Исследование влияния температурного режима пожара на эффективность вспучивающегося огнезащитного покрытия, предназначенного для огнезащиты стальных конструкций

Введение. Применение вспучивающегося огнезащитного покрытия (далее ВОП) обосновывается разработкой проекта огнезащиты, учитывающего данные по его огнезащитной эффективности, оцениваемой в условиях воздействия стандартного температурного режима, применение которых может привести к закладыванию в проект завышенного запаса по огнестойкости или к недооценке теплового воздействия на стальные строительные конструкции с огнезащитой ВОП в условиях реального пожара.

Цели и задачи. Цель исследования — оценить влияние температурного режима пожара на эффективность ВОП. Для решения поставленной цели были решены следующие задачи: произведена оценка температурного режима пожара в помещении при различной пожарной нагрузке на примере складского здания; проведены эксперименты по оценке влияния различного теплового потока, приведенной толщины металла и толщины ВОП на его эффективность по плану полного факторного эксперимента типа 2.

Методы. Для математического моделирования реальных температурных пожаров применялся прог­раммный комплекс Fire Dynamics Simulator (FDS), реализующий полевую (дифференциальную) матема­тическую модель. Для исследования влияния полученных температурных режимов пожара на эффективность ВОП были проведены эксперименты по плану полного факторного эксперимента типа 2. В качестве образцов для испытаний были выбраны металлические пластины из углеродистой стали размерами 100 × 100 мм с приведенной толщиной 3 и 4,5 мм и окрашенные однокомпонентным ВОП на органической основе толщиной 0,25 и 0,5 мм. Для оценки влияния теплового потока применялась радиационная панель с возможностью регулирования лучистого теплового потока плотностью от 10 до 50 кВт/м2.

Результаты и обсуждение. В ходе проведения численных экспериментов в программном комплексе FDS установлено, что тепловое воздействие, оказываемое на стальные строительные конструкции во время пожара, может существенно отличаться от стандартного температурного режима как в большую, так и в меньшую сторону. Результаты эксперимента показали, что на время прогрева испытательных образцов наибольшее влияние из рассматриваемых факторов (величина теплового потока, приведенная толщина металла, толщина ВОП) оказала величина теплового потока, так как был получен наибольший по абсолютной величине коэффициент уравнения регрессии.

Вывод. Предположение о возможной недооценке теплового воздействия при «стандартном» температурном режиме на огнестойкость стальных строительных конструкций с огнезащитой ВОП подтвердилось при проведении испытаний.

1. Голованов В.И., Пехотиков А.В., Павлов В.В. Обзор рынка средств огнезащиты металлоконструкций. Преимущества и недостатки различных видов // Огнезащита XXI века : мат. Всеросс. науч.-практ. конф. М., 2014.

2. Пехотиков А.В. и др. Актуальные вопросы при­менения средств огнезащиты для стальных конструкций // Евростройпрофи. 2015. № 79. С. 34–38.

3. Garlock M., Kruppa J., Li G.-Q., Zhao B. White paper on fire behavior of steel structures / NIST GCR 15-984. Gaithersburg, Maryland : NIST, 2014. 20 p. DOI: 10.6028/nist.gcr.15-984

4. Lucherini A., Giuliani L., Jomaas G. Experimental study of the performance of intumescent coatings exposed to standard and non-standard fire conditions // Fire Safety Journal. 2018. Vol. 95. Pp. 42–50. DOI: 10.1016/j.firesaf.2017.10.004

5. De Masi R.F., Ruggiero S., Vanoli G.P. Acrylic white paint of industrial sector for cool roofing application: Experimental investigation of summer behavior and aging problem under Mediterranean climate // Solar Energy. 2018. Vol. 169. Pp. 468–487. DOI: 10.1016/j.solener.2018.05.021

6. Golovanov V., Kryuchkov G. Steel structures fire resistance assessment under standardized fire temperature regimes // Fires and Incidents: Prevention, Accident Response. 2021. Vol. 3. Pp. 52–60. DOI: 10.25257/FE.2021.3.52-60

7. Carreras Guzman N.H., Kozine I., Lundteigen M.A. An integrated safety and security analysis for cyber-physical harm scenarios // Safety Science. 2021. Vol. 144(0925). P. 105458. DOI: 10.1016/j.ssci.2021.105458

8. Siddiqui A.A., Ewer J.A., Lawrence P.J., Galea E.R., Frost I.R. Building information modelling for performance-based fire safety engineering analysis — A strategy for data sharing // Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 42. P. 102794. DOI: 10.1016/j.jobe.2021.102794

9. Smith T.D., DeJoy D.M., Dyal M.A., Pu Y., Dickin­son S. Multi-level safety climate associations with safety behaviors in the fire service // Journal of Safety Research. 2019. Vol. 69. Pp. 53–60. DOI: 10.1016/j.jsr.2019.02.005

10. Li P., Liu C., Wang B., Tao Y., Xu Y.-J., Liu Y., Zhu P. Eco-friendly coating based on an intumescent flame-retardant system for viscose fabrics with multi-­function properties: Flame retardancy, smoke suppression, and antibacterial properties // Progress in Organic Coatings. 2021. Vol. 159. Issue 10. P. 106400. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2021.106400

11. Morandini F., Santoni P.A., Tramoni J.B., Mell W.E. Experimental investigation of flammability and numerical study of combustion of shrub of rockrose under severe drought conditions // Fire Safety Journal. 2019. Vol. 108. DOI: 10.1016/j.firesaf.2019.102836

12. Zhang T., Xi J., Qiu S., Zhang B., Luo Z., Xing W., et al. Facilely produced highly adhered, low thermal conductivity and non-combustible coatings for fire safety // Journal of Colloid and Interface Science. 2021. Vol. 604. Pp. 378–389. DOI: 10.1016/j.jcis.2021.06.135

13. Siddiqui A.A., Ewer J.A., Lawrence P.J., Galea E.R., Frost I.R. Building Information Modelling for performance-based Fire Safety Engineering analysis — A strategy for data sharing // Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 42. P. 102794. DOI: 10.1016/j.jobe.2021.102794

14. Li P., Liu C., Wang B., Tao Y., Xu Y.-J., Liu Y., Zhu P. Eco-friendly coating based on an intumescent flame-retardant system for viscose fabrics with multi-function properties: Flame retardancy, smoke suppression, and antibacterial properties // Progress in Organic Coatings. 2021. Vol. 159. Issue 10. P. 106400. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2021.106400

15. Gatheeshgar P., Keerthan P., Thamboo J., Roy K. On the fire behaviour of modular floors designed with optimised cold-formed steel joist // Structures. 2021. Vol. 30. Pp. 1071–1085. DOI: 10.1016/j.istruc.2021.01.055

16. Roy K., Lim J.B.P., Lau H.H., Yong P.M., Clifton G.C., Johnston P.D., et al. Collapse behaviour of a fire engineering designed single-storey cold-formed steel building in severe fires // Thin-Walled Structures. 2019. Vol. 142. Pp. 340–357. DOI: 10.1016/j.tws.2019.04.046

17. Kumar A., Roy K., Uzzaman A., Lim J.B.P. Finite element analysis of unfastened cold-formed steel channel sections with web holes under end-two-flange loading at elevated temperatures // Advanced Steel Construction 2021. Vol. 17. Issue 3. Pp. 231–242.

18. Ерёмина Т.Ю., Минайлов Д.А. Гармонизация российских и международных нормативных до­кументов по оценке огнестойкости строительных конструкций (основные подходы к проведению огневых испытаний) // Пожарная безопасность. 2014. № 2. С. 151–155.

19. Korolchenko D., Eremina T., Minailov D. New method for quality control of fire protective coatings IAPE’19. Oxford, United Kingdom.

20. Минайлов Д.А. Исследование огнестойкости стальных конструкций покрытия складских зданий в условиях различного температурного воздействия // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2020. Т. 29. № 3. С. 54–65. DOI: 10.22227/PVB.2020.29.03.54-65

21. Кошмаров Ю.А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении : учеб. пос. М. : Академия ГПС МВД России, 2000. 118 с.

22. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика : учеб. пос. для вузов. 10-е изд., стер. М. : Высшая школа, 2004. 479 с.