В настоящее время в Европе и Северной Америке в качестве конструктивного способа огнезащиты металлических конструкций, а также бетона и железобетона наиболее широко используются штукатурки на основе вермикулита, перлита и минеральных волокон. Они позволяют достигать пределов огнестойкости до трех и более часов, недороги и технологичны в применении.

Вспученный вермикулит представляет собой пористый материал, получаемый при высокотемпературном нагреве гидратированных биотитовых и флогопитовых слюд. Насыпная плотность вермикулита фракции 1мм или 2 мм, применяемого в производстве огнезащитных материалов, составляет величину 100-150 кг/м3, а его теплопроводность 0,05-0,07 Вт/(м•К). Вермикулит является наиболее термостойким из всех широко применяемых наполнителей. Его огнеупорность составляет величину1270-1430оС. Применение вермикулита более предпочти-тельно для огнезащиты, предназначенной для применения на объектах, защищаемых от продуктов горения углеводородных топлив и там, где требуются наибольшие пределы огнестойкости. Важным свойством вермикулита, определяемым особым строением вспученных гранул, является его способность запирать поры в бетоне или штукатурке при инфильтрации влаги.

Перлит - материал, получаемый вспучиванием природных водосодержащих стекол. Для производства огнезащитных штукатурок применяют перлитовый песок фракций до 2 мм с насыпной плотностью 70-150 кг/м3. Теплопроводность перлита в сухом состоянии составляет величину 0,05-0,07 Вт/(м•К). Огнестойкость перлита 900-1000оС.

В качестве вяжущего для производства огнезащитных штукатурок на основе вермикулита, перлита и минеральных волокон используются гипсовые, цементные, цементно-известковые, цементно-ангидритные, а также гипсоцементно-пуццолановые вяжущие.

На основе перлита и вермикулита с гипсовым вяжущим изготавливают легкие штукатурки с плотностью от 300 кг/м3 , теплопроводностью от 0,08-0,09 Вт/(м•К) и пределом огнестойкости до 3 часов. Главным недостатком таких штукатурок является невысокая влагостойкость, что определяет их область применения только внутри помещений. Очень важным достоинством гипсовых штукатурок является их нечувствительность к условиям отвержения. Их можно наносить даже при температурах выше 40оС, низкой влажности и на сквозняках. После выдержки 10-12 часов гипсовые штукатурки допускают интенсивную досушку при температурах до 100оС. Гипсовые штукатурки более пластичны, имеют высокую адгезию с различными подложками, более удобны в работе и могут наноситься как механизированным способом с помощью штукатурных машин, так и вручную при применении традиционных штукатурных техник. Штукатурка этого типа, например марки "CAFCO-300", широко используются в Великобритании и ЕС для защиты металлоконструкций и железобетона.

Огнезащитные штукатурки на основе вермикулита и цементного вяжущего могут иметь плотность от 450 кг/м3 до 1200 кг/м3, теплопроводность 0,08-0,3 Вт/(м•К) и являются наиболее универсальными. Область их применения наиболее широка. Это не только огнезащита гражданских объектов, но и объектов энергетики, морских судов и нефте- и газодобывающих платформ. В случае непосредственного воздействия на огнезащитное покрытие атмосферных осадков, воды или морских волн требуется нанесение поверх огнезащитного материала специального защитного покрытия. Производственно-технологическая компания "А+В" наладила выпуск штукатурки этого типа под торговой маркой "НЬЮСПРЕЙ" (производится по лицензии фирмы "PROJISO", Франция). В Европе известны такие марки огнезащитного материала этого типа, как "Mandolite-550", "Mandolite-CP2".

Промежуточное положение по атмосферо- и водостойкости между огнезащитными штукатурками на основе гипса и цемента занимают цементно-ангидритовые и гипсоцементно-пуццолановые штукатурки. Они обеспечивают удовлетворительную водостойкость внутри помещений, то есть могут выдерживать многократное периодическое, но кратковременное увлажнение без разрушения материала и снижения огнезащитных свойств.

В этих штукатурках в качестве огнестойкого наполнителя используется минеральная вата в виде гранул с характерным размером 3-7 мм. Внутри гранул сцепление между волокнами обеспечивается, как правило, естественными силами сцепления. Между собой гранулы могут соединяться цементно-полимерным вяжущим, жидким стеклом и т.д. Штукатурки на основе минеральных волокон имеют лучшие теплофизические характеристики, чем вермикулитовые или перлитовые штукатурки. Например, они имеют теплопроводность 0,034-0,05 Вт/(м•К) и плотность 150-300 кг/м3, но они дороже в производстве и имеют более высокую трудоемкость при выполнении огнезащитных работ, так как для их нанесения необходимо использовать более дорогие и менее производительные штукатурные агрегаты для сухого торкретирования. Штукатурки на основе минеральных волокон чаще применяются в тех случаях, когда дополнительная нагрузка на конструкцию критична и нежелательна. Эти штукатурки, ввиду их низкой теплопроводности, могут использоваться для комплексной тепло- и огнезащиты. В России огнезащитные покрытия на основе минеральных волокон представлены марками "Девиспрей", "Фиброгейн", "Зигнулан-3000", "Монолит" и некоторыми другими.

Следует обратить особое внимание на подготовку поверхностей перед нанесением любых типов огнезащитных штукатурок на основе минеральных вяжущих. Для того, чтобы огнезащитные штукатурки на основе цементных, гипсовых и других типов вяжущих имели удовлетворительную адгезию с различными типами подложек, то есть с огрунтованным или неогрунтованным металлом, бетоном и деревом, в них вводятся специальные полимерные добавки. Введение полимерных добавок может на порядок повысить адгезию с подложкой, однако максимально допустимое количество вводимых в состав полимерных латексов значительно ниже той величины, при которой возможно получение высокой адгезии. В состав без ущерба для его огнезащитных свойств и степени усадки при отвержении можно ввести не более 1-2% полимеров, в то время как максимальное значение адгезии с подложкой достигается при 5-20% концентрации полимера. В этом случае высокая адгезия с подложкой может быть обеспечена при применении активирующих поверхность подложки латексных праймеров, которые наносятся перед нанесением штукатурок. Латексы создают промежуточный слой между подложкой и огнезащитным покрытием, в котором концентрация полимера приближается к оптимальной величине. За счет применения активирующих праймеров, как правило, удается повысить адгезию большинства типов легких штукатурок до требуемого строительными нормами уровня. Типичные значения адгезии легких штукатурок на основе вермикулита и перлита составляют величину: на бетоне 0,3-0,4 МПа, на неогрунтованной стали до 0,08-0,12 МПа и на огрунтованной стали до 0,06-0,1 МПа.

В тех случаях, когда приведенные выше величины адгезии не являются удовлетворительными, может потребоваться дополнительная пескоструйная обработка поверхности подложки с целью увеличения ее шероховатости или применение монтажных строительных сеток механического крепления. Для этих целей разработаны специальные трехмерные монтажные сетки с низкой каркасной теплопроводностью. При применении таких сеток общая теплопроводность системы повышается не более чем на 1-3%, то есть огнезащитные свойства армированного штукатурного покрытия практически не ухудшаются.

Срок службы огнезащитных штукатурок на основе вермикулита, перлита, минеральных волокон и полимерцементных, гипсовых, гипсоцементных вяжущих составляет не менее 10-15 лет.

Типичным примером такого материала является композиция ОФП-ММ на основе жидкого натриевого стекла с асбестовым наполнителем разработанная в ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко в 1978 году. Составы на основе жидкого стекла в России до сих пор составляют самую многочисленную группу (марки "ОФП-10", "ОПВ-180", "ЭСМА" и др.). Основным достоинством этого материала является его низкая стоимость, однако жидко-стекольные составы имеют ряд существенных недостатков, а именно, они разрушающе воздействуют на алкидные, в частности, глифталиевые грунты из-за их высокой щелочности. Жидко-стекольные составы чувствительны, как к низкой (происходит охрупчивание и осыпание покрытия), так и высокой влажности воздуха, что исключает их применение на открытом воздухе и в сухих помещения. При применении специального грунта и поверхностного укрывного покрытия жидко-стекольные материалы могут иметь удовлетворительные влаго- и атмосферостойкость. В Европе материалы на основе жидкого стекла не выпускаются.[5]

Огнезащитные вспучивающиеся краски

Относительно новый класс материалов, интерес к которым вызван как их достаточно высокой огнезащитной эффективностью, так и удобством применения. Краски наносятся тонким слоем на поверхность конструкций и в процессе эксплуатации выполняют функции декоративно-отделочного материала. При огневом воздействии образовывается пенококс, который имеет объем во много раз больше первоначального объема покрытия. При длительном огневом воздействии пенококс постепенно выгорает и по истечении определенного времени, как правило, не превышающего одного часа, механически разрушается и отслаивается от поверхности. Вспучивающиеся огнезащитные краски являются многокомпонентными системами, состоящими из связующего, антипирена и пенообразователей - вспучивающихся добавок. В качестве связующих используются полимеры, обладающие склонностью к реакции сшивания и образования нелетучих карбонизированных продуктов, а именно, латексов, эпоксидных полимеров, полиуретанов, аминоальдегидов и др. В качестве антипиренов чаще всего используются полифосфаты аммония в сочетании с газообразующими добавками - мочевиной, меламином, дициандиамидом. К коксующимся добавкам относятся крахмал, декстрин, пентаэритрит. В настоящее время широко производятся огнезащитные краски на основе органически растворимых вяжущих и водоразбавляемых латексов. Лучшие вспучивающиеся краски имеют степень вспучивания до 40-50 раз и при толщине защитного покрытия около 1 мм обеспечивают предел огнестойкости до 90 минут на металле при четырехстороннем обогреве. Хорошо известны такие краски этой группы, как "Протерм Стил", "Нуллифайе S-607", "ОГРАКС-В", "ОЗК-45" и др.

Находят применение и вспучивающиеся краски на основе терморасширяющегося графита. Краски этого типа (марки "МПВО", "СГК-1" и др.) имеют меньшую кратность вспучивания и менее стойкий вспученный слой, что ограничивает их применение пределом огнестойкости металлоконструкций до 30-45 минут.

К перспективному классу огнезащитных покрытий можно отнести огнестойкие краски или обмазки на основе вакуумированных микросфер из огнестойкого, например, кремнеземистого стекла и кремнийорганического полимерного связующего. Покрытия этого типа имеют плотность 250-700 кг/м3 , теплопроводность 0,02-0,025 Вт/(м•К), температуру деструкции не ниже 900оС (до 1700оС при использовании специальных типов стекол и вяжущих). По данным наших лабораторных исследований, при толщине слоя 2-3 мм они показывают огнезащитную эффективность, сравнимую с той, которую имеет штукатурка на цементно-вермикулитовой основе толщиной 1-2 см или вспучивающаяся краска толщиной 1-2 мм. Комбинируя покрытие на основе вакуумированных микросфер со вспучивающейся краской можно получить тонкослойные покрытия, приближающиеся по эффективности к толстослойным штукатуркам. К сожалению, высокая стоимость компонентов покрытия на основе микросфер ограничивает, в настоящее время, ее применение теми областями, где стоимость материала не имеет столь принципиального значения, например, авиацией и космонавтикой.

Конкретный выбор типа огнезащиты и ее толщины должен осуществляться в соответствии с техническим проектом, СНиП, НПБ, а также на основе технико-экономического анализа с учетом заданного предела огнестойкости конструкций, их геометрии, величины нагрузки, условий эксплуатации объекта, эстетических требований, а также требований по долговечности. Практика показывает, что, к сожалению, заложенные в проекты технические решения по огнезащите не всегда выдерживают испытания, на которое они, казалось бы, были рассчитаны. Расследование причин крушения небоскребов Всемирного торгового центра в Нью-Йорке 11 сентября 2001 года заставляет по-новому взглянуть на обоснованность некоторых принятых в мире норм пожарной безопасности, а также разработанных с их учетом технических решений по активной и пассивной системам огнезащиты зданий. Построенные в 60-е годы здания-близнецы были рассчитаны на прямое попадание в них самолета класса Боинг 707, а пассивная огнезащита стальных несущих конструкций рассчитана на длительное многочасовое воздействие огня, то есть здания должны были бы пережить катастрофу и выстоять. На длительное огневое воздействие были рассчитаны и пожарные лестницы зданий. Однако стальные несущие конструкции были защищены огнезащитным покрытием на основе минерального волокна, которое, как предполагают, не выполнило своих функций и, было просто сдуто огненным смерчем в одно мгновение, так же как и все внутренние гипсокартонные перегородки. Не выполнили своих функций и пожарные лестницы, ограждения которых для экономии средств были изготовлены из двухслойных гипсовых плит и не имели жесткого каркаса. Некоторые аналитики по результатам проведенного расследования пришли к выводу, что если бы стальные несущие конструкции зданий были защищены пусть даже менее эффективной, но механически более прочной огнезащитой, то здания выстояли бы. Так же считается, что большему количеству людей удалось бы спастись, если бы ограждения пожарных лестниц были выполнены из железобетона (и пусть даже не имели бы огнезащиты вообще), но не были бы разрушены в одно мгновение огненным смерчем. Часть людей не смогла воспользоваться пожарными лестницами, и вынуждена была подниматься на верхние этажи, в надежде переждать там пожар.[6]