Подпишитесь на наши новости.

Email:


Подписаться

Гугучкина Мария Юрьевна, Санкт‐Петербургский государственный архитектурно‐строительный университет; научный руководитель — д‐р техн. наук, проф. Ю. М. Тихонов «Сухие строительные смеси на гипсовом вяжущем повышенной тепло‐ и огнестойкости»

Аннотация

Изучено поведение ряда материалов и конструкций при огневых испы­таниях (температура до 900 °С). Приведены составы огнестойких штукатурных смесей с перлитом и вермикулитом на гипсовом вяжущем. Дана информация об их поведении при нагревании.

Ключевые слова: сухие строительные смеси; теплостойкость; огне­стойкость; пожарная безопасность.

При проектировании гражданских зданий первостепенное значение имеет их пожарная безопасность. Современное строительство характеризуется ростом этажности зданий, возведением многопрофильных промышленных, ло­гистических и торговых комплексов. При этом размер противопожарной стра­ховки и страховых премий напрямую зависит от выбора методов противопо­жарной защиты.

Обеспечение пожарной безопасности входит в число ключевых задач при строительстве и эксплуатации современных высотных зданий, крупных дело­вых центров и торгово-развлекательных комплексов. Специфика таких зданий — большая протяженность путей эвакуации — диктует повышенные требования к пожарной безопасности используемых строительных материалов.

Требования к пожарной безопасности указаны в cледующих норма­тивных документах:

  1. ФЗ № 123–ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безо- пасности» от 22 июля 2008 г.;
  1. ФЗ № 384–ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и со­оружений» от 30.12.2009 г.

С введением в действие новых технических регламентов появилась но­вая классификация строительных материалов по группам горючести — от КМ0 до КМ5. Негорючими являются только материалы класса КМ0.

Антипиреновые пропитки, краски, обмазки, штукатурки, огнезащит­ные панели для защиты строительных конструкций от огня широко представле­ны на современном рынке. Целью данного исследования стало получение нового композиционного штукатурного материала на основе гипсового вяжущего для огнезащиты тонкостенных строительных конструкций из железобетона, армо­цемента и фибробетона.

На рис. 1 представлена стандартная кривая повышения температуры печи ВНИИПО. На графике приведены пределы огнестойкости основных стро­ительных конструкций и материалов в минутах.

На кафедре строительных материалов и технологий СПбГАСУ прово­дились комплексные исследования по подбору оптимальных составов штукату­рок с повышенными тепло- и огнезащитными свойствами [1]; использовались в основном отечественные негорючие материалы, представленные в табл. 1.

Стандартная кривая повышения температуры печи ВНИИПО

 

Таблица 1. Характеристики материалов

 

Кроме того, при подборе составов применялись волокнистые напол­нители:

  1. Стекловолокно, диаметр волокон 50 мкм, длина волокон 5–15 мм;
  2. Хризотил-асбест распушенный, IV сорт;
  3. Базальтовые волокна тонкодисперсионные, ρн = 60 кг/м3, температура применения — 1250 °С;
  4. Каолиновая вата, ρн = 80 кг/м3, температура применения — 1500 °С.

Добавление в смесь армирующих негорючих волокон повышает сопро­тивление готового раствора на изгиб, трещиностойкость и прочность образцов после обжига. Одной из проблем при тепловом воздействии является снижение адгезии растворов с основанием и их растрескивание при твердении. Ввод ар­мирующих добавок способствует сохранению целостности.

Также при исседовании использовалась воздухововлекающая добавка «Силипон» (Silipon RN 8018), являющаяся смесью ПАВ.

Испытания проводились в соответствии с требованиями межгосудар­ственных стандартов — ГОСТа 31376–2008 «Смеси сухие строительные на гипсо­вом вяжущем. Методы испытаний» и ГОСТа 31377–2008 «Смесь сухая штукатур­ная на гипсовом вяжущем. Технические условия». Стандарты разработаны при участии сотрудников СПбГАСУ и фирмы «Кнауф-сервис» и введены в действие с 1 июля 2010 г [2]. Лабораторная работа «Испытание сухой штукатурной смеси на гипсовом вяжущем» входит в учебный процесс для ведущих строительных специальностей.

Приготовление композиционной смеси происходило в лабораторном миксере на скоростях 60, 120, 240 и 600 об./мин. При скоростном перемешива­нии происходит объемное воздухововлечение в растворную смесь. Подвижность смеси (осадка конуса) — 160–170 мм. Изготовленные образцы-балочки размером 4 × 4 × 16 см сушились при температуре, не превышавшей 65 °С. Все образцы прошли испытание в муфельной печи лаборатории, где развивался стандартный режим испытаний — нагрев до температуры 1000 °С в течение 2 ч.

В табл. 2 приведены оптимальные составы полученных штукатурных смесей с наивысшим коэффициентом конструктивного качества (ККК).

Замечено, что все образцы штукатурки после обжига давали объемную усадку, что связано с испарением химически связанной воды во время нагрева­ния. Величина усадки составляла от 14 до 20 % от первоначальной. Наименьшая усадка наблюдается у образцов с добавлением перлита-сырца, который при на­гревании вспучивается и заполняет пустоты, оставшиеся после испарения воды. Образцы на основе вспученного перлита при нагреве трескаются. Однако если вместо перлита используется вспученный вермикулит, то образцы штукатурного раствора сохраняют целостность. Отсутствие трещин у вермикулитовых об­разцов объясняется способностью зерен вспученного вермикулита сдерживать упругие деформации [3].

Механизм огнезащиты исследуемых штукатурных смесей обусловли­вается особенностями всех составляющих композиционного раствора. И в стро­ительном гипсе, и в вермикулите, и в перлите содержится химически связан­ная вода, которая при огневом воздействии испаряется, принимая на себя часть энергии теплового потока. Установлено, что при нагревании гипсокартонного листа, содержащего гипсовый сердечник толщиной 15 мм, с 1 м2 испаряется 3 л кристаллизационной воды. Для подогрева и испарения этого количества воды нужно около 9360 кДж теплоты, и пока вся вода не испарится, температура из­делия не будет превышать 100–110 °С.

Таблица 2. Свойства перлитово-вермикулитовых штукатурных растворов

Одним из главных составляющих огнезащитного штукатурного раствора в нашем исследовании является вспученный вермикулит. Это уни­кальный по своим свойствам материал, который нашел свое применение во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства, в том числе и в строительстве.

Вермикулит — минерал из группы гидрослюд, образовавшийся под влиянием гидротермальных процессов в коре выветривания из магнезиально- железистых слюд (флогопит, биотит). При обжиге в интервале температур 400– 1000 °С он дегидратируется и вспучивается, увеличиваясь в объеме в 20–30 раз. Гидрослюды-вермикулиты являются одними из самых сложных минералов как по структуре, так и по химическому составу. В гидрослюдах содержится три вида молекулярной воды: адсорбционная, цеолитная и конституционная [4].

Характерной особенностью вспученного вермикулита является упру­гость его зерен. И в максимальной степени упругие деформации проявляются после уплотнения при напряжении 0,15 кг × с / см2. В результате частицы вер­микулита воспринимают напряжения, и трещиностойкость повышается. Чем крупнее зерна вермикулита, тем лучше материал воспринимает напряжения. Высокая пористость вспученного вермикулита обусловливает его хорошую те­плоизолирующую способность [4].

Согласно требованиям ГОСТа 12865-91, теплопроводность вспученного вермикулита составляет 0,05–0,09 Вт/м × К при насыпной плотности 105–200 кг/м3. При повышенных температурах его теплопроводность растет незначительно, по­скольку материал имеет малый коэффициент излучения С = 2,5 × 103 Дж / м2 × К (алюминиевая фольга имеет С = 1,7 × 103 Дж / м2 × К). В то же время для теоре­тических исследований условно принято, что «абсолютно черное тело» имеет С = 20,8 × 103 Дж / м2 × К [4].

Повышению водостойкости штукатурных композитов после обжига способствует введение тонкомолотого вспученного перлита. Перлитовый по­рошок содержит значительное количество аморфного кремнезема, который является активной минеральной добавкой. При температуре t = 750–800 °С на­чинаются процессы химического связывания оксида кальция тонкомолотым перлитом в результате твердофазных реакций [5]. И впоследствии в гипсо-пер­литовом камне состава 1:1,5 (по объему) содержание свободной извести в при­сутствии активного кремнезема при температурном воздействии (t = 900 °С) резко сокращается.

Выводы

  1. В результате исследований использования особо легких заполнителей для штукатурных композитов получены составы повышенной темпе­ратуростойкости, прошедшие испытания в муфельной печи при тем­пературе до 900 °С.
  2. Трещиностойкость образцов штукатурного раствора на вспученном вермикулите выше, чем у перлитосодержащих.
  3. Растворные смеси на вспученном перлите отличаются повышенной удобоукладываемостью.
  4. Введение волокнистых наполнителей повышает предел прочности при сжатии и изгибе, повышает трещиностойкость.
  5. Лучшие результаты по ККК получены на образцах с добавкой стекло­волокна.

Литература

  1. Никитина Ю.Н., Тихонов Ю.М. Тепло- и огнезащитные сухие стро­ительные смеси на гипсовом вяжущем с добавками. 63-я междунар. науч.-практ. конференция молодых ученых «Актуальные проблемы современного строительства». СПб.: СПбГАСУ, 2010. С. 174–178.
  2. Официальный Интернет-сайт компании «КНАУФ» . URL: www.knauf.ru.
  3. Тихонов Ю.М. Гугучкина М.Ю. К вопросу об огнестойкости гипсоодер­жащих материалов. Вестник гражданских инженеров, №1 (30), СПб, 2012. С. 165–167.
  4. Тихонов Ю.М. Аэрированные легкие и тепло- и огнезащитные бетоны и растворы с применением вспученного вермикулита и перлита и из­делия на их основе. Автореф. докт. дис. СПб.: СПбГАСУ, 2005.
  5. Воробьев Х.С. Гипсовые вяжущие и изделия (зарубежный опыт). М.: Стройиздат. 1983. С. 201.

Информационные партнеры