Исследование теплотехнических характеристик и эффективности конструктивной огнезащиты на основе цементных плит типа «ПРОЗАСК Файерпанель» при воспроизведении условий высокотемпературного воздействия

Введение. На примере огнезащитных плит «ПРОЗАСК Файерпанель» продемонстрирована целесообразность и вариант проведения комплексных исследований характеристик и эффективности огнезащиты на минеральных вяжущих.

Цели и задачи. Получение результатов экспериментальных исследований теплотехнических характеристик огнезащитных плит на цементном вяжущем и их огнезащитной эффективности на стенде лучистого нагрева при воспроизведении заданных режимов высокотемпературного воздействия, анализ полученных результатов с использованием методики математического моделирования температурных полей в конструкциях с огнезащитой.

Методы. Использовались стандартизованные лабораторные методики для уточнения теплофизических характеристик плит при относительно низких температурах. Оценивалась огнезащитная эффективность плит в ходе дополнительных испытаний образцов на стенде лучистого нагрева. Для теплотехнического анализа и обобщения экспериментальных результатов использовалась надежная и относительно несложная методика и программа расчетов нестационарных температурных полей в конструкциях с огнезащитой. Обобщались результаты стандартизованных испытаний в огневой печи по определению огнезащитной эффективности плит «ПРОЗАСК Файерпанель» и огнестойкости защищаемых ими натурных конструкций.

Результаты. Уточнены значения удельной теплоемкости и коэффициента теплопроводности плит на лабораторных установках при относительно низких температурах. Получены результаты термопарных измерений при испытаниях образцов огнезащиты на стенде лучистого нагрева при воспроизведении стандартного и углеводородного температурных режимов воздействия. Обработка этих результатов с использованием теплотехнических расчетов позволила определить значения коэффициента теплопроводности в рабочем диапазоне температур. Проведена оценка влияния содержащейся в плитах влаги на их огнезащитную эффективность. Сопоставление результатов расчетов и испытаний конструкций в огневых печах продемонстрировало возможность практического использования полученных характеристик плит и методики теплотехнических расчетов для уточнения эффективности и проектирования огнезащиты плитами «ПРОЗАСК  Файерпанель» и оценки огнестойкости защищаемых ими конструкций.

Выводы. Представленные результаты комплексных исследований позволили получить значительный объем важной информации, необходимой для проектирования огнезащиты и обеспечения заданной огнес тойкости конструкций, облицованных плитами «ПРОЗАСК Файерпанель». Продемонстрирована роль дополнительных испытаний образцов на стенде лучистого нагрева и эффективности теплотехнических расчетов, как  инст румента для оценки параметров огнезащиты и огнестойкости конструкций.

1. Пехотиков А.В., Павлов В.В. Средства огнезащиты для стальных конструкций, актуальные вопросы при их применении, оценка технико-эксплуатационных характеристик // Промышленные покрытия. 2015. № 5–6. С. 30–34.

2. Сосков А.А., Пронин Д.Г. Огнезащита стальных конструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 7. С. 57–59. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=23851087

3. Голованов В.И., Павлов В.В., Пехотиков А.В. Инженерный метод расчета огнестойкости стальных конструкций с огнезащитой плитами КНАУФ-Файрборд // Пожарная безопасность/ Fire Safety. 2016. № 3. С. 171–179. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=26731725

4. Голованов В.И., Павлов В.В., Пехотиков А.В. Огнезащита стальных конструкций плитным материалом PYRO-SAFE AESTUVER T // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2016. Т. 25. № 11. С. 8–17. DOI: 10.18322/PVB.2016.25.11.8-16

5. Gravit M., Antonov S., Nedryshkin O. Reserch features of tunnel lining with innovation fireproof panels // Procedia Engineering. 2016. Vol. 165. Pp. 1651–1657. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.11.906

6. Пронин Д.С., Конин Д.В. Проблемы применения стальных и железобетонных несущих конструкций высотных зданий с точки зрения их огнестойкости // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2018. Т. 27. № 1. С 50–57. DOI: 10.18322/PVB.2018.27.01.50­57

7. Коротков Р.В. Пожарная безопасность: огнезащита несущих металлических конструкций зданий // Вестник государственной экспертизы. 2018. № 1. С. 46–47.

8. Голованов В.И., Пехотиков А.В., Павлов В.В. Оценка огнезащитной эффективности покрытий для стальных конструкций // Пожарная безопасность. 2020. № 4. C. 43–54. DOI: 10.37657/vniipo.pb.2020.101.4.004

9. Гравит М.В., Шабунина Д.Е. Штукатурные составы как огнезащита стальных конструкций объектов нефтегазового комплекса // Пожары и чрезвычайные ситуации: предупреждение, ликвидация. 2022. № 3. С. 46–55. DOI: 10.25257/FE.2022.3.46­55

10. Полевода И.И., Жамойдик С.М., Нехань Д.С. Огнестойкость железобетонных колонн с конструктивной огнезащитой // Пожары и чрезвычайные ситуации: предупреждение, ликвидация. 2022. № 2. С. 67–81. DOI: 10.25257/FE.2022.2.67­81

11. Гаращенко А.Н., Данилов А.И., Антонов С.П., Марченкова С.В., Павлов В.В. Теплотехнический анализ результатов огневых испытаний под нагрузкой чугунных тюбингов обделок тоннелей метрополитена, обеспечение их рациональной огнезащиты и заданной огнестойкости // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Esplosion Safety. 2022. Т. 31. № 1. С. 21–39. DOI: 10.22227/0869­7493.2022.31.01.21­39

12. Гаращенко А.Н., Антонов С.П., Данилов А.И., Павлов В.В., Новиков Н.С. Анализ результатов огневых испытаний под нагрузкой железобетонных колонн и плит с реализацией вариантов, исключающих взрывообразную потерю целостности и обеспечивающих заданную огнестойкость конструкций // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2022. Т. 31. № 3. С. 45–64. DOI: 10.22227/0869­7493.2022.31.03.45­64

13. Kwon In-Kyu, Kwon Young-Bong. Experimental study on the fire resistance of steel columns protected with fire boards // International Journal of Steel Structures. 2012. Vol. 12. Pp. 25–35. DOI: 10.1007/s13296­012­1003­4URL:13296­012­1003­4

14. Maraveas C., Vrakas A.A. Design of concrete tunnel linings for fire safety // Structural Engineering International. 2014. Vol. 24. Issue 3. Pp. 319–329. DOI: 10.2749/101686614X13830790993041

15. Annerel E., Boch K., Lemaire T. Passive fire protection end life safety // Topic Safety of Tunnel and Undeground Structure. “SEE Tunnel: Promot- ing in SEE Region” ITA WTS 2015 Congress and 41st General Assambly. Dubrovnik, Croatia, 2015. Pp. 1–10.

16. SFPE Handbook of Fire Protection. Fifth edition. Hurley J. (Ed.). 2016. Morgan. Springer. DOI: 10.1007/978­1­4939­2565­0

17. The passive fire protection handbook. Chapter 3. Structual steel. Etex building performance. 2017. 71 p. URL: iteassets/construction/page­assets/.global/tools­­services/fire­protection­handbook/promat­pfph­chapter­3­structural­steel.pdf?v=49880e

18. Kowalski R. The use of Eurocode model of reinforcing steel behavior at high temperature for calculation of bars elongation in RC elements subjected to fire // Procedia Engineering. 2017. Vol. 193. Pp. 27–34. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.06.182

19. Новак С.В., Круковский П.Г., Григорьян Н.Б. Оценка огнезащитной способности вермикулито­ цементной плиты «Эндотерм 210104» стандартизированными методами // Науковий вiсник: Цивiльний захист та пожежна безпека. 2017. № 1 (3). С. 11–19.

20. Mahmud H.M.I., Mandal A., Nag S., Moinuddin K.A.M. Performance of fire protective coatings on structural steel member exposed to high temperature // Journal of Structural Fire Engineering. 2021. Vol. 12. Pp. 193–211. DOI: 10.1108/JSFE­07­2020­0025

21. 蒋首超, 吴弘宸. 钢结构围护-防火一体化材料耐火性能试验研究 // 建筑钢结构进展. 2021. Vol. 23(01). Pp. 77–84. DOI: 10.13969/j.cnki.cn31­1893.2021.01.010 (Цзян Шоу Чао, У Хун Чэнь. Экспериментальные исследования показателей огне стойкости огнезащитного инте гри рованного материала ограждения стальной конструкции // Прогресс строительства металло конструкций. 2021. Т. 23. № 01. С. 77–84. DOI: 10.13969/j.cnki.cn31­1893.2021.01.010).

22. Hua N., Khorasani N., Tessari A., Ranade R. Experimental study of fire damage to reinforced concrete tunnel slabs // Fire Safety Journal. 2022. Vol. 127. P. 103504. DOI: 10.1016/j.firesaf.2021.103504

23. Zehfuß J., Sander L. Gypsum plasterboards under natural fire — Experimental investigations of thermal properties // Civil Engineering Design. 2021. Vol. 3. Issue 8. Pp. 1–11. DOI: 10.1002/cend.202100002

24. Zhang C., Pintar A., Weigand J.M., Main J.A., Sadek F. Impact of variability in thermal properties of SFRM on steel temperatures in fire // Fire Safety Journal. 2021. Vol. 123. P. 103361. DOI: 10.1016/j.firesaf.2021.103361

25. Новак С.В., Дріжд В.Л., Добростан О.В., Новак М.С. Вплив теплофізичних властивостей вогнезахисних матеріалів на тепловий стан сталевих колон за стандартного температурного режиму // Науковий вiсник: Цивiльний захист та пожежна безпека. 2022. № 1 (13). C. 88–110. DOI: 10.33269/nvcz.2022.1.88­110

26. Гаращенко А.Н., Виноградов А.В., Даштиев И.З., Кобылков Н.В., Терехов С. А. Исследования вариантов конструктивной огнезащиты на основе рулонного базальтового материала МБОР на стенде лучистого нагрева // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2020. Т. 29. № 6. С. 28–39. DOI: 10.18322/PVB.2020.29.06.28­39

27. Гаращенко А.Н., Виноградов А.В., Кобылков Н.В., Никольчинкин А.А., Антипов Е.А. Экспериментальное и расчетное моделирование огне­ и теплозащиты композиционных материалов в условиях высокотемпературного воздействия // Авиационные материалы и технологии. 2022. № 3 (68). С. 84–96. DOI: 10.18577/2713­0193­2022­0­3­84­96

28. Пронин Д.Г., Тимонин С.А., Голованов В.И. СТО АРСС 11251254.001­018­03. Проектирование огнезащиты несущих стальных конструкций с применением различных облицовок. М. : АРСС, 2018. 70 с.

29. Страхов В.Л., Гаращенко А.Н., Рудзинский В.П. Программные комплексы для расчетов тепломассопереноса в строительных конструкциях с огнезащитой с учетом термического разложения, вспучивания–усадки и испарения– конденсации // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Esplosion Safety. 2001. Т. 10. № 4. С. 9–11.

30. Strakhov V.L., Garashchenko A.N., Kuznetsov G.V., Rudzinskii V.P. High­temperature heat and mass transfer in a layer of moisture­containing fireproof material // High Temperature. 2000. Vol. 38. Issue 6. Pp. 921–925. DOI: 10.1023/a:1004149625276

31. Волков А.А., Ройтман В.М., Приступюк Д.Н., Федоров В.Ю. Влияние влажности строительных материалов на точность расчетов прогрева конструкций при оценках их огнестойкости // Системотехника строительства. Киберфизические строительные системы : сб. мат. семинара, в рамках VI Межд. науч. конф. Москва, 14–16 ноября 2018 г. М. : МГСУ, 2018. C. 207–212.