Sự phồng nở (intumescent) - cơ chế bảo vệ của sơn chống cháy cho thép

Bài viết sau đây sẽ giới thiệu một số khái niệm và kiến thức cơ bản về sự phồng nở, nguyên lý bảo vệ thép của sơn chống cháy thép dạng phồng nở.

Trong sơn chống cháy cho thép có chứa một số hoạt chất. Khi xảy ra cháy, thời gian đốt cháy trôi qua một số phút và ngọn lửa lên đến khoảng 200 độ thì các hoạt chất này sẽ khiến sơn chống cháy cho thép phồng lên, tạo ra một lớp đệm dạng xốp như bánh xốp, với các bọt khí liti bên trong, giúp ngăn bớt nhiệt truyền qua vào tấm thép, do đó giúp giảm nhiệt độ tấm thép so với nhiệt độ trong môi trường hỏa hoạn. Sơn chống cháy cho thép khi trương phồng lên thì tạo ra lớp màng bảo vệ. Nhiệt độ trong nhà xưởng, nhà kho, tòa nhà khi cháy sẽ tăng dần đến hơn 1000 độ C. Với mức nhiệt độ này thép sẽ bị mất khả năng chịu lực và đổ sập. Tuy nhiên với sự bảo vệ, ngăn nhiệt của sơn chống cháy trương phồng (lúc này đã phồng lên thành một lớp than có độ dày dao động thường từ 2 đến 5 cm) thì nhiệt độ tấm thép sẽ dưới 539 độ C, và vẫn giữ được hình dạng, kết cấu và khả năng chịu lực trong suốt thời gian chống cháy tương ứng với mức thời gian đã được kiểm định của sơn chống cháy.

Một số khái niệm về sự phồng nở - nguyên lý bảo vệ của sơn chống cháy cho thép:

1. Phồng nở là gì?

Phồng nở là một chất phình ra do tiếp xúc nhiệt, do đó tăng thể tích và giảm mật độ của vật liệu. Phồng nở thường được sử dụng trong việc chống cháy thụ động và yêu cầu liệt kê, chấp thuận và tuân thủ trong các cấu hình đã được quy định sẵn để tuân thủ các quy định của pháp luật và luật xây dựng của các quốc gia.

Các chi tiết của từng bộ phận của nhà được xác định trong các tiêu chuẩn kỹ thuật do các cơ quan tiêu chuẩn quốc gia hoặc quốc tế công bố và xuất bản như Viện tiêu chuẩn Anh (BSI), Viện Tiêu chuẩn Đức (DIN), Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Mỹ (ASTM) hoặc Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO).

Các lớp phủ phồng nở cho các công trình bằng thép phải được phê duyệt thông qua các bài kiểm tra hỏa hoạn đạt chuẩn.

Một số tiêu chuẩn kiểm tra hỏa hoạn quan trọng được liệt kê dưới đây: Liên minh châu Âu: EN 13381-8 (Thay thế tiêu chuẩn quốc gia ở Châu Âu); Vương quốc Anh: BS 476-20 / 21 (thường được gọi là ở EU, Trung và Viễn Đông); Hoa Kỳ: ASTM E119 (tương đương với UL 263, được đề cập ở Trung và Viễn Đông), UL 1709 (Kiểm tra bằng đường cong lửa hydrocarbon); Nga: WNIIPO (Cũng được sử dụng ở các nước thuộc Liên bang Nga cũ); Chilê: NCh 1974; Trung Quốc: GB 14907 / CNS 11728; Hàn Quốc: KS F2257 1,6,7; Đài Loan: CNS 11728.

2. Các dạng phồng nở

Than mềm

Những ống này tạo ra một loại than nhẹ, một chất dẫn nhiệt kém, do đó làm chậm quá trình truyền nhiệt. Thông thường các than nhẹ sáng bao gồm bọt cacbon microporous được hình thành bởi một phản ứng hóa học của ba thành phần chính: ammonium polyphosphate, Pentaerythritol và Melamine. Phản ứng xảy ra trong một ma trận được hình thành bởi chất kết dính lỏng, thường dựa trên copolyme vinyl axetat hoặc acrylat styrene.

Các lớp phủ ablative chứa một lượng hydrat quan trọng. Khi hydrat được sử dụng, hơi nước được giải phóng, có tác dụng làm mát. Khi đã sử dụng nước, đặc tính cách điện của than còn lại có thể làm chậm chuyển nhiệt từ mặt tiếp xúc sang phía bên ngoài của bộ phận.

Các chất tạo ra than mềm thường được sử dụng trong màng mỏng để chống cháy kết cấu thép cũng như trong các gối chống cháy. Thông thường, áp suất giãn nở được tạo ra cho các sản phẩm này rất thấp, vì than cacbon mềm có ít chất, có lợi nếu mục tiêu là tạo ra một lớp cách điện.

Than cứng

Các than cứng hơn được sản xuất bằng silicat natri và than chì. Các sản phẩm này phù hợp để sử dụng trong ống nhựa ngăn cháy cũng như chống cháy thép ngoài trời. Trong những ứng dụng đó, cần tạo ra một loại than có trọng lượng hơn có thể gây áp lực mở rộng định lượng. Trong trường hợp cháy rừng, ống nhựa đang cháy và nóng chảy phải được vắt chặt lại với nhau và đóng lại để không có chỗ hở để lan truyền đến một bức tường hoặc sàn nhà có độ chống cháy cao. Trong trường hợp chống cháy bên ngoài trời, một ngọn lửa hydrocarbon phải được giữ chặt với năng lượng động học có khả năng nhiều hơn là lửa nhà. Sự phồng nở mà rạo ra các lớp than cứng không phù hợp cho việc phun chống cháy trong nhà.

3. Các ứng dụng của lớp chống cháy dạng phồng nở có trong sơn chống cháy cho thép

Việc phồng nở được sử dụng để đạt được bảo vệ chống thụ động cho các ứng dụng như chặn cháy, chống cháy, gasketing và vỏ bọc cửa sổ. Các ứng dụng như vậy có liên quan đến các tòa nhà, công trình ngoài khơi, tàu và máy bay.

4. Điểm hạn chế của lớp phồng nở trong sơn chống cháy cho thép

Một số dạng phồng nở dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường, chẳng hạn như độ ẩm có thể làm giảm hoặc ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng hoạt động của các lớp phồng nở. Ở Đức, Viện Deutsches Institut für Bautechnik đã đo lường định lượng được khả năng kiểm tra thời gian của lớp phồng nở khi tiếp xúc với các môi trường khác nhau. Khả năng phồng nở và chống cháy của các lớp phồng nở thay đổi khi ở các môi trường khác nhau.