Диаграммы огнезащитной способности материалов покрытий на металлических конструкциях
Приведены диаграммы огнезащитной способности для огнезащитных материалов покрытий из армированного гипса, вермикулита и вспучивающегося материала СП-А2, для которых ранее методом обратных задач получены температурные зависимости теплопроводности и удельной объемной теплоемкости в диапазоне температу...
Gespeichert in:
| Datum: | 2006 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2006
|
| Schriftenreihe: | Промышленная теплотехника |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61375 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Диаграммы огнезащитной способности материалов покрытий на металлических конструкциях / С.В. Цвиркун // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 1. — С. 88-94. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-61375 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-613752014-05-05T03:01:34Z Диаграммы огнезащитной способности материалов покрытий на металлических конструкциях Цвиркун, С.В. Измерение, контроль, автоматизация тепловых процессов Приведены диаграммы огнезащитной способности для огнезащитных материалов покрытий из армированного гипса, вермикулита и вспучивающегося материала СП-А2, для которых ранее методом обратных задач получены температурные зависимости теплопроводности и удельной объемной теплоемкости в диапазоне температур от комнатных до 1000 °С. Наведено діаграми вогнезахисної здатності для вогнезахисних матеріалів покриттів з армованого гіпсу, вермикуліту та матеріалу СП-А2, що спучується, для яких раніше методом зворотних задач отримано температурні залежності теплопровідності й питомої об'ємної теплоємності в діапазоні температур від кімнатних до 1000 °С. We present diagrams of the fireproof ability for fireproof cover materials made of reinforced plaster, vermiculite, and swelling SP-A2 material, for which temperature dependences of the heat conductivity and volume specific heat the temperature range from room up to 1000 °С were obtained earlier using the method of inverse problems. 2006 Article Диаграммы огнезащитной способности материалов покрытий на металлических конструкциях / С.В. Цвиркун // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 1. — С. 88-94. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61375 614.841.332:620.197.6 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Измерение, контроль, автоматизация тепловых процессов Измерение, контроль, автоматизация тепловых процессов |
| spellingShingle |
Измерение, контроль, автоматизация тепловых процессов Измерение, контроль, автоматизация тепловых процессов Цвиркун, С.В. Диаграммы огнезащитной способности материалов покрытий на металлических конструкциях Промышленная теплотехника |
| description |
Приведены диаграммы огнезащитной способности для огнезащитных материалов покрытий из армированного гипса, вермикулита и вспучивающегося материала СП-А2, для которых ранее методом обратных задач получены температурные зависимости теплопроводности и удельной объемной теплоемкости в диапазоне температур от комнатных до 1000 °С. |
| format |
Article |
| author |
Цвиркун, С.В. |
| author_facet |
Цвиркун, С.В. |
| author_sort |
Цвиркун, С.В. |
| title |
Диаграммы огнезащитной способности материалов покрытий на металлических конструкциях |
| title_short |
Диаграммы огнезащитной способности материалов покрытий на металлических конструкциях |
| title_full |
Диаграммы огнезащитной способности материалов покрытий на металлических конструкциях |
| title_fullStr |
Диаграммы огнезащитной способности материалов покрытий на металлических конструкциях |
| title_full_unstemmed |
Диаграммы огнезащитной способности материалов покрытий на металлических конструкциях |
| title_sort |
диаграммы огнезащитной способности материалов покрытий на металлических конструкциях |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Измерение, контроль, автоматизация тепловых процессов |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61375 |
| citation_txt |
Диаграммы огнезащитной способности материалов покрытий на металлических конструкциях / С.В. Цвиркун // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 1. — С. 88-94. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Промышленная теплотехника |
| work_keys_str_mv |
AT cvirkunsv diagrammyognezaŝitnojsposobnostimaterialovpokrytijnametalličeskihkonstrukciâh |
| first_indexed |
2025-07-05T12:25:27Z |
| last_indexed |
2025-07-05T12:25:27Z |
| _version_ |
1836809797871075328 |
| fulltext |
Введение
Одним из способов обеспечения огнестойкос;
ти металлических строительных конструкций яв;
ляется покрытие их огнезащитными материала;
ми. Для обеспечения требуемой огнестойкости
металлических конструкций существуют специ;
альные огнезащитные материалы, которые нано;
сят на металлические строительные конструкции.
Для проектирования металлических конструкций
с заданными пределами огнестойкости необхо;
димо уметь рассчитывать тепловое состояние
этих конструкций вместе с огнестойкими покры;
тиями на поверхности конструкций при нагреве
в условиях, близких к так называемым условиям
стандартного нагрева в огневых испытательных
печах. Результатом таких расчетов является, как
правило, минимальная толщина покрытия, удов;
летворяющая заданной огнестойкости рассмат;
риваемой металлической конструкции. Для таких
расчетов нужна информация о теплофизических
характеристиках (ТФХ) материала покрытия. Как
правило, ТФХ огнезащитных покрытий зависят
от температуры в диапазоне температур от ком;
натных до 1000 оС и наиболее часто определяют;
ся методами обратных задач по данным измере;
88 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 1
ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
Наведено діаграми вогнезахисної
здатності для вогнезахисних матеріалів
покриттів з армованого гіпсу, верми)
куліту та матеріалу СП)А2, що спу)
чується, для яких раніше методом зво)
ротних задач отримано температурні
залежності теплопровідності й питомої
об'ємної теплоємності в діапазоні тем)
ператур від кімнатних до 1000 оС. Діаг)
рами необхідні для практичного екс)
прес)визначення товщини вибраного
вогнезахисного матеріалу при заданих
значеннях вогнестійкості та зведеній
товщині сталевої несучої або огороджу)
вальної конструкцій, що використову)
ються для об'єктів цивільного та про)
мислового будівництва.
Приведены диаграммы огнезащит)
ной способности для огнезащитных ма)
териалов покрытий из армированного
гипса, вермикулита и вспучивающегося
материала СП)А2, для которых ранее
методом обратных задач получены тем)
пературные зависимости теплопровод)
ности и удельной объемной теплоемко)
сти в диапазоне температур от
комнатных до 1000 оС. Диаграммы не)
обходимы для практического экспресс)
определения толщины выбранного ог)
незащитного материала при заданных
значениях огнестойкости и приведен)
ной толщины стальной несущей или ог)
раждающей конструкций, используе)
мых для объектов гражданского и
промышленного строительства.
We present diagrams of the fireproof
ability for fireproof cover materials made of
reinforced plaster, vermiculite, and swelling
SP)A2 material, for which temperature
dependences of the heat conductivity and
volume specific heat the temperature
range from room up to 1000 оС were
obtained earlier using the method of
inverse problems. These diagrams are
necessary for practical express de termi)
nation of the thickness of the chosen fire)
proof material for the given values of fire
resistance and reduced thickness of a
steel bearing or protective structure, used
for objects of civil and industrial building.
УДК 614.841.332:620.197.6
ЦВИРКУН С.В.
Черкасский институт пожарной безопасности им. Героев Чернобыля
ДИАГРАММЫ ОГНЕЗАЩИТНОЙ СПОСОБНОСТИ
МАТЕРИАЛОВ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
КОНСТРУКЦИЯХ
С – удельная объемная теплоемкость;
n – общее количество точек измерения темпера;
туры;
R – потеря несущей способности;
Т – температура;
λ – коэффициент теплопроводности;
ρ – плотность
ТФХ – теплофизические характеристики.
Индексы:
Верхние
э – экспериментальное значение;
р – расчетное значение.
ния температур в отдельных точках образцов
“покрытие;металлическая стенка” при испытании
этих образцов в огневых печах. Необходимо отме;
тить работы Коздобы Л.А., Мацевитого Ю.М.,
Круковского П.Г., Новака С.В. и др. (Украина), а
также Алифанова О.М., Страхова В.Л. и др. (Рос;
сия), посвященных как развитию методов обрат;
ных задач, так и их применению к определению
ТФХ различных материалов. Методика нахожде;
ния зависимости толщины огнезащитного по;
крытия от приведенной толщины металлической
конструкции для разных значений пределов огне;
стойкости описана в Европейском стандарте [1].
Но эта методика требует испытания большого ко;
личества образцов (10–26), а также необходимость
задавать теплоемкость огнезащитного материала.
После проведения всех расчетов наибольшую
практическую ценность представляют диаграм;
мы огнезащитной способности огнезащитных
покрытий, представляющих собой зависимость
толщины огнезащитного покрытия от приведен;
ной толщины металлической конструкции для
разных значений пределов огнестойкости. Диа;
граммы получают путем многократного решения
задач теплопроводности для двухслойной плас;
тины с различными толщинами огнезащитного
покрытия и приведенной толщины металличес;
кой конструкции.
Авторами работ [2–4] ранее были получены
температурные зависимости ТФХ огнезащитных
покрытий из армированного гипса, вермикулита
и вспучивающегося материала СП;А2 фирмы
“Браншудс” (Германия) в диапазоне температур
от комнатных до 1000 оС по данным измерения
температур в отдельных точках образцов “покры;
тие;металлическая стенка” при испытании этих
образцов в огневых печах. Для таких материалов
в литературе нет диаграмм огнезащитной спо;
собности, поэтому получение таких диаграмм яв;
ляется целью данной работы.
Методика и результаты получения
теплофизических характеристик
В работах [2–4] были проведены эксперимен;
ты по определению огнестойкости материалов.
Для определения коэффициента теплопроводно;
сти и удельной объемной теплоемкости покры;
тий по данным измерений использовался метод
решения обратных задач. Для этого была создана
компьютерная модель теплового состояния ис;
следуемой конструкции, позволяющая рассчи;
тать одномерное распределение температур во
всех пространственных точках слоев во времени
и, в частности, в точках расположения термопар
при условиях нагрева, близких к условиям стан;
дартного температурного режима пожара. Ком;
пьютерная численная модель учитывает радиа;
ционно;конвективный теплообмен между
нагреваемой поверхностью покрытия и горячи;
ми газами печи.
Специальный итерационный метод и про;
грамма, описанные в [5], позволяют находить эти
теплофизические характеристики как функции,
зависящие от температуры, и одновременно по;
лучать расчетные кривые температур в точках
размещения термопар. Способ получения эф;
фективных коэффициентов теплопроводности и
теплоемкости покрытий заключался в выборе та;
ких зависимостей этих коэффициентов от темпе;
ратуры, которые дают расчетные температурные
кривые, полученные с помощью моделей, как
можно более близкие к соответствующим экспе;
риментальным значениям температур во време;
ни для разных схем испытаний.
Математически методика заключается в ми;
нимизации критерия
, (1)
Под словосочетанием выбор зависимостей
подразумевается выбор вида аппроксимации
функциональных зависимостей теплопроводно;
сти λ и теплоемкости С от температуры с после;
дующим поиском параметров этих аппроксима;
ций. В нашем случае такими параметрами были
коэффициенты сплайн;представления функцио;
нальных зависимостей теплопроводности и теп;
лоемкости от температуры. Для функциональной
зависимости теплопроводности от температуры
был выбран кубический вид сплайн;представле;
ния, для получения более устойчивого решения
дополнительно требовалось также применение
метода регуляризации А.Н.Тихонова, описанно;
го в [5–6].
( ) 2
1
1 , min
n
i i
i
T T C
n =
⎡ ⎤φ = − λ ⎯⎯→⎣ ⎦∑ Э P
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 1 89
ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
Процедура решения обратных задач, рассмот;
ренная в [5], позволяет использовать результаты
нескольких тестовых испытаний (эксперимен;
тов) одновременно. Преимущество состоит в
том, что одновременное использование несколь;
ких экспериментальных данных позволяет резко
повысить устойчивость (отсюда и точность) ре;
шения обратных задач, особенно в условиях ог;
раниченного объема экспериментальных дан;
ных, что имеет место в рассматриваемом в
данной работе случае.
В результате проведенных экспериментов и ре;
шений обратных задач найдены зависимости эф;
фективных коэффициентов теплопроводности λ
и удельной объемной теплоемкости С от темпера;
туры для трех огнезащитных материалов,; арми;
рованного гипса [2], рис.1, вермикулита [3],
рис.2, и вспучивающегося материала СП;А2 [3],
рис.3 при условиях нагрева, близких к условиям
стандартного температурного режима пожара.
Анализ экспериментальных кривых темпера;
туры во времени гипсового и вермикулитового
огнезащитных материалов, в местах установки
термопар, показывает наличие горизонтальных
участков в районе 100 оС. Это объясняется дегид;
ратацией и испарением содержащейся в матери;
алах воды, интенсивным поглощением теплоты,
поэтому зависимость эффективной теплоемкос;
90 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 1
ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
a
б
Рис. 1. Зависимость эффективных коэффициента теплопроводности (а) и удельной объемной
теплоемкости (б) гипсового покрытия от температуры.
ти от температуры (рис. 1(б), 2(б)) имеет при
~100 оС “всплеск”, который после 150 оС снижа;
ется. Пик теплопроводности в ~100 оС (рис. 1(а),
2(а)) объясняется оттоком паров воды от мест, где
происходит дегидратация и испарение воды, что
приводит к увеличению транспорта теплоты и
росту эффективной теплопроводности.
Анализируя экспериментальные температур;
ные кривые во времени для вспучивающего огне;
защитного материала СП;А2, видим наличие изло;
мов этих кривых в области температур 500…700 оС.
Это объясняется вспучиванием материала по;
крытия и сопровождающих это вспучивание
физико;химических процессов в материале с
поглощением теплоты. Поэтому зависимость
теплоемкости от температуры (рис. 3, б) была вы;
брана в виде равносторонней трапеции и имеет в
области температур 500…700 оС максимум.
Методика получения диаграммы
огнезащитной способности покрытий
После проведения всех расчетов наибольшую
практическую ценность представляют так назы;
ваемые диаграммы огнезащитной способности
огнезащитных покрытий, представляющих со;
бой зависимость толщины огнезащитного по;
крытия от приведенной толщины металлической
конструкции для разных значений пределов ог;
нестойкости. Диаграммы были получены путем
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 1 91
ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
a
б
Рис. 2. Зависимость эффективных коэффициента теплопроводности (а) и удельной объемной
теплоемкости (б) вермикулитового покрытия от температуры.
многократного решения прямых задач теплопро;
водности для двухслойной пластины с различны;
ми толщинами огнезащитного покрытия и при;
веденной толщины металлической конструкции
для полученных эффективных коэффициентов
теплопроводности и теплоемкости материалов.
92 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 1
ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
a
б
Рис. 3. Зависимость эффективных коэффициента теплопроводности (а) (сплошная кривая – функция,
пунктир – константа) и удельной объемной теплоемкости (б) покрытия СП%А2 от температуры.
Рис. 4. Зависимость толщины гипсового огнезащитного покрытия от толщины металла
для различных пределов огнестойкости R, мин.
Решением прямых задач определялись темпера;
туры на металлической пластине для разных тол;
щин металла и покрытия при различных огне;
стойкостях (временах достижения критической
температуры на металле) при стандартном темпе;
ратурном режиме нагрева образцов. Критическая
температура была взята 500 оС, а огнестойкости –
30, 60, 90, 120, 150 и 180 минут. Диапазон приведен;
ных толщин металла был выбран от 3 до 15 мм, так
как в этом диапазоне толщин выполнено большин;
ство строительных металлических конструкций.
На рис. 4–5 приведены полученные номо;
граммы – зависимости толщины различных ма;
териалов огнезащитных покрытий от приведен;
ной толщины металла для различных пределов
огнестойкости R.
Выводы
Получены диаграммы огнезащитной способности
для огнезащитных материалов покрытий из армиро;
ванного гипса, вермикулита и вспучивающегося ма;
териала СП;А2, для которых ранее методом обрат;
ных задач получены температурные зависимости
теплопроводности и удельной объемной теплоемко;
сти в диапазоне температур от комнатных до 1000 оС.
Диаграммы необходимы для практического
экспресс;определения толщины выбранного ог;
незащитного материала при заданных значениях
огнестойкости и приведенной толщины стальной
несущей или ограждающей конструкций, ис;
пользуемых для объектов гражданского и промы;
шленного строительства.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 1 93
ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
Рис. 5. Зависимость толщины вермикулитового огнезащитного покрытия
от толщины металла для различных пределов огнестойкости R, мин.
Рис. 6 Зависимость толщины вспучивающегося огнезащитного покрытия СП%А2
от толщины металла для различных пределов огнестойкости R, мин.
ЛИТЕРАТУРА
1. Europian Prestandart ENV 13381;4:2002 Test
methods for determining the contribution to the fire
resistance of structural members – Part 4: Applied
protection to steel members.
2. Цвиркун С.В., Круковский П.Г. Идентифи;
кация теплофизических характеристик огнеза;
щитных материалов по экспериментальным дан;
ным огневых испытаний. // Пром. Теплотехника.;
2004.;Т26.;№6.; С. 89;93.
3. Цвиркун С.В., Круковский П.Г. Опреде;
ление теплофизических характеристик вер;
микулито;силикатных плит по эксперимен;
тальным данным огневых испытаний. //
Вісник Черкаського державного техно;
логічного університету. – 2005. – №2. – С.
129–132.
4. Круковский П.Г., Цвиркун С.В. Определение
теплофизических характеристик вспучивающего;
ся огнезащитного покрытия по данным огневых
испытаний. // Науковий вісник УкрНДІПБ. –
2005. – № 1. – С. 5–13.
5. Круковский П.Г. Обратные задачи тепло;
массопереноса (общий инженерный подход).
Киев, Институт технической теплофизики НАН
Украины, 1998, 224 с.
6. Коздоба Л.А., Круковский П. Г. Методы ре;
шения обратных задач теплопереноса. Киев, На;
укова думка, 1982, 360 с.
Получено 26.08.2005 г.
94 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 1
ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
|