Експрес-метод визначення кінетики спучування вогнезахисного покриття

Реферат: Експрес-метод визначення теплофізичних властивостей вогнезахисного покриття, при якому зразок з вогнезахисним покриттям поміщають в тримач зразка та вставляють в випробувальну піч і фіксують його заданим чином, щоб кінець контрольної термопари притискувався до тильної поверхні зразка, включають нагрів випробувальної камери та піддають впливу теплового потоку електричної радіаційної панелі протягом певного проміжку часу, вимірюють температуру на зворотній поверхні та перед зразком термопарою і по виміряних величинам визначають теплоізоляційні властивості. Додатково візуально фіксують прояви ознак спучення покриття зразка лінійкою і відповідні результати виміряної температури та визначають кінетику спучування вогнезахисного покриття за залежністю e : n  T  TПС  e  k  Т Т  .  ПС   КС UA 113556 U (12) UA 113556 U UA 113556 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до способів визначення теплоізоляційних характеристик матеріалів, які використовуються для будівництва та облаштування приміщень, і призначена для визначення кінетики спучування вогнезахисного покриття. Відомий спосіб перевірення вогнезахисту матеріалів шляхом впливу на них джерела запалювання та визначення характеристик їх протидії (див. патент РФ № 2116096 МПК A62D 1/00, А62С 39/00, G01N 33/00). Також існує відомий стандартний спосіб визначення коефіцієнта спучення вогнезахисних покриттів (див. "ДСТУ-Н-П Б В. 1.1-29:2010 "Вогнезахисне обробляння будівельних конструкцій. Загальні вимоги та методи контролювання"). Недоліком даних способів є те, що вони придатні тільки для класифікаційного порівняння вогнезахисних покриттів між собою і не дають ніякої інформації про реальну спучуючу здатність покриття. Найбільш близьким до рішення, що заявляється, за суттю і результатом, що досягається, є спосіб визначення теплоізоляційних властивостей (див. патент РФ № 2180741 МПК G01N 3/08), при якому підготовлений зразок з вогнезахисним покриттям поміщають в тримач зразка та вставляють в випробувальну піч і фіксують його заданим чином, щоб кінець контрольної термопари притискувався до тильної поверхні зразка, включають нагрів випробувальної камери і контролюють і реєструють температури перед зразком і з тильної поверхні зразка і по виміряних величинам визначають теплоізоляційну здатність матеріалу. Критерієм оцінки теплоізоляційних властивостей використовується характер поведінки зразка вогнезахисного покриття при дії теплового потоку і є час прогріву металевої підкладки зразка до критичної температури металу (для сталі - 500 °C, алюмінію - 250 °C), при якій конструкція втрачає свою несучу здатність в умовах теплового впливу. Недоліком даного способу є те, що він не дозволяє достовірно оцінити процес спучування вогнезахисного покриття, а саме врахувати вплив зміну температури і кінетику розкладу зразків при термічній дії. Відомо, що при односторонньому нагріванні вогнезахисного покриття в його підповерхневому шарі формується змінне по товщині і в часі температурне поле, а також виділяються газоподібні продукти термічного розкладу та у міру зростання температури каркас твердне і фіксується в просторі, утворюючи шар пінококсу, який переміщається "назустріч" зовнішньому тепловому потоку (Страхов В.Л. Математическое моделирование работы и определение комплекса характеристик вспучивающейся огнезащиты / [В.Л. Страхов, А.Н. Гаращенко, В.П. Рудзинкий] // Пожаровзрывобезопасность. - 1997. - № 3. - С. 21-30), а параметри, такі як, швидкість і порядок реакції представляють із себе характеристики, що носять назву ефективних (або здаються) параметрів і, які відображають суму різних хімічних перетворень при термічній деструкції (Мадорский С.А. Термическое разложение органических полимеров. Пер. с англ. / Под ред. А.И. Иванова. - М.: Мир, 1967. - 326 с.). Задача корисної моделі - вдосконалення експрес-методу визначення кінетики спучування вогнезахисного покриття за рахунок застосування електричних нагрівачів, термопар та лінійки, в якому зразок піддається дії теплового потоку електричної радіаційної панелі і вимірюється висота спучення у часі, температура на зворотній поверхні та перед зразком. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в експрес-методі по визначенню кінетики спучування вогнезахисного покриття, при якому зразок з вогнезахисним покриттям поміщають в тримач зразка та вставляють в випробувальну камеру і фіксують його заданим чином, щоб кінець контрольної термопари притискувався до тильної поверхні зразка, включають нагрів випробувальної камери та піддають впливу теплового потоку електричної радіаційної панелі протягом певного проміжку часу, вимірюють температуру на зворотній поверхні та перед зразком термопарою і по виміряних величинам визначають теплоізоляційні властивості, при цьому додатково візуально фіксують прояви ознак спучення покриття зразка лінійкою у часі і відповідні результати виміряної температури та визначають кінетику спучування вогнезахисного покриття, яку розраховують за залежністю e : n  T  TПС  , e  k  Т Т   ПС   КС де k - коефіцієнт спучування:  k  1 0 1 UA 113556 U де  0 ,  1 - відповідно початкова та товщина покриття після закінчення процесу спучення, мм; 5 10 15 20 25 30 35 40 TПС , Т КС - відповідно температура початку та кінця процесу спучення, °C; T - текуче значення температури спучення, °C; n - порядок реакції розкладу покриття. Внаслідок патентно-інформаційного пошуку не виявлено аналога, який характеризується ознаками, що ідентичні всім істотним ознакам корисної моделі, а з відомого рівня техніки не виявлено перетворень, які характеризуються істотними відмітними ознаками на досягнення технічного результату. Це дозволяє зробити висновок про відповідність технічного рішення, що заявляється, критерію "новизна". Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де: - на фіг. 1 представлено пристрій, на якому здійснюється запропонований спосіб; - на фіг. 2 зображено залежність коефіцієнта спучення від температури, які визначали експериментально та обробляли за допомогою Microsoft Excel статечною функцією y  a  xb , де a і b - емпіричні константи, коефіцієнт спучення і порядок реакції та які складають для геоцементного покриття a  3 , b  1 , а для органо-мінерального a  47 , b  1,487 відповідно. Спосіб здійснюють таким чином. Підготовлений зразок 5 з вогнезахисним покриттям поміщають в тримач зразка 3, який прикріплений до дверцят 4 і фіксують його заданим чином, щоб кінець контрольної термопари 8 був притиснутий до тильної поверхні зразка та вставляють в випробувальну камеру 1. Встановлюють відповідну швидкість нагріву і температура у випробувальній камері за допомогою блоку 7. Включають прилад для реєстрації температури 11 та комп'ютер 12, нагрів випробувальної камери 1 за допомогою радіаційної панелі 2 та контролюють процес спучення через оглядове вікно 6 за допомогою лінійки 10. Під час проведення випробувань термопарою 8, 9 вимірюють температуру перед зразком і температури з тильної поверхні зразка та через оглядове скло 6 за допомогою лінійки 10 висоту спучення покриття. Після досягнення критичної температури з тильної поверхні зразка 5 (500 °C для сталі або 250 °C для алюмінію) дослідження закінчується і нагрів випробувальної камери 1 відключається, при цьому фіксується час від початку нагрівання до моменту досягнення критичної температури та визначається коефіцієнт спучення. Спочатку були проведені випробування геоцементного, а потім органо-мінерального покриття, нанесеного на стальну пластину товщиною близько 1 мм. При дії теплового потоку на зразки, за короткий проміжок часу при температурі перед зразком близько 100 °C відбувалось незначне спучення геоцементного покриття та наростання температури, яке продовжувалось більш інтенсивно після припинення спучення покриття, і після 368 с температура на оберненій поверхні виросла до 500 °C. Потім були проведені випробування зразків, які були оброблені органо-мінеральним вогнезахисним покриттям. Під час випробувань зразків було встановлено, що при температурі 100 °C почалося незначне спучення покриття, а за температури перед зразком близько 190 °C почалося більш інтенсивне спучення покриття та незначне підвищення температури на оберненій поверхні зразка, яке тривало протягом 760 с, критичне значення температури стальної пластини настало після 1820 с випробування, а коефіцієнт спучування після випробувань склав відповідно 3,0 та 47,0 (див. табл. 1). 45 Таблиця 1 Зразок покриття геоцементне органомінеральне Товщина Температура Температура кінця Коефіцієнт спучення, покриття, мм початку спучення, °C спучення, °C після випробувань 1 100 500 3,1 1 100 500 47,0 Встановлено, що динаміка зміни товщини спучення, отримана експериментально, співпадає з теоретично розрахованою за порядком реакції, що становить для геоцементного покриття 1, а для органо-мінерального відповідно 1,487 (див. табл. 2). 50 2 UA 113556 U Таблиця 2 Поточне значення температури спучення, °C 100 200 250 300 350 400 450 500 5 Коефіцієнт спучення Зразок покриття геоцементне органо-мінеральне експеримент розрахунок експеримент розрахунок 1 1 3.5 4,192095 1 1 12 14,03668 1 1,333333 20 19,26181 2 1,666667 24 24,62057 2.5 2 30 30,08829 3 2,333333 38 35,64831 3 2,666667 42 41,28859 3 3 47 47 Таким чином, дане технічне рішення у сукупності з новими суттєвими ознаками забезпечує достовірність визначення ефективності вогнезахисту твердих будівельних матеріалів. Даний спосіб може бути впроваджено при натурних випробуваннях з визначення показників якості вогнезахисних покриттів та при розробленні національного стандарту, який буде встановлювати номенклатуру показників. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Експрес-метод визначення теплофізичних властивостей вогнезахисного покриття, при якому зразок з вогнезахисним покриттям поміщають в тримач зразка та вставляють в випробувальну піч і фіксують його заданим чином, щоб кінець контрольної термопари притискувався до тильної поверхні зразка, включають нагрів випробувальної камери та піддають впливу теплового потоку електричної радіаційної панелі протягом певного проміжку часу, вимірюють температуру на зворотній поверхні та перед зразком термопарою і по виміряних величинам визначають теплоізоляційні властивості, який відрізняється тим, що додатково візуально фіксують прояви ознак спучення покриття зразка лінійкою і відповідні результати виміряної температури та визначають кінетику спучування вогнезахисного покриття за залежністю e  : n 20  T  TПС   e  k   Т Т  , ПС   КС де k  - коефіцієнт спучування: k  1 , 0 де  0 , 1 - відповідно початкова та товщина покриття після закінчення процесу спучення, мм; TПС , ТКС - відповідно температура початку та кінця процесу спучення, °C; 25 T - текуче значення температури спучення, °C; n - порядок реакції розкладу покриття. 3 UA 113556 U 4 UA 113556 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5