Cum să igniți structurile din oțel?

Structurile din oțel au o slăbiciune critică: rezistență slabă la foc. Pentru a se asigura că structurile din oțel își mențin rezistența și rigiditatea pentru perioade lungi de timp în timpul incendiilor, salvând vieți și proprietăți, mai multe măsuri de protecție împotriva incendiilor sunt adesea implementate în proiectele de inginerie practică.

Acest articol va detalia diferite măsuri de protecție împotriva incendiilor pe baza principiilor lor de bază și va compara avantajele și dezavantajele acestora.

Măsurile de apărare împotriva incendiilor din structură din oțel se împart în două categorii pe bază de principiu: metode de izolare termică și metode de răcire cu apă. Obiectivul lor comun este de a se asigura că componentele nu depășesc temperatura lor critică într-un interval de timp specificat. Distincția constă în abordare: metodele de izolare termică împiedică transferul de căldură către componente, în timp ce metodele de răcire cu apă permit căldurii să ajungă la componente și apoi să o disipeze pentru a atinge obiectivul.

Clasa de rezistență la foc a unei structuri din oțel se referă la durata în care rezistă la foc în timpul unui test standard de incendiu, măsurată din momentul în care este expusă la foc până când își pierde stabilitatea, integritatea sau izolația termică.

Este important de reținut că, în timp ce oțelul în sine nu se aprinde și nu arde, proprietățile sale sunt afectate semnificativ de temperatură. La 250 de grade, duritatea la impact a oțelului scade; și dincolo de 300 de grade, punctul său de curgere și rezistența finală scad semnificativ. În incendiile reale, cu condiții de încărcare constante, temperatura critică la care structurile din oțel își pierd stabilitatea echilibrului static este de aproximativ 500 de grade, în timp ce temperaturile tipice ale focului ajung la 800-1000 de grade. În consecință, la temperaturi ridicate de foc, structurile din oțel suferă rapid deformare plastică, ceea ce duce la defecțiuni localizate și, în cele din urmă, provoacă colapsul și defectarea întregii structuri.

Structurile din oțel trebuie să includă măsuri de protecție împotriva incendiilor pentru a asigura cote suficiente de rezistență la foc. Acest lucru previne încălzirea rapidă a componentelor din oțel la temperaturi critice în timpul incendiilor, evită deformarea excesivă care duce la prăbușirea structurii și, prin urmare, câștigă timp prețios pentru stingerea incendiilor și evacuarea în siguranță, minimizând pierderile-de incendiu.

Metode cu bariere termice
Metodele de barieră termică, clasificate după acoperiri ignifuge și materiale de încapsulare, includ tehnici de pulverizare și încapsulare. Metoda de pulverizare protejează componentele prin acoperire sau pulverizare de acoperiri ignifuge. Metoda de încapsulare poate fi împărțită în continuare în încapsulare goală și încapsulare solidă.

Metoda de pulverizare

În mod obișnuit, straturile ignifuge sunt aplicate sau pulverizate pe suprafețele de oțel pentru a forma un strat de izolație termică rezistentă la foc-, sporind gradul de rezistență la foc al structurilor din oțel. Această metodă oferă o construcție simplă, greutate redusă, durată extinsă de rezistență la foc și nu este restricționată de forma geometrică a componentelor din oțel. Oferă o rentabilitate-bună și practic, făcându-l aplicat pe scară largă. Acoperirile ignifuge cu structură de oțel sunt de diferite tipuri, clasificate în două clase: acoperiri cu peliculă subțire-clasa B (adică acoperiri ignifuge intumescente cu structură din oțel) și acoperiri cu peliculă gros- clasa H.

Acoperirile ignifuge de clasa B au de obicei o grosime de acoperire de 2-7 mm. Materialul lor de bază este rășina organică, oferind un anumit efect decorativ în timp ce se extinde și se îngroașă la temperaturi ridicate. Nivelul lor de rezistență la foc poate ajunge la 0,5 până la 1,5 ore. Acoperirile ignifuge cu structură de oțel cu peliculă subțire-au un strat subțire, greutate redusă și rezistență bună la vibrații. Pentru structurile din oțel de interior expuse și structurile ușoare din oțel pentru acoperiș, unde este specificată o rezistență la foc de 1,5 ore sau mai puțin, se recomandă acoperiri ignifuge pentru structuri de oțel cu peliculă subțire-. Acoperirile de tip H-ignifuge au de obicei o grosime de acoperire de 8 până la 50 mm și prezintă o suprafață granulară. Sunt compuse în principal din materiale termoizolante anorganice, au o densitate scăzută și conductivitate termică. Evaluările de rezistență la foc pot ajunge la 0,5 până la 3,0 ore. Acoperirile structurale ignifuge cu peliculă groasă-sunt în general in-incombustibile, rezistente la îmbătrânire și oferă o durabilitate sigură. Pentru structurile din oțel de interior ascunse, structurile-înalte din-oțel și structurile din oțel pentru fabrici industriale cu mai multe-etaje care necesită un rating de rezistență la foc de 1,5 ore sau mai mult, trebuie selectate acoperiri structurale ignifuge cu peliculă groasă.

Metoda de încapsulare

1) Metoda de încapsulare goală: utilizează de obicei plăci ignifuge sau cărămizi refractare pentru a acoperi componentele din oțel de-a lungul perimetrului lor exterior. Majoritatea structurilor din oțel din uzinele petrochimice interne utilizează zidărie din cărămidă refractară pentru a proteja componentele din oțel. Această metodă oferă rezistență ridicată și rezistență la impact, dar are dezavantaje, inclusiv cerințe semnificative de spațiu și construcție complexă. Folosind panouri refractare ușoare, cum ar fi plăci de ciment armat-fibră, plăci de gips sau plăci de vermiculit ca straturi exterioare ignifuge. Metoda casetei-pentru componente mari din oțel oferă avantaje, inclusiv suprafețe netede și plane finisate, costuri reduse, pierderi minime de material, lipsă de poluare a mediului și rezistență la îmbătrânire, prezentând perspective promițătoare pentru adoptarea pe scară largă.

2) Metoda de incintă solidă: implică de obicei acoperirea componentelor din oțel prin turnarea betonului pentru a le încapsula complet. Această metodă a fost folosită pentru coloanele de oțel din Centrul Financiar Mondial Pudong din Shanghai. Avantajele sale includ rezistența ridicată și rezistența la impact, dar dezavantajele includ spațiul substanțial ocupat de stratul de protecție din beton și construcția relativ complexă, în special pe grinzile și bretele de oțel.

Metode de răcire cu apă

Metodele de răcire cu apă includ răcirea prin pulverizare cu apă și răcirea cu apă-.

Răcire prin pulverizare cu apă
Răcirea prin pulverizare cu apă presupune instalarea de sisteme de sprinklere automate sau manuale deasupra structurii de oțel. În timpul unui incendiu, activarea aspersoarelor formează o peliculă continuă de apă pe suprafața de oțel. Când flăcările ajung la suprafața oțelului, apa care se evaporă absoarbe căldură, întârziind atingerea temperaturii limită a structurii. Această metodă a fost implementată în clădirea de inginerie civilă de la Universitatea Tongji.

Răcire-Umplută cu apă

Răcirea-umplută cu apă implică umplerea elementelor goale din oțel cu apă. Circulația apei în structura de oțel absoarbe căldura generată de oțel în sine, permițând structurii să mențină temperaturi mai scăzute în timpul unui incendiu și să prevină pierderea capacității portante-din cauza încălzirii excesive. Pentru a preveni coroziunea și înghețul, apa trebuie să conțină inhibitori de rugină și agenți antigel. Această metodă a fost folosită pentru coloanele de oțel din clădirea de 64 de etaje din US Steel din Pittsburgh, SUA.

Metodele de izolare termică utilizează materiale de blocare{0}}caldura pentru a încetini transferul de căldură către componentele structurale din oțel. În general, izolația oferă o mai bună viabilitate economică și caracter practic, făcând-o adoptată pe scară largă în aplicațiile reale de inginerie. În timp ce răcirea cu apă este o măsură eficientă de protecție împotriva incendiilor, cerințele sale specializate de proiectare structurală și costurile mai mari au limitat adoptarea sa pe scară largă în practica inginerească.

Deoarece izolația termică este utilizată pe scară largă în protecția împotriva incendiilor structurilor din oțel, secțiunea următoare se concentrează pe compararea avantajelor și dezavantajelor metodelor de acoperire prin pulverizare și încapsulare în cadrul măsurilor de izolare termică.

Rezistenta la foc

În ceea ce privește rezistența la foc, metoda de încapsulare depășește metoda de acoperire prin pulverizare. Materialele de încapsulare, cum ar fi betonul și cărămizile refractare, prezintă o rezistență superioară la foc în comparație cu acoperirile convenționale ignifuge. În plus, rezistența la foc a noilor panouri ignifuge o depășește pe cea a straturilor ignifuge. Limita lor de rezistență la foc este semnificativ mai mare decât cea a materialelor izolatoare ignifuge de aceeași grosime pentru structurile din oțel și chiar o depășește pe cea a straturilor ignifuge intumescente.

Durabilitate

Materialele de încapsulare precum betonul prezintă o durabilitate superioară, rezistând la degradarea performanței în timp. Durabilitatea rămâne o provocare nerezolvată pentru acoperirile ignifuge cu structuri de oțel. Straturile ignifuge subțiri și ultra-pe bază organică-, indiferent dacă sunt aplicate în interior sau în exterior, pot suferi descompunerea, degradarea sau îmbătrânirea componentelor lor organice. Acest lucru duce la descuamarea acoperirii, la pudrarea sau la pierderea proprietăților de ignifugare.

Lucrabilitate

Aplicarea prin pulverizare pentru protecția împotriva incendiilor din oțel este simplă, nefiind nevoie de unelte complexe. Cu toate acestea, acoperirile aplicate prin pulverizare-oferă un control slab al calității-înlăturarea ruginii, grosimea stratului de acoperire și umiditatea mediului sunt dificil de gestionat. Metodele de încapsulare sunt mai complexe, în special pentru bretele și grinzile, dar oferă o controlabilitate superioară și o calitate constantă. Limitele de rezistență la foc pot fi controlate cu precizie prin ajustarea grosimii materialului de încapsulare.

Impactul asupra mediului

Aplicarea prin pulverizare poluează mediul în timpul construcției, mai ales că gazele nocive pot fi emise la temperaturi ridicate. Metodele de încapsulare nu produc emisii toxice în timpul construcției, utilizării normale sau în condiții de incendiu, beneficiind de protecția mediului și siguranța personalului în timpul incendiilor.

Economie

Metoda de pulverizare are o construcție simplă, o durată scurtă a proiectului și costuri reduse de construcție. Cu toate acestea, acoperirile rezistente la foc sunt scumpe, iar costurile de întreținere sunt mari din cauza unor probleme precum îmbătrânirea acoperirii. Metoda de ambalare are costuri de construcție mai mari, dar utilizează materiale ieftine și implică cheltuieli de întreținere reduse. În general, metoda de ambalare oferă o eficiență economică mai bună.

Aplicabilitate

Metoda de pulverizare nu este restricționată de geometria componentelor și este utilizată pe scară largă pentru protejarea grinzilor, stâlpilor, plăcilor de podea, structurilor de acoperiș și a altor componente. Este deosebit de potrivit pentru protecția împotriva incendiilor în sistemele structurale spațiale, cum ar fi structurile ușoare din oțel, structurile cu cadru spațial și structurile neregulate din oțel. Metoda de înfășurare implică o construcție complexă, în special pentru componente precum grinzile și bretele de oțel. Este, în general, mai frecvent utilizat pentru coloane și are o gamă mai puțin extinsă de aplicații decât metoda de pulverizare.

Ocuparea spațiului

Acoperirile ignifuge utilizate în aplicarea prin pulverizare ocupă un volum minim, în timp ce materialele de încapsulare precum betonul și cărămizile ignifuge consumă spațiu, reducând suprafața utilă. În plus, materialele de încapsulare sunt semnificativ mai grele.

Pe baza analizei de mai sus se pot trage următoarele concluzii:

1) Selectarea măsurilor de protecție împotriva incendiilor pentru structurile din oțel trebuie să ia în considerare mai mulți factori, inclusiv tipul elementului, dificultatea construcției, cerințele de calitate, nevoile de durabilitate și eficiența economică;

2) Comparând aplicarea prin pulverizare și metodele de încapsulare, aplicarea prin pulverizare oferă în primul rând avantaje în tehnicile de construcție simplificate și modificarea minimă a aspectului componentelor după-aplicare. Încapsularea oferă în primul rând avantaje în ceea ce privește costul mai mic, rezistența superioară la foc și durabilitatea;

3) Fiecare măsură de protecție împotriva incendiilor are puncte forte și limitări distincte. În aplicațiile de inginerie, combinarea mai multor măsuri poate valorifica avantajele respective și poate compensa neajunsurile. Implementarea diferitelor măsuri poate stabili mai multe straturi de protecție împotriva incendiilor.