При пожарах в закрытых помещениях могут возникать температуры порядка 800 0С. Из литературных источников известно, что температуры порядка 600 0С приводят к снижению прочности металлических конструкций приблизительно в 3 раза. Что же происходит с металлоконструкциями при более высоких температурах, информации в литературе нет. Одной из задач данного исследования явилось выявить влияние на прочность конструкционных материалов повышенных температур до 800 0С, а также выявить каким образом влияет тушение пожара водой на остаточную прочность металлоконструкций.
По данным справки, подготовленной департаментом надзорной деятельности по анализу обстановки с пожарами и последствий от них на территории РФ, мы можем отметить, что доля пожаров, возникающих на объектах, выполненных с применением металлоконструкций составляет порядка 15%.
Для проведения экспериментальной части работы использовалось стандартное лабораторное оборудование — высокотемпературные электрические печи, машина для испытания материалов на растяжение и гидравлический пресс.
Испытанию подверглись конструкционный материал, который имеет наибольшее распространение в строительстве — конструкционная сталь. Было отобрано несколько образцов конструкционных материалов. Первый образец — эталонный, был испытан на разрывной машине Р — 5. Предел прочности стали составил 714,3 МПа. Другие образцы были подвергнуты нагреву в муфельной печи до различных температур в интервале времени от 15 до 40 минут.
Так, об условиях, исходя из которых следует определять дислокацию подразделений пожарной охраны на территориях поселений и городских округов, — время прибытия первого подразделения к месту вызова не должно превышать 10 минут в городских поселениях, городских округах. Время оперативного развертывания, которое принимается от 6 до 8 мин. При самых оптимистичных прогнозах, пожарная команда приступит к тушению пожара, охлаждению металлоконструкций через 16 минут.
После нагрева одну заготовку погружали в воду для мгновенного охлаждения. Другую заготовку прошедшую нагрев оставили остывать на воздухе. После остывания, обе детали подверглись проверке на разрывной машине.
Проведенные исследования показали, что механические свойства стали при нагревании ее до температуры 200…250 °С практически не меняются. При температуре 250...300 °С прочность стали несколько повышается, пластичность снижается. Сталь в изломе имеет крупнозернистое строение и становится более хрупкой (синеломкость). Не следует при этой температуре деформировать сталь или подвергать ее ударным воздействиям.
Нагрев выше 400 °С приводит к резкому падению предела текучести и временного сопротивления, а при t = 600...650 °С наступает температурная пластичность и сталь теряет свою несущую способность.
Эксперименты показали, что для металлических конструкций критическое значение температуры tкр, при котором ослабляются прочностные характеристики стали, равно 650ºС, причем продолжительность нагрева имеет определенное значения. Было выявлено, что прочностные параметры металлоконструкций при большем времени нагрева снижаются на 10 — 15 %.
В ходе испытаний также было установлено, что образцы, остывавшие на воздухе имели остаточную прочность порядка 428,6 МПа, что в 1.7 раза отличалось от эталонного. Образцы охлажденные водой разупрочнились в 5,6 раза, получив остаточную прочность 127,5 МПа.
Механические свойства материалов зависят от продолжительности испытания. При некоторых температурах (например, для малоуглеродистой стали при температуре выше 800 0С) испытуемый образец может быть разрушен при напряжении меньшем, чем предел пропорциональности, соответствующий комнатной температуре, если это напряжение будет действовать достаточно продолжительное время.
Сегодня на рынке огнезащитных материалов присутствует достаточно широкий перечень различных составов, но чаще всего эти составы предназначены для обработки древесины. Огнестойкие покрытия для металлов, как правило, имеют высокую стоимость. В данной работе приведена технология приготовления разработанного огнестойкого покрытия, которое прошло ряд испытаний и показало высокие огнезащитные свойства.
Технология приготовления покрытия достаточна проста. Сухие компоненты взвешиваются на технических весах с погрешностью 0,5 % по массе и перемешиваются в смесителе периодического действия. Время перемешивания не менее 5 мин. Жидкое стекло (ЖС) разбавляется горячей водой с температурой не более 80 °С при постоянном перемешивании в течение 3 мин до плотности 1,2 г/см3 (в соответствии с ГОСТ 10078-81). Допускается разбавлять жидкое стекло холодной водой (20 °С) при условии увеличения времени перемешивания до 10 мин. Разбавленное жидкое стекло фильтруется через сито № 05 (ГОСТ 3584-73). Сухая смесь и жидкое стекло загружаются в соответствующие емкости установки аэродинамического действия для нанесения покрытия. Всего получилось несколько опытных смесей, которые использовались при нанесении на металлические образцы для доказательства огнезащитных свойств данного покрытия.
Результаты лабораторных испытаний разработанного огнестойкого покрытия показали эффективность его применения в лабораторных условиях, а именно:
- улучшены прочностные и огнестойкие свойства металла, подвергшегося воздействию высоких температур;
- огнестойкое покрытие просто в технологии приготовления и нанесения;
- покрытие не занимает дополнительного объема;
- разработанное покрытие не утяжеляет металлоконструкции.