации» — многоатомные спирты, — способствующие тому, что при высоких температурах краски не сгорают, а образуют прочный остаток.
- Фосфоросодержащие соединения. Они выполняют несколько функций: катализируют образование кокса, повышают его адгезию, прочность и термостабильность, подавляют тление и образование дыма.
Для повышения выхода кокса, улучшения его теплофизических свойств, в рецептуру красок вводят инертные минеральные наполнители. Чаще это — диоксид титана, реже используются оксид кремния, слюда, каолин, тальк.
Противопожарные краски — высоконаполненные системы, — они содержат меньше пленкообразователей, чем декоративные. От связующих зависит долговечность сохранения защитных функций и фактическая эффективность покрытий при пожаре: скорость формирования пены, её толщина и адгезия к подложке, теплофизические свойства кокса.
Чем выше огнестойкость кокса, тем при более высоких температурах он начнет выгорать, тлеть и отслаиваться под действием турбуленции и вибраций, сопровождающих пожары.
Лакокрасочные огнезащитные покрытия изготавливаются на основе органических и неорганических связующих. Неорганические пленкообразователи — преимущественно жидкое стекло, органические — акрилонитриловые, стирол-акриловые, поливинилацетатные полимеры, хлорвиниловые олигомеры, эпоксидные и кремнийорганические смолы.
Преимущества и недостатки огнезащитных красок с разными типами связующих
Терморасширяющиеся лакокрасочные материалы бывают безрастворные (на основе смол или олигомеров), водорастворимые и растворяющиеся в органических разбавителях или растворителях (уайт-спирите, сольвенте, толуоле, ксилоле, бутилацетате).Водорастворимые составы нетоксичны, технологичны и образуют покрытия с огнестойкостью до 120—150 мин. Они эффективны при пожарах, протекающих по «целлюлозному типу», а при пожарах «углеродного типа», со стремительным нарастанием температуры, не успевают превратиться в защитный слой и разрушаются.
Водорастворимые огнезащитные краски подходят для использования внутри помещений — при пониженных температурах и высокой влажности они склонны к охрупчиванию и отслоениям, их развитая микропористость приводит к постепенному вымыванию вспенивающих добавок.
Защитные покрытия на органических растворителях более эффективны при пожарах углеродного типа, способны долго прослужить при любой погоде и влажности, не вызывают коррозию металлических поверхностей.
Наиболее высокие эксплуатационные характеристики отличают терморасширяющиеся краски на основе эпоксидных составов. Они хорошо работают при углеродном типе горения и устойчивы к сложным климатическим условиям (рабочие температуры — от −60 до +60 °С), повышенной влажности, воздействию агрессивных сред, долговечны. Массовое применение эпоксидных пожарозащитных составов ограничивают их высокая стоимость и относительно сложная технология нанесения.
На российском рынке представлено огромное многообразие огнезащитных красок авторитетных иностранных производителей, но постепенно увеличивается доля отечественных составов высокого качества. Это и продукция специального назначения: краски по металлу, краски для деревянных конструкций, для воздуховодов, а линейки универсальных составов.
Особенности технологии окраски
Технология нанесения огнезащитных красок принципиально не отличается от окрашивания обычными лакокрасочными материалами. Повышенные требования предъявляются к подготовке защищаемых поверхностей: очистке от грязи и пыли, ржавчины, обезжириванию, сушке.
Толщина огнезащитных лакокрасочных покрытий (0,5—3 см) «набирается» послойно, в несколько этапов окрашивания (от 1 до 7). В зависимости от требуемой толщины покрытия, расход краски на 1 м2 может составлять от 1,2 до 3,5 кг, без учета технологических потерь (от 5 до 20%).
На качество и долговечность огнезащитных лакокрасочных покрытий влияет множество факторов: соблюдение технологии окраски (регламентированная толщина каждого из слоев, время сушки, атмосферные условия окрашивания), условия хранения, транспортировки, эксплуатации.
Любые нарушения могут привести к тому, что фактическая огнезащитная способность покрытия окажется меньше, чем указано в сертификате или будет утрачена полностью: оно может отслоиться, не вспучится при пожаре, термоизолирующий кокс разрушится быстрее, чем нужно.
Нанесение огнезащитных лаков и красок допускается осуществлять вручную — кистью, валиком, с помощью окрасочного пистолета, краскопульта, или с использованием специализированного оборудования: агрегатов для безвоздушного или воздушного распыления типа «Vagner», «Финиш», Mark.
Цена решения
Диапазон цен на вспенивающиеся лакокрасочные составы очень широк — от 30 до 350 руб./кг. При выборе состава для устройства покрытия требуемой огнезащитной эффективности приходится ориентироваться на стоимость технического решения, дополнительно учитывая расход на получение необходимой толщины покрытия (для разных красок он может сильно отличаться), количество технологических циклов нанесения и сушки отдельных слоев, технологические потери, время окончательного вызревания.Стоимость 1 м² покрытия из огнезащитных составов разных марок — от 500 руб. до 4,5 тыс. рублей.
По данным авторитетных исследований, затраты на обеспечение огнезащитной эффективности 45—120 минут составляют до 15-30 % общей стоимости объекта. Поэтому выбор противопожарных материалов должен быть взвешенным и безошибочным — «момент истины» дорого обходится.
