vestnikcstroyВестник НИЦ «Строительство»Bulletin of Science and Research Center of Construction2224-94942782-3938АО «НИЦ «Строительство»10.37538/2224-9494-2024-1(40)-21-34CJYXWAvestnikcstroy-368Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯBUILDING CONSTRUCTIONS, BUILDINGS AND STRUCTURESРазработка методов испытаний огнезащитных покрытий стальных строительных конструкций в процессе эксплуатацииDevelopment of test methods for fire-retardant coatings of steel engineering structures during operationКомароваМ. А.KomarovaM. A.

Мария Александровна Комарова, канд. хим. наук, руководитель научного экспертного бюро пожарной, экологической безопасности в строительстве

ул. 2-я Институтская, д. 6, к. 1, г. Москва, 109428, Российская Федерация

Maria A. Komarova, Cand. Sci. (Chem.), Bureau Head, Scientific Expert Bureau of Fire and Environmental Safety in Construction

2nd Institutskaya str., 6, bld. 1, Moscow, 109428, Russian Federation

ГришинИ. А.GrishinI. A.

Илья Александрович Гришин, заместитель руководителя научного экспертного бюро пожарной, экологической безопасности в строительстве

ул. 2-я Институтская, д. 6, к. 1, г. Москва, 109428, Российская Федерация

Il’ya A. Grishin, Deputy Head, Scientific Expert Bureau of Fire and Environmental Safety in Construction

2nd Institutskaya str., 6, bld. 1, Moscow, 109428, Russian Federation

ШалабинМ. В.ShalabinM. V.

Михаил Валерьевич Шалабин, аспирант, заведующий лабораторией научного экспертного бюро пожарной, экологической безопасности в строительстве

ул. 2-я Институтская, д. 6, к. 1, г. Москва, 109428, Российская Федерация

Mikhail V. Shalabin, Graduate Student, Laboratory Head, Scientific Expert Bureau of Fire and Environmental Safety in Construction

2nd Institutskaya str., 6, bld. 1, Moscow, 109428, Russian Federation

МельниковН. О.MelnikovN. O.

Никита Олегович Мельников, канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник научного экспертного бюро пожарной, экологической безопасности в строительстве

ул. 2-я Институтская, д. 6, к. 1, г. Москва, 109428, Российская Федерация

Миусская площадь, д. 9, стр. 1,г. Москва, 125047, Российская Федерация

Nikita O. Melnikov, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Senior Researcher, Scientific Expert Bureau of Fire and Environmental Safety in Construction; Associate Professor

2nd Institutskaya str., 6, bld. 1, Moscow, 109428, Russian Federation

Miusskaya square, 9, bld. 1, Moscow, 125047, Russian Federation

2nd Institutskaya str., 6, bld. 1, Moscow, 109428, Russian Federation

Miusskaya square, 9, bld. 1, Moscow, 125047, Russian Federation

no.melnikov@yandex.ruЦентральный научно-исследовательский институт строительных конструкций (ЦНИИСК) им. В.А. КучеренкоРоссияResearch Institute of Building Constructions named after V.A. Koucherenko, JSC Research Center of ConstructionRussian FederationЦентральный научно-исследовательский институт строительных конструкций (ЦНИИСК) им. В.А. Кучеренко; Российский химико-технологический университет (РХТУ) им. Д.И. МенделееваРоссияResearch Institute of Building Constructions named after V.A. Koucherenko, JSC Research Center of Construction; Russian Chemical-Technological University named after D.I. MendeleevRussian Federation2024250320244012134Copyright © Комарова М.А., Гришин И.А., Шалабин М.В., Мельников Н.О., 20242024Комарова М.А., Гришин И.А., Шалабин М.В., Мельников Н.О.Komarova M.A., Grishin I.A., Shalabin M.V., Melnikov N.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.cstroy.ru/jour/article/view/368Введение

Введение. Одной из важнейших проблем в области применения огнезащитных покрытий стальных строительных конструкций является прогнозирование их срока эксплуатации или сохранение эффективности во времени. В настоящее время отсутствуют нормативные документы в области пожарной безопасности, регламентирующие проведение испытаний огнезащитных покрытий в процессе эксплуатации, а также определение их долговечности (срока службы).

Целью настоящей работы является разработка методов испытаний для определения стойкости к воздействию климатических факторов, сохранности огнезащитных и антикоррозионных свойств огнезащитных покрытий стальных строительных конструкций в процессе эксплуатации.

Материалы и методы

Материалы и методы. В качестве испытательных образцов для исследования старения огнезащитных покрытий применяются пластины из листовой стали марки 08кп и 08пс по ГОСТ 16523-97 и ГОСТ 9045-93 размером 600 × 600 × 5 мм с нанесенным на нее с лицевой стороны средством огнезащиты.

Результаты

Результаты. В работе предложены методы испытаний тонкослойных вспучивающихся и конструктивных огнезащитных покрытий в процессе эксплуатации. Методика проведения ускоренных климатических испытаний образцов с тонкослойным вспучивающимся огнезащитным покрытием (огнезащитной краской) соответствует ГОСТ 9.401-2018, так как они по своей сути являются высоконаполненными лакокрасочными материалами. Для конструктивных огнезащитных покрытий разработана новая методика, последовательность и режимы проведения испытаний. Последующая оценка огнезащитных свойств покрытий и их сохранности проводится методами огнезащитной эффективности по ГОСТ Р 53295-99 и методами термического анализа, при которых сравниваются результаты, характеристики и графические зависимости для исходного огнезащитного покрытия и исследуемого образца после старения. Для тонкослойных вспучивающихся покрытий сохранение огнезащитных свойств дополнительно оценивается по коэффициенту вспучивания, а для конструктивных – по изменению теплопроводности.

Выводы

Выводы. В результате проведенного исследования разработаны методы испытаний огнезащитных покрытий стальных строительных конструкций в процессе эксплуатации. Установлены предельные уровни изменения свойств покрытий. При оценке огнезащитной эффективности после ускоренных климатических испытаний она должна снижаться не более чем на 20 %. Для конструктивной огнезащиты допускается увеличение теплопроводности не более чем на 5 %. Для тонкослойных покрытий допускается уменьшение среднеарифметического значения коэффициента вспучивания не более чем на 30 % от исходного.

Заключение

Заключение. Разработанные методы использованы при подготовке проекта национального стандарта Российской Федерации «Конструкции стальные строительные с огнезащитными покрытиями. Методы испытаний антикоррозионных свойств и стойкости к воздействию климатических факторов в процессе эксплуатации» для обеспечения нормативных требований пожарной безопасности для данных конструкций.

Introduction

Introduction. Prediction of the durability of flame-retardant coatings of steel engineering structures and preservation of their performance during operation remain important research directions. There is a lack of normative documents in the field of fire protection, regulating the process of testing of flame-retardant coatings during operation, as well as determination of their durability (service life).

Aim

Aim. To develop test methods for determining the resistance of flame-retardant coatings of steel engineering structures exposed to climatic factors, preservation of their fireproof and anti-corrosion properties during operation.

Materials and methods

Materials and methods. Test specimens included 600 x 600 x 5 mm plates made of 08kp and 08ps sheet steel according to State Standard 16523-97 and State Standard 9045-93 with a flame-retardant agent applied on the front side.

Results

Results. Methods for testing thin-layer intumescent and structural flame-retardant coatings during operation are proposed. The methodology of accelerated climatic testing of specimens coated with thin-layer intumescent flame-retardant coatings (flame-retardant paints) corresponds to State Standard 9.401-2018. These coatings are inherently high-solid paint materials. A new methodology, sequence, and modes of testing are developed for structural flame-retardant coatings. The subsequent assessment of fireproof properties of coatings and their preservation is carried out by the methods of fire protection efficiency according to State Standard R 53295-99 and the methods of thermal analysis. These methods imply comparison of the characteristics of the initial flame-retardant coating and those obtained after sample aging. The preservation of fireproof properties by thin-layer intumescent and structural coatings is additionally evaluated by the intumescence coefficient and the change in thermal conductivity, respectively.

Conclusions

Conclusions. Test methods for flame-retardant coatings of steel engineering structures during operation are developed. Threshold levels of changes in their properties are established. After accelerated climatic tests, fire protection efficiency should not decrease by no more than 20 %. For structural fire protection, an increase in thermal conductivity by no more than 5 % is permitted. For thin-layer coatings, the arithmetic mean value of the intumescence coefficient should not decrease by no more than 30 % of the initial value.

Implications

Implications. The developed methods were used in the preparation of a draft national standard of the Russian Federation “Steel engineering structures with fireproof coatings. Test methods for anticorrosion properties and resistance to climatic factors during operation” to ensure regulatory fire safety requirements for these structures.

конструкции стальные строительныеогнезащитные покрытиявоздействие климатических факторовогнезащитная эффективностьсохранение огнезащитных свойствsteel engineering structuresflame-retardant coatingsfire protection coatingsclimatic factorsfire protection efficiencypreservation of fire protection propertiesИсследование выполнено в рамках договорных работ между АО «НИЦ «Строительство» и ФАУ «ФЦС»The research was carried out within a contract between JSC Research Center of Construction and FAU “FCS”.ReferencesКривцов Ю.В., Ведяков И.И., Ладыгина И.Р., Носов Е.Н. Тонкослойные покрытия для огнезащиты стальных строительных конструкций. Промышленное и гражданское строительство. 2018;(10):50–53.Krivtsov Yu.V., Vedyakov I.I., Ladygina I.R., Nosov E.N. Thin-layer coatings for fire protection of steel building structures. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitelstvo = Industrial and Civil Engineering. 2018;(10):50–53. (In Russian).Кривцов Ю.В., Ладыгина И.Р. Материалы для конструктивной огнезащиты стальных строительных конструкций. Вестник НИЦ Строительство. 2019;(2):74–79.Krivtsov Yu.V., Ladygina I.R. Materials for constructional fire protection of structural steel members. Bulletin of Science and Research Center of Construction. 2019;21(2):74–79. (In Russian).Кривцов Ю.В., Ладыгина И.Р., Колесников П.П. Современные методы обеспечения огнестойкости стальных и железобетонных конструкций. Вестник НИЦ Строительство. 2017;(3):134–143.Krivtsov Yu.V., Ladygina I.R., Kolesnikov P.P. Modern methods of ensuring fire resistance of steel and reinforced concrete structures. Bulletin of Science and Research Center of Construction. 2017;(3):134–143. (In Russian).Кривцов Ю.В. Современные средства противопожарной защиты. Промышленное и гражданское строительство. 2014;(9):5–7.Krivtsov Yu.V. Modern means of fire protection. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitelstvo = Industrial and Civil Engineering. 2014;(9):5–7. ( In Russian).Рязанова Г.Н., Горелов С.А. Анализ перспективных огнезащитных покрытий металлических конструкций. В: Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Cтроительство. Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет; 2016, с. 284–286.Ryazanova G.N., Gorelov S.A. Analysis of perspective fireproof coatings for metal structures. In: Traditions and Innovations in Construction and Architecture. Construction. Samara: Samara State University of Architecture and Civil Engineering; 2016, p. 284–286. (In Russian).Барышников А.А., Горелов С.А., Мустафин Н.Ш. Анализ перспективных огнезащитных покрытий металлических конструкций. Региональное развитие. 2016;(2):6.Baryshnikov A.A., Gorelov S.A., Mustafin N.Sh. Analysis of perspective fireproof coatings of steel structures. Regional’noe razvitie. 2016;(2):6. (In Russian).Bronzova M.K., Garifullin M.R. Fire resistance of thin-walled cold-formed steel structures. Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016;(3):61–78.Bronzova M.K., Garifullin M.R. Fire resistance of thin-walled cold-formed steel structures. Construction of Unique Buildings and Structures. 2016;(3):61–78.Бод К., Сэше М., Фонтэно С., Фрим А., Жуков Р. Огнезащитные покрытия: последние разработки в функциональных покрытиях, которые спасают жизнь. Лакокрасочные материалы и их применение. 2017;(6):20–27.Baud K., Sesche M., Fonteno S., Frim A., Zhukov R. Fireproof coatings: recent developments in functional coatings that save lives. Lakokrasochnie materialy I ikh primenenie = Russian Coatings Journal. 2017;(6):20–27. (In Russian).Кривцов Ю.В., Ладыгина И.Р., Мельников Н.О. Научно-практические аспекты выявления дефектов огнезащитных покрытий строительных конструкций. Вестник НИЦ Строительство. 2018;(3):91–101.Krivtsov Yu.V., Ladygina I.R., Melnikov N.O. Scientific and practical aspects of defects detection of fireproof coatings of building structures. Vestnik NIC Stroitel`stvo = Bulletinof Science and Research Center of Construction. 2018;(3):91–101. (In Russian).Кривцов Ю.В., Ладыгина И.Р., Грошев Ю.М., Комарова М.А., Еремина Г.П. Оценка технического состояния, остаточного ресурса и продления срока службы огнезащитных покрытий металлоконструкций машинных залов АЭС. Вестник НИЦ «Строительство». 2023;36(1):41–50. https://doi.org/10.37538/2224-9494-2023-1(36)-41-50Krivtsov Yu.V., Ladygina I.R., Groshev Yu.M., Komarova M.A., Eremina G.P. Estimation of technical condition, residual resource and service life extension of fireproof coatings of steel structures of the NPP machine halls. Vestnik NIC Stroitel`stvo = Bulletinof Science and Research Center of Construction. 2023;36(1):41–50. (In Russian). https://doi.org/10.37538/2224-9494-2023-1(36)-41-50Докучаева Л.В., Старостенков А.С., Мельников Н.О. Исследование процессов ускоренного старения огнезащитных покрытий. Успехи в химии и химической технологии. 2012;26(2):99–104.Dokuchaeva L.V., Starostenkov A.S., Melnikov N.O. Investigation of the accelerated aging processes of fireproof coatings. Uspekhi v chemii i khimicheskoy tekhnologii. 2012;26(2):99–104. (In Russian).Гравит М.В. Исследование влияния различных факторов на коэффициент вспучивания органорастворимых огнезащитных покрытий. Лакокрасочные материалы и их применение. 2013;(6):12–17.Gravit M.V. Investigation of the influence of various factors on the swelling coefficient of organosoluble fireproof coatings. Lakokrasochnie materialy I ikh primenenie = Russian Coatings Journal. 2013;(6):12–17. (In Russian).Калмагамбетова А.Ш., Аяпбергенова Б.Е., Дивак Л.А., Бакирова Д.Г. Исследование атмосферостойких огнезащитных вспучивающихся покрытий. Фундаментальные исследования. 2013;(4-3):571–574.Kalmagambetova A.Sh., Ayapbergenova B.E., Divak L.A., Bakirova D.G. Research of weather-resistant fireproof coatings. Fundamental Research. 2013;(4-3):571–574. (In Russian).Мельников Н.О., Старостенков А.С., Яковенко Т.В., Акинин Н.И. Исследование сохранения эффективности огнезащитных покрытий после ускоренного старения. В: Успехи в специальной химии и химической технологии. Труды Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 80-летию основания Инженерного химико-технологического факультета РХТУ им. Д.И. Менделеева. Москва: Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; 2015, с. 388–392.Melnikov N.O., Starostenkov A.S., Yakovenko T.V., Akinin N.I. Research of the fireproof coatings efficiency preservation after the accelerated aging. In: Successes in special chemistry and chemical technology. Proceedings of the All-Russian scientific and technical conference dedicated to the 80th anniversary of the founding of the Engineering Chemical Technology Faculty of D.I. Mendeleev Russian Chemical University. Moscow: Mendeleev Russian University of Chemical Technology; 2015, pp. 388–392. (In Russian).Умрихина М.Ю., Шорохова Т.О., Пьянкова Л.А., Кудрявцев А.А., Уткин С.В. Исследование старения огнезащитных вспучивающихся покрытий методами СЭМ, XRD и ИК-спектроскопии. Пожаровзрывобезопасность. 2020;29(5):60–70. https://doi.org/10.22227/PVB.2020.29.05.60-70.Umrikhina M.Yu., Shorokhova T.O., Pyankova L.A., Kudryavtsev A.A., Utkin S.V. Using scanning electron microscopy, x-ray diffraction and IR spectroscopy to study the ageing of intumescent fire-proof coatings. Pozharovzryvobezopasnost = Fire and Explosion Safety. 2020;29(5):60–70. (In Russian). https://doi.org/10.22227/pvb.2020.29.05.60-70Яковлев А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий. Ленинград: Химия; 1989.Yakovlev A.D. Chemistry and technology of paint and varnish coatings. Leningrad: Khimiya Publ.; 1989. (In Russian).Карякина М.И. Физико-химические основы процессов формирования и старения покрытий. Москва: Химия; 1980.Karyakina M.I. Physico-chemical bases of processes of formation and aging of coatings. Moscow: Khimiya Publ.; 1980. (In Russian).ГОСТ 9.401-2018. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Общие требования и методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов. Москва: Стандартинформ; 2018.State Standard 9.401-2018. Unified system of corrosion and ageing protection. Paint coatings. General requirements and methods of accelerated tests on resistance to the influence of climatic factors. Moscow: Standartinform Publ.; 2018. (In Russian).Смирнов Н.В., Дудеров Н.Г., Булага С.Н., Булгаков В.В., Михайлова Е.Д., Толпeкина Н.А., Лезова М.В. Оценка огнезащитных свойств покрытий в зависимости от сроков их эксплуатации: методика. Москва: ВНИИПО; 2016.Smirnov N.V., Duderov N.G., Bulaga S.N., Bulgakov V.V., Mikhailova E.D., Tolpekina N.A., Lezova M.V. Evaluation of fireproof properties of coatings depending on their service life: methodology. Moscow: VNIIPO; 2016. (In Russian).EAD 350402-00-1106. Fire protective products. Reactive coatings for fire protection of steel elements [internet]. EOTA; 2017. Available at: https://www.eota.eu/download?file=/2015/15-35-0402/ead%20for%20ojeu/ead%20350402-00-1106_ojeu2017.pdfEAD 350402-00-1106. Fire protective products. Reactive coatings for fire protection of steel elements [internet]. EOTA; 2017. Available at: https://www.eota.eu/download?file=/2015/15-35-0402/ead%20for%20ojeu/ead%20350402-00-1106_ojeu2017.pdfГОСТ 16523-97. Прокат тонколистовой из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения. Технические условия. Минск: Издательство стандартов; 1999.State Standard 16523-97. Rolled sheets from quality and ordinary carbon steel for general purposes. Specifications. Minsk: Publishing house of standards; 1999. (In Russian).ГОСТ 9045-93. Прокат тонколистовой холоднокатаный из низкоуглеродистой качественной стали для холодной штамповки. Технические условия. Минск: Издательство стандартов; 1996.State Standard 9045-93. Cold-rolled thin sheets of low-carbon steel for cold stamping. Specifications. Minsk: Publishing house of standards; 1996. (In Russian).ГОСТ 9.104-2018 (ISO 12944-2:2017, NEQ). Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Группы условий эксплуатации. Москва: Стандартинформ; 2019.State Standard 9.104-2018 (ISO 12944-2:2017, NEQ). Unified system of corrosion and ageing protection. Paint coatings. Groups of operation conditions. Moscow: Standartinform Publ.; 2019. (In Russian).ГОСТ 15150-69. Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды. Москва: Стандартинформ; 2010.State Standard 15150-69. Machines, instruments and other industrial products. Modifications for different climatic regions. Categories, operating, storage and transportation conditions as to environment climatic aspects influence. Moscow: Standartinform Publ.; 2010. (In Russian).ГОСТ 9.407-2015. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Метод оценки внешнего вида. Москва: Стандартинформ; 2015.State Standard 9.407-2015. Unified system of corrosion and ageing protection. Paint coatings. Method of appearance rating. Moscow: Standartinform Publ.; 2015. (In Russian).ГОСТ Р 51372-99. Методы ускоренных испытаний на долговечность и сохраняемость при воздействии агрессивных и других специальных сред для технических изделий, материалов и систем материалов. Общие положения. Москва: Госстандарт России; 2000.State Standard R 51372-99. Accelerated life and storable life test methods in special aggresive and other special media for technical products, materials and systems of materials. General. Moscow: Gosstandart of Russia; 2000. (In Russian).ГОСТ Р 51369-99. Методы испытаний на стойкость к климатическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие влажности. Москва: Госстандарт России; 2000.State Standard R 51369-99. Climatic environment stability test methods for machines, instruments and other industrial products. Test for influence of humidity. Moscow: Gosstandart of Russia; 2000. (In Russian).ГОСТ 7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. Москва: Госстрой России; 2000.State Standard 7076-99. Building materials and products. Method of determination of steady-stale thermal conductivity and thermal resistance. Moscow: Gosstroy of Russia; 2000. (In Russian).ГОСТ Р 53295-2009. Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности. Москва: Стандартинформ; 2009.State Standard R 53295-2009. Fire retardant compositions for steel constructions. General requirement. Method for determining fire retardant efficiency. Moscow: Standartinform Publ.; 2009. (In Russian).ГОСТ Р 53293-2009. Пожарная опасность веществ и материалов. Материалы, вещества и средства огнезащиты. Идентификация методами термического анализа. Москва: Стандартинформ; 2011.State Standard R 53293-2009. Fire hazard of substances and materials. Materials, substance and fire protective means. Identification by thermal analysis methods. Moscow: Standartinform Publ.; 2011. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.