Підвищення ефективності реактивних вогнезахисних покривів для металевих конструкцій шляхом забезпечення міцності коксового шару

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню актуального науково-технічного завдання, яке спрямоване на підвищення достовірності оцінювання ефективності вогнезахисних покривів для металевих конструкцій на основі водної дисперсії полімеру шляхом розроблення науково обґрунтованого методу визначення механічної міцності коксового шару, що формується в умовах пожежі для підвищення ефективності реактивних вогнезахисних покривів металевих конструкцій. У вступі описана загальна характеристика роботи, обґрунтовано актуальність теми дисертаційного дослідження, розкрито зв’язок роботи з науковими програмами, планами та темами, сформульовано мету, завдання, об’єкт та предмет дисертаційного дослідження, вказано наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, визначено особистий внесок здобувача, наведено дані про апробацію, публікації, структуру та обсяг роботи. У першому розділі виконано аналіз сучасного стану проблематики вогнезахисту металевих будівельних конструкцій. Вивчено класифікацію та розвиток реактивних вогнезахисних покривів та сучасний стан питання щодо методів оцінки механічної міцності коксового шару. Окреслено проблеми, пов’язані з відсутністю уніфікованої методики оцінювання механічної міцності коксового шару, здатної адекватно відтворювати умови реальної експлуатації вогнезахисних покривів для металевих конструкцій. Сформульовано мету і завдання дисертаційного дослідження. У другому розділі визначено матеріали та методи, застосовані для розроблення вогнезахисних покривів на водній основі, що безпосередньо впливають на їх експлуатаційну ефективність під час дії високих температур. Особливу увагу приділено методу оцінювання міцності спученого теплоізоляційного шару (пінококсу), оскільки саме цей показник визначає здатність покриву зберігати структурну цілісність і забезпечувати стабільний вогнезахисний ефект в умовах впливу високих температур. Для визначення механічної міцності сформованого теплоізоляційного шару (пінококсу) застосовано метод розподіленого навантаження. Суть методу полягає у визначенні критичного навантаження, за якого напруження в структурі пінококсу досягає межі міцності матеріалу. Такий підхід дозволяє оцінити опір шару дії нормальних механічних напружень під час стиску та визначити статичну міцність спученого теплоізоляційного каркасу, що є ключовим параметром його вогнестійкості. У третьому розділі встановлено закономірності впливу компонентів в складі стирол-акрилової дисперсії на її горючість, здатність до спучення та формування теплоізоляційного пінококсу. Показано, що поєднане використання кисневого індексу (КІ) та лінійного коефіцієнта спучення (КС) є ефективним підходом для комплексної оцінки вогнезахисних властивостей водно-дисперсійних реактивних покривів. Отримані результати підтверджують високу перспективність застосування стирол-акрилової дисперсії як плівкоутворювальної матриці для водно-дисперсійних покривів реактивного типу та підтверджують ключову роль компонентів – поліфосфату амонію, пентаеритриту та гідроксиду алюмінію – у формуванні ефективного теплоізоляційного шару. Встановлені закономірності взаємодії цих компонентів створюють наукове підґрунтя для подальшої оптимізації рецептури реактивних систем, орієнтованої на підвищення їх структурної стабільності при високих температурах. У четвертому розділі представлено метод визначення міцності утвореного пінококсу вогнезахисних покривів металевих конструкцій. Порівняльний аналіз пенетраційного методу та методу розподіленого навантаження показав їх принципову відмінність за інформативністю при оцінці міцності пінококсу. Встановлено, що пенетраційний метод через локальний характер навантаження відображає переважно поверхневу міцність шару та не забезпечує достовірної оцінки його цілісності. Метод щілинних вантажів забезпечує рівномірне навантаження та дозволяє визначити критичну масу руйнування пінококсу. Отримані значення характеризуються високою відтворюваністю та фізичною відповідністю умовам реальної пожежі. Це обґрунтовує пріоритетність методу розподіленого навантаження для оцінки механічної стійкості реактивних покривів. Також проведено чисельне моделювання напружено-деформованого стану спученого вогнезахисного покриву на поверхні сталевої пластини у програмному середовищі ANSYS Explicit Dynamics та на основі отриманих результатів визначено оптимальний компонентний склад вогнезахисного покриву, який забезпечує максимальну механічну стійкість при стисканні. Зокрема, підтверджено ефективність застосування оптимального співвідношення таких компонентів, як пентаеритрит, поліфосфат амонію, стирол-акрилова основа та гідроксид алюмінію, у формуванні захисного спученого покриву. Таким чином, результати комп’ютерного моделювання підтвердили ефективність розробленого підходу до аналізу поведінки спученого покриву вогнезахисного матеріалу під локальним навантаженням та дало змогу визначити критичні параметри міцності, які необхідні для подальшого вдосконалення захисних покривів.