Совершенствование методов и средств огнезащиты на основе термостойких минеральных заполнителей для металлических конструкцийнефтегазового комплекса

Наименование компонента	Компонентный состав композиции, %
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Огнезащитный состав № 1
Вермикулит вспученный	30	28	26	25	23	22	21	20	18	17	15	13	11	10
Перлит вспученный	20	19	17	16	15	13	12	10	8	6	5	4	2	1
Асбест	25	24	22	20	19	17	16	15	13	11	10	8	6	5
Микросфера алюмосиликатная	20	19	17	16	15	13	11	10	8	7	5	4	3	1
Портландцемент	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70
Водоудерживаю-щая добавка	-	-	0,5	0,5	0,5	1,0	1,0	1,0	2,0	2,0	2,0	2,0	3,0	3,0
Сухой латекс	-	-	2	2	2	3	3	3	4	5	6	7	7	7
Пластификатор	-	-	0,5	0,5	0,5	1,0	1,0	1,0	2,0	2,0	2,0	2,0	3,0	3,0
Время схватывания (начало/конец), мин	60/110	56/101	49/94	45/90	35/81	28/72	20/67	15/60	17/65	18/68	20/70	23/81	29/93	35/105
Водопоглощение, %	79,0	69,0	60,4	52,0	42,0	34,2	25,7	16,3	15,9	15,3	15,0	13,8	12,9	11,9
Адгезия	-	-	-	-	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Объемный вес, кг/м3	130	134	138	142	196	251	305	360	404	448	492	502	512	522
Прочность на сжатие, МПа	0,30	0,60	0,80	1,10	1,20	1,30	1,40	1,50	1,60	1,70	1,80	1,87	1,94	2,00

Таблица 2 Подбор термостойких минеральных заполнителей и определение физико-механических свойств состава № 2

	Наиме-нование компонента	Компонентный состав композиции, %
		1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Огнезащитный состав № 2
	Перлит вспучен-ный	45	43	40	37	35	33	30	27	25
	Вермику-лит вспу-ченный	25	22	20	18	15	12	10	8	5
	Магнези-альный цемент	30	35	40	45	50	55	60	65	70
	Время схватыва-ния (на-чало/конец), мин	10/25	12/31	15/35	18/39	20/45	23/51	25/60	32/78	35/90
Водопогло-щение, %		72,0	58,0	47,0	32,3	15,2	14,6	14,1	12,0	10,0
Адгезия		-	-	+	+	+	+	+	+	+
Объемный вес, кг/м3		234	287	340	396	452	502	552	612	671
Прочность на сжатие, МПа		0,5	0,9	1,3	1,7	2,0	2,3	2,6	2,8	3,3

Таблица 3 – Огнестойкость покрытий состава № 1

Номер компо-зиции	Толщина огнезащитного покрытия, мм
	5	10	15	20	25	30	35	40	45
	Огнестойкость, мин
1	33,6	47,0	62,0	98,9	134,0	154,1	-	-	-
2	32,6	46,0	60,0	96,0	130,0	149,0	-	-	-
3	31,5	45,0	58,0	93,0	125,0	145,0	-	-	-
4	31,0	44,0	57,0	90,0	121,0	142,0	-	-	-
5	30,8	43,6	56,6	90,2	122,7	147,4	190,3	219,0	251,0
6	30,0	43,1	56,0	90,5	124,3	153,0	193,0	227,0	256,0
7	29,4	42,7	55,4	90,8	126,0	160,0	195,8	234,0	263,0
8	29,0	42,5	55,0	91,1	127,9	164,4	198,7	240,0	269,0
9	27,4	41,0	54,6	87,0	121,3	151,3	178,0	214,0	245,0
10	25,3	40,0	54,4	84,0	115,0	139,0	157,0	189,0	221,0
11	24,3	39,0	54,1	80,7	109,1	127,0	138,0	164,8	199,0
12	21,0	35,0	52,0	77,5	103,0	119,0	132,0	162,0	188,0
13	19,0	31,0	51,0	74,0	97,4	114,0	128,0	159,0	178,3
14	17,0	28,0	49,5	71,0	93,0	109,0	123,0	157,0	168,5

Таблица 4 – Огнестойкость покрытий состава № 2

Номер компо-зиции	Толщина огнезащитного покрытия, мм
	5	10	15	20	25	30	35	40	45
	Огнестойкость, мин
1	30,3	40,2	58,2	91,4	126,0	160,0	192,2	233,0	247,0
2	29,0	39,8	57,0	90,6	123,0	154,0	186,0	224,0	246,4
3	28,1	39,5	55,6	90,0	120,7	150,1	180,8	218,7	246,0
4	27,4	39,2	54,0	89,3	119,7	149,0	178,0	214,0	245,6
5	27,0	39,0	53,0	89,0	119,0	148,1	176,0	211,0	245,5
6	24,0	35,8	50,7	84,3	110,0	135,0	161,2	200,1	232,0
7	22,0	33,1	48,9	80,0	103,0	123,6	148,0	189,9	220,0
8	18,3	27,9	46,0	73,6	94,5	109,7	133,2	169,7	190,0
9	15,0	23,1	44,0	67,8	87,0	97,9	120,0	148,4	162,3

В третьей главе разработана методика индивидуального проектирования огнезащитных составов. В настоящее время проектированию огнезащитных составов под конкретные условия эксплуатации уделяется минимальное – оценочное – значение. Однако качественное проектирование и учет предъявляемых требований к этому составу позволяют: значительно оптимизировать его физико-механические показатели; задать необходимую величину огнестойкости; снизить стоимость самого состава и затраты на нецелесообразное нанесение дополнительных слоев огнезащиты.

Известны расчетные способы проектирования составов и графические способы их подбора. Автором для разработки методики проектирования был выбран графический способ проектирования огнезащитного состава. В его основу закладывалась трехсторонняя номограмма «состав – свойство». Номограмма представляет равностороннюю треугольную систему
(базовый треугольник, которой имеет равные стороны), параметры
системы принимаются за 100 %, т.е. каждая сторона треугольника обозначает содержание компонентов от 0 % до 100 % и разбивается
на равные участки. Треугольная равносторонняя номограмма характеризуется тем, что любая точка внутри неё определяется
тремя координатами (компонентами), причем сумма этих координат равняется 100 %. Данное условие позволило определить положение любой точки по двум известным координатам, а третья определялась вычитанием суммы двух первых из 100 %.

При построении номограммы в равносторонней треугольной системе координат каждую сторону разбивали на отрезки одинаковой длины. Положение каждой точки характеризуется значением трех координат, и наоборот. Значение каждой координаты (компонента) определяется числом отрезков, отсекаемых от соответствующей компонентной оси, проведенной из этой точки параллельно следующей оси координат, считая по направлению против часовой стрелки. Полученные координаты точек соединялись между собой и соответствовали результатам исследований для определения одного из свойств состава, приведенным в таблице 5.

Таблица 5 – Компоненты огнезащитного состава № 1

Номограммы рисунков 3, 4	Водопоглощение, %	Объемный вес, кг/м3	Прочность, МПа
Точка 1	79,0	130	0,3
Точка 2	52,0	142	1,1
Точка 3	16,3	360	1,5
Точка 4	15,0	492	1,8
Точка 5	11,9	522	2,0

Проектирование составов по номограммам (рисунки 3, 4) производится следующим образом. На первом этапе определяются заданные свойства (водопоглощение, объемный вес, прочность), далее на кривой номограммы рисунка 5 определяется точка, соответствующая требуемому свойству.

Рисунок 3 – Количество цемента и добавок при различных свойствах ОС № 1

Рисунок 4 – Количество компонентов при различных свойствах ОС № 1

После этого по пересечению параллельных (противоположным сторонам) линий через полученную точку определяются количества минерального вяжущего, дополнительных добавок и общего количества термостойких минеральных заполнителей. Разработанная номограмма является ключевой для определения необходимого количества каждого минерального термостойкого компонента. Далее в зависимости от суммы найденного количества цемента и дополнительных добавок по пересечению противоположными сторонами параллельных линий, по кривым на номограмме рисунка 6 находятся количества вспученного вермикулита и перлита, асбеста и микросферы алюмосиликатной. При определении количественного состава компонентов выполнялась проверка правильности полученных результатов – общее количество компонентов в составе должно составлять 100 %. Для ОС № 2 была разработана номограмма, приведенная на рисунке 5.

Таблица 6 – Компоненты огнезащитного состава № 2

Номограмма рисунка 5	Водопоглощение, %	Объемный вес, кг/м3	Прочность, МПа
Точка 1	72,0	234	0,5
Точка 2	47,0	340	1,3
Точка 3	15,2	452	2,0
Точка 4	14,1	552	2,6
Точка 5	10,0	671	3,3