Огнестойкость стен, заделанных эпоксидной смолой

29.06.2016

Основные сомнения, связанные с ограничением широкого применения эпоксидных смол, обычно вызываются отсутствием данных, характеризующих их огнестойкость. Вместе с тем еще в 1979 г. в лаборатории строительных конструкций Калифорнийского университета (Лонг-Бич, США) И. Пленником и М. Фемом были проведены испытания стен, заделанных эпоксидной смолой и работающих на сдвиг, огневой нагрузкой.
Испытанию подверглись образцы под огневым воздействием, отождествляющим два различных вида строительных пожаров (рис. 5.1) — по методологии американского общества испытания материалов, предусматривающей двухчасовое испытание с непрерывным нарастанием температуры без отражения явлений охлаждения и при кратковременном высокоинтенсивном испытании огнем по методике, предложенной проф. Б. Бреслером, согласно которой пожар отличается пиковым 15-минутным нагревом, быстрым падением температур и последующим медленным охлаждением до комнатной.
Огнестойкость стен, заделанных эпоксидной смолой

В качестве образцов принимались образцы стен из бетона класса В22,5, которые через 7 сут после изготовления разламывались под углом 45°, моделируя тем самым реальную поверхность растрескивания бетонных стен. Принятый наклон трещин, ввиду того, что сжимающая сила при испытании прикладывалась вертикально, обеспечивая максимальные срезывающие напряжения в заделанной эпоксидом трещине. Разрушенные пополам образцы бетонной стены выдерживались до инъекции эпоксидом минимально до 90 сут. Растрескавшиеся образцы выдерживались в лабораторных условиях, т.е. при температуре 21°С и 50%-й относительной влажности воздуха. По окончании периода выдержки в образцы впрыскивалась эпоксидная смола.
Образцы стен имели толщину 15, 20, 25 см, которые характеризовали глубину трещин, так как последние проходили по всей толщине стены. Ширина (толщина) трещин принималась 1,2; 2,5 и 6,2 мм. Использовались шесть различных эпоксидных связующих, которые являлись эпоксидными термореактивными смолами, полученными из промежуточных продуктов нефтепереработки. В эпоксидные связующие ни до, ни после инъекции связующего в трещины наполнители не вводились.
Связующие были разбиты на две группы — малой вязкости (четыре связующих); высокой вязкости (два связующих). Характеристики их представлены в табл. 5.3.
Эпоксидные смолы смешивались с отвердителями и впрыскивались под давлением 7 атм в трещины, которые были заделаны усиленной пластмассовой лентой и залиты штукатурным гипсом. После отвердения эпоксидного связующего заделка удалялась.
Огнестойкость стен, заделанных эпоксидной смолой

В процессе огневого испытания образцы не подвергались какой-либо внешней нагрузке. Однако по окончании огневого воздействия, образцы испытывались на сжатие для определения прочности в нагретом состоянии и остаточной прочности. Данные об испытании в нагретом состоянии относятся к исправленным эпоксидным образцам, подвергавшимся нагрузке сжатием немедленно после огневого воздействия. Оценка остаточной прочности относится к отремонтированным эпоксидами образцам бетона, которым дали остыть в лабораторных условиях (температура 21°С, относительная влажность воздуха 50%) в течение 7 сут, после чего они были испытаны на сжатие. Как показали испытания, остаточная прочность стен, отремонтированных эпоксидами и работающих на сдвиг, оказалась значительно выше прочности в нагретом состоянии.
В качестве огнезащитных покрытий, которые уменьшили бы глубину выгорания эпоксида и повысили прочность при нагреве и остаточную прочность, применялись штукатурный гипс, тонкие неогранические покрытия поверхности, тонкие органические покрытия поверхностей. Толщина штукатурного гипса была 1 дюйм (25,4 мм), опорный слой с песчаным наполнением 22 мм, слой тонкого покрытия 3 мм. Покрытие выдерживалось до огневого испытания не менее 30 сут. Использовался также слой штукатурки толщиной 10 мм, чтобы определить минимальную толщину покрытия, способную эффективно уменьшить глубину прогара эпоксидного покрытия.
Неорганические покрытия поверхности наносились на подвергавшиеся огневому воздействию образцы толщиной 1,2 и 2,5 мм. Эти неорганические покрытия состояли из смеси одной объемной части силиката натрия и одной объемной части портландцемента. Неорганическое покрытие наносилось мастерком и выдерживалось до огневого воздействия не менее 7 сут. Результаты огневого испытания свидетельствуют о неэффективности тонких неорганических покрытий такого типа.
Органические защитные покрытия наносились на подвергающиеся огневому воздействию поверхности в виде огнестойкого пеноэпоксида и вспучивающихся красок, задерживающих распространение огня. Толщина этих покрытий 1,2 и 2,5 мм. Покрытия наносились мастерком и выдерживались до огневого испытания не менее 7 сут.
Все огневые испытания проводились в печи с принудительной подачей смеси воздуха и природного газа, изготовленной специально для их испытаний из огнеупорного кирпича. Образцы помещались в печь так, чтобы только на одну их поверхность действовал огонь. В период огневого воздействия образец не подвергался нагрузкам. Сразу после огневого воздействия образцы забирались из печи и подвергались при испытании на прочность в нагретом состоянии нагрузке на сжатие до разрушения. Глубина прогара эпоксида определялась для каждого образца немедленно вслед за разрушением образца от нагрузки на сжатие.
Результаты испытаний образцов как в горячем состоянии, так и в случае остаточной прочности при сдвиге, инъецированных эпоксидной смолой малой вязкости по приведенным двум методологиям (1 и 2), показали, что ширина трещины мало влияет на глубину выгорания эпоксидной смолы, а разрушение эпоксида при сдвиге в процессе огневого испытания по методологии 1 наступает в случае, если температура внутри образца превышает температуру теплового коробления.
Испытания образцов без огнезащитных покрытий в горячем состоянии при эпоксидных смолах высокой вязкости как по методологии огневого воздействия 1, так и методологии 2, показали, что разрушение в эпоксиде характерно для случая, когда температура внутри образца превышает температуру теплового коробления. Отмечено, что предельные напряжения сдвигу при сжатии зависят от ширины трещин, обусловленных проявлением повышенных сил трения при малой ширине трещин, а глубина прогара мало зависит от ширины трещины. Причем испытания образцов на эпоксидных смолах малой и высокой вязкости дают аналогичные результаты (рис. 5.2, а, б).
Испытание образцов по определению остаточной прочности при сжатии в остывшем состоянии выше, чем при испытании в горячем состоянии, и для этих образцов более опасно испытание по методологии 1.
Огнестойкость стен, заделанных эпоксидной смолой

Защита неорганическим покрытием. При огневом испытании образцов по методологии 1 при заделке эпоксидной смолой малой вязкости и покрытии из слоя штукатурного гипса толщиной 10 и 25 мм выявлена исключительно высокая эффективность слоя штукатурки толщиной 25 мм, уменьшающего глубину прогара эпоксидной смолы и повышающего предел прочности при испытании в горячем состоянии. Вместе с тем наличие слоя штукатурки толщиной как 10, так и 25 мм показывает существенное возрастание остаточной прочности.
Результаты испытаний стен в горячем состоянии, заделанных эпоксидной смолой малой вязкости и оштукатуренных гипсовым раствором толщиной 10 и 25 мм, приведены на рис. 5.3. Огневые испытания, проведенные по методологии 2, показали большую эффективность слоев штукатурки как толщиной 25 мм, так и 10 мм, уменьшающих глубину прогара эпоксида и повышающих их предельную прочность образца на сдвиг при слое штукатурки толщиной 25 мм и невысокую эффективность при слое штукатурки толщиной 10 мм.
Огнестойкость стен, заделанных эпоксидной смолой

Защита тонким органическим покрытием. Результаты испытаний стен в нагретом состоянии, заделанных эпоксидной смолой малой вязкости с последующим тонким органическим покрытием в виде пеноэпоксида и замедляющих распространение огня красок, показали, что они не являются эффективными огнезащитными покрытиями даже при огневых испытаниях по методологии 2.
Защита повторной инъекцией. После огневого испытания и охлаждения прогоревшая трещина зачищалась сжатым воздухом и проволочной щеткой и затем повторно заделывалась путем инъецирования смолой малой вязкости, смешанной с раствором. Начальная глубина прогара эпоксидной смолы определялась после охлаждения образца, но до повторной инъекции эпоксидного связующего.
Результаты испытаний показали, что предельные напряжения образцов, подвергшихся повторной инъекции, мало зависят от ширины трещин. Причем более опасно испытание по методологии 2. Использование повторной инъекции эпоксидной смолы малой вязкости является чрезвычайно эффективным средством заделки эпоксидным связующим стен, работающих на сдвиг, которые подверглись огневому воздействию.