strona główna     REFERENCJE    Artykuły w pismach branżowych    Rynek Obróbki Powierzchni 2007
Rynek Obróbki Powierzchni 2007

Technologiczna rola farb w budownictwie jest ogólnie znana. Farby tworzą barierę oddzielająca materiał pomalowanego podłoża od środowiska zewnętrznego. Chronią pomalowane podłoża przed niekorzystnym działaniem czynników atmosferycznych lub biologicznych, mogą regulować absorpcję promieniowania, przenikanie powietrza lub wody, a przy tym prawie zawsze pełnią prozaiczną, ale bardzo ważną funkcję, jaką jest nadanie podłożu walorów estetycznych. Jak farby wypełniają te funkcje widzimy nieprzerwanie od momentu ich nałożenia do czasu, kiedy ulegną degradacji.


Istnieją jednak farby, których zasadnicze funkcje są utajone i statystycznie prawie nigdy nie są wykorzystane. Uaktywniają się one wyłącznie w warunkach krytycznych, na przykład w warunkach pożaru i wtedy ratują często ludzkie życie. Do takich farb należą ogniochronne farby pęczniejące.


Na potrzebę ochrony budynków przed pożarami zwrócono uwagę już w latach osiemdziesiątych XIX wieku. Zagrożenie pożarami dynamicznie rozwijających się aglomeracji miejskich w Stanach Zjednoczonych Ameryki spowodowało konieczność prawnego uregulowania wymagań przeciwpożarowych w budownictwie. W latach 1899-1917 stopniowo i konsekwentnie wprowadzano pierwsze kodyfikację zagrożenia pożarowego budynków, wymagania techniczne dotyczące środków ochrony przeciwpożarowej czynnej (np. instalacji zraszaczy) i biernej (technologii konstrukcji budynków) oraz sposoby i standardy weryfikacji laboratoryjnej i polowej skuteczności tych środków. Powstawanie coraz wyższych budynków i coraz powszechniejsze stosowanie w nich konstrukcji stalowych wymusiło rozwój środków do biernej ochrony termicznej stali konstrukcyjnej.
W warunkach pożaru temperatura elementów konstrukcji stalowej bardzo szybko wzrasta i osiąga temperaturę plastyczności stali, w której traci ona swoje właściwości mechaniczne, co skutkuje odkształceniem się elementów konstrukcji i jej zawaleniem. Zależnie od rodzaju źródła ognia i jego intensywności oraz masywności elementów konstrukcji, temperatura krytyczna stali (450-550ºC) może być osiągnięta w ciągu kilku minut. Rolą zabezpieczeń biernych do ochrony termicz-nej stali przed pożarem jest stworzenie bariery izolacyjnej wydłużającej czas, w którym stal osiągnie temperaturę krytyczną, aby umożliwić ewakuację ludzi i akcję straży pożarnej. Zależnie od rodzaju konstrukcji, lokalizacji elementów konstrukcyjnych oraz lokalnych standardów wymagany czas od-porności ogniowej konstrukcji klasyfikuje się w zakresie od 15 minut do 2 godzin.


Historycznie pierwszym sposobem tworzenia bariery izolującej stal przed dopływem ciepła było zamykanie konstrukcji stalowej w osłonie betonu (przewodnictwo cieplne 1-3 kW/m•K). Roz-wiązanie to ze względu na ciężar warstwy izolacyjnej ma bardzo ograniczony zakres zastosowań.


Kontynuacją stosowania cementu jako zabezpieczającej przed ogniem warstwy izolacyjnej stało się użycie do zabezpieczania konstrukcji stalowych natrysków mas cementowych lub gipsowych wypełnionych lekkim materiałem porowatym (który może ekspandować w warunkach wysokiej temperatury) np. granulatem styropianowym, perlitem, wermikulitem lub mineralnymi materiałami włóknistymi. Nakładane metodą natrysku ogniochronne tynki cementowe są prawdopodobnie najtańszym zabezpieczeniem konstrukcji stalowych przed ogniem. Z uwagi na korozyjne właściwo-ści mieszanek cementowych natryski wymagają wstępnego zabezpieczenia stali. Niekorzystnymi cechami tego rodzaju zabezpieczeń są: możliwość nakładania tylko na placu budowy, brudząca „mokra” metoda aplikacji, duża, mierzona w centymetrach, grubość nakładanego natrysku, praco-chłonność wynikająca z konieczności wzmacniania warstwy tynku siatką oraz stosunkowo mała odporność na uszkodzenia mechaniczne. Dla zastosowań zewnętrznych warstwy natrysku muszą być dodatkowo zabezpieczane powłoką ochronną farby, przy czym nawet po pomalowaniu estetyka tych zabezpieczeń pozostawia wiele do życzenia.


Innym sposobem izolowania konstrukcji stalowej przed ogniem jest obudowywanie kon-strukcji płytami izolacyjnymi np. gipsowymi, z kompozytów włókien mineralnych, wermikulitu lub mieszanek silikatowych. Co ciekawe literatura odnotowuje też stosowanie do obudowywania konstrukcji stalowej drewna lub płyt drewnopochodnych. Estetyka osłon płytowych jest znacznie wyższa niż natrysków, niektóre z nich są fabrycznie wykończone dekoracyjnie a większość stanowi dobre podłoże do malowania farbami dekoracyjnymi. Niestety obudowywanie płytami, zwłaszcza bardziej rozwiniętych profili, jest, z uwagi na pracochłonność, bardzo kosztowne a ponadto pozostawia pod zabudową wiele pustych przestrzeni, co zmniejsza kubaturę i powoduje często zuboże-nie zamierzonego kształtu architektonicznego pomieszczeń.


Rozwiązaniem eliminującym niekorzystne właściwości wymienionych wcześniej środków biernego zabezpieczenia konstrukcji stalowych przed pożarem są malarskie systemy ogniochronne zawierające w swoim składzie farby pęczniejące. Nałożone powłoki malarskie mają niewielką grubość (do ok. 2 mm), a uzyskana powłoki posiada wysokie walory estetyczne oraz połysk i kolorysty-kę zgodną z koncepcją architektoniczną. Powłoki mają dobrą odporność mechaniczną i jednocze-śnie stanowią zabezpieczenie antykorozyjne podłoża właściwe dla korozyjności środowiska, w któ-rym są eksploatowane. Minimalna deklarowana trwałość takich powłok mieści się z reguły w gór-nych granicach okresu średniego trwałości a ponadto naprawa uszkodzonych powłok i ich renowacja nie stanowi dużego problemu. Istotne jest także, że malarskie powłoki ogniochronne można nakładać także w warunkach warsztatowych. Farby pęczniejące mają także swoje wady. Na etapie aplikacji wymagają starannego nadzoru począwszy od właściwego przygotowania podłoża stalowe-go poprzez dokładne mierzenie kolejnych nakładanych warstw. W okresie eksploatacji powłoka malarska wymaga okresowych przeglądów i koniecznych napraw. Ograniczeniem stosowania farb jest także ich zakres skutecznej grubości powłoki suchej, przy której spęcznienie jest stabilne, co uniemożliwia zabezpieczanie zbyt wiotkich elementów konstrukcji. Ponadto niektórzy zarzucają im, że poza „szczególnymi” przypadkami, po długim okresie jej eksploatacji w zasadzie nie można zweryfikować skuteczności powłoki pęczniejącej. Powłoki z farbami pęczniejącymi są też relatywnie drogie zwłaszcza dla długich czasów klasyfikacji ogniowej mniej masywnych konstrukcji stalowych. Dlatego też często, jeżeli to jest możliwe, stosuje się zabezpieczanie ogniowej konstrukcji technikami mieszanymi.


Wybór metody zabezpieczenia konstrukcji stalowej powinien nastąpić już na etapie projektowania. Właściwe określenie klasyfikacji ogniowej poszczególnych części konstrukcji i analiza ekonomiczna relacji kosztów konstrukcji stalowej i koniecznego zabezpieczenia ogniochronnego po-zwoli uniknąć późniejszych przykrych niespodzianek. Należy wziąć pod uwagę fakt, że odpowiednio masywne elementy konstrukcji przy niskiej klasyfikacji ogniowej nie musza być zabezpieczane w ogóle. Natomiast zastosowanie zbyt wiotkich elementów konstrukcji przy wysokiej klasyfikacji ogniowej może uniemożliwić stosowanie zabezpieczenia malarskiego. W praktyce częste są przy-padki konieczności wzmacniania konstrukcji tylko z powodu konieczności podwyższenia jej masywności dla celów zabezpieczenia ogniowego.


Technologia wytwarzania farb pęczniejących jest znana od ponad pół wieku. Zmiany zachodzące w technologiach budowlanych i trendy architektoniczne skutkujące powstawaniem coraz wyższych budynków o konstrukcji stalowej spowodowały, że farby pęczniejące od ponad trzydziestu lat są wykorzystane do wytwarzania powłok ogniochronnych w budownictwie.


Farby pęczniejące można ogólnie podzielić na trzy grupy:

  • jednoskładnikowe farby na bazie rozpuszczalników organicznych,
  • jednoskładnikowe farby na bazie wodnej,
  • dwuskładnikowe farby epoksydowe na bazie rozpuszczalników organicznych lub bezrozpuszczalnikowe.

Te ostatnie, chociaż ich zasada ich działania jest analogiczna jak pozostałych, są zwykle stosowane w ochronie przed ogniem powstałym przy spalaniu węglowodorów oraz gdy konstrukcje są eksploatowane w trudnych warunkach środowiskowych (np. platformy wiertnicze), lub gdy są istotne problemy z dostępem do konstrukcji w celu okresowych przeglądów powłoki i jej napraw.

 

Typowe farby pęczniejące zawierają szereg funkcjonalnie ze sobą związanych składników:

  • składnika wydzielającego w trakcie rozkładu gazy powodujące pęcznienie powłoki, z reguły jest to melamina lub jej pochodne, 
  • związku (polifosforany amonu), który uwalnia kwas fosforowy po ogrzaniu do tem-peratury, w której farba pęczniejąca powinna się uaktywnić (200-250°C), 
  • związku (np. pentaerytritol) o dużej zawartości węgla, który podczas rozkładu pod wpływem kwasy fosforowego zatrzymuje wydzielony gaz i tworzy węglową powło-kę izolującą stal od ognia; 
  • oraz pozostałe składniki typowe dla farby, których rola w przypadku farb pęczniejących nie ogranicza się tylko i wyłącznie do nadania farbie odpowiednich właściwo-ści aplikacyjnych. Lepiszcze farby oprócz swojej podstawowej funkcji zapewnia dobrą adhezję do podłoża w trakcie trwania całego procesu, jest odpowiednio elastyczne w zakresie wytworzonej grubości powłoki izolującej, a ponadto jest źródłem dodatkowego węgla w warstwie izolacyjnej. Plastyfikatory, wypełniacze włók-niste umożliwiają wytworzenie odpowiednio grubej i stabilnej mechanicznie war-stwy spienionej.


Wszystkie reakcje chemiczne i zmiany fizyczne w trakcie procesu pęcznienia farby muszą zachodzić z odpowiednią szybkością w odpowiedniej kolejności. Z tego powodu komponenty do farb muszą być powtarzalnej jakości, w procesie ich wytwarzania utrzymywany jest ścisły reżim technologiczny, a parametry produkcji i wyrobu poddawane dokładnej kontroli. To powoduje, że dobrej jakości farby pęczniejące są produkowane przez ograniczoną liczbę doświadczonych i renomowanych firm.


Jednoskładnikowe farby pęczniejące są nakładane na warstwę farby podkładowej (stal galwanizowana) lub odpowiedniej jakości podkład antykorozyjny (stal czarna), które to powłoki decydują o skuteczności zabezpieczenia antykorozyjnego malarskiego systemu ogniochronnego oraz jego adhezji do stali. Ze względu na reaktywność składników farby pęczniejącej (w tym także z wodą) farby pęczniejące wymagają zwykle doszczelnienia farba nawierzchniową, zwłaszcza w zastosowaniach zewnętrznych. Z tego też powodu nie można dopuścić do kontaktu z wodą (opady atmosferyczne, kondensacja) powłoki farby pęczniejącej przed nałożeniem farby nawierzchniowej. Farby tworzące kolejne powłoki ogniochronnego systemu malarskiego muszą być odpowiednio dobrane tak, aby były kompatybilne nie tylko pod kątem znoszenia się w warunkach aplikacji. Właściwa przyczepność warstwy podkładu do podłoża oraz farby pęczniejącej do warstwy podkładowej jest warunkiem krytycznym utrzymania wytworzonej w czasie pożaru warstwy izolacyjnej na powierzchni elementów stalowych. Natomiast powłoka nawierzchniowa w tychże warunkach nie może ograniczać formowania się właściwej grubości warstwy izolacyjnej. Dlatego też wskazane jest, aby farby zestawu malarskiego pochodziły od jednego producenta lub przynajmniej cały specyfikowany system malarski był zaakceptowany przez producenta farby pęczniejącej. Oczywiście naj-korzystniej jest, gdy system malarski jest zweryfikowany w warunkach laboratoryjnej procedury badania skuteczności zabezpieczenia ogniowego.


Jak wspomniano wcześniej farby ogniochronne mogą być nakładane zarówno w warunkach warsztatowych jak i na placu budowy. Przy nakładaniu warsztatowym uzyskuje się powłoki lepszej jakości a także skraca się czas operacji wykonywanych na budowie. Mankamentem natomiast jest konieczność naprawy uszkodzeń transportowych i pomontażowych, które w przypadku grubych powłok mogą być znaczne. Nakładanie na budowie wykonuje się często za pomocą narzędzi ręcznych co wymaga 2-3 krotnego nakładania kolejnych warstw farby pęczniejącej zamiast jednokrotnego nałożenia takiej samej grubości farby metodą natrysku. Ponadto malowanie na placu budowy jest często utrudnione lub niemożliwe w okresie niekorzystnych warunków pogodowych.


Stosowanie malarskich systemów ogniochronnych do biernej ochrony konstrukcji budow-lanych przed pożarem podlega uregulowaniom prawnych różniącym się w poszczególnych krajach, także w Unii Europejskiej. Dotyczy to także metodyki badań oraz sposobu oceny właściwości ogniochronnych systemów farb pęczniejących. W niektórych krajach, zwykle nie dysponujących odpowiednimi jednostkami badawczymi, dopuszczenia do stosowania wydawane są na podstawie oceny badań wykonanych w uznawanych laboratoriach lub wręcz akceptacji dopuszczeń w innych krajach. Zgodnie z dyrektywami unijnymi możliwe jest wydawanie aprobaty europejskiej na bazie ujednoliconej w roku 2000 procedury badawczej.


W Polsce wymagania prawne dotyczące środków stosowanych do ochrony przeciwpożaro-wej określa Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z 22 kwietnia 1998 r. (Dz.U. Nr 55, poz. 362). Farby ogniochronne są wyrobem budowlanym w związku z czym ich wprowadzenie do obrotu i stosowania wymaga wystawienia przez producenta deklaracji zgodności wyrobu z odpowiednią normą (jedyna polska norma to PN-C-81100:1998) lub aprobatą techniczną (Rozp. Min. Infrastruktury z 11 sierpnia 2004 r., Dz.U. nr 195 poz. 2011) oraz właściwego ozna-kowania wyrobu (Rozp. Min. Infrastruktury z 11 sierpnia 2004 r., Dz.U. nr 198 poz. 2041. Wyma-ganym przy tym dokumentem jest Certyfikat Zgodności z Polską Normą lub Aprobatą Techniczną wystawiony przez notyfikowaną jednostkę certyfikującą, którą w Polsce dla malarskich systemów ogniochronnych jest przez Instytut Techniki Budowlanej. Przepisy nakładają ponadto obowiązek okresowej kontroli procesu wytwarzania farb oraz obowiązek nadzoru nad procesem aplikacji farb oraz autoryzacji producenta dla firm wykonawczych.


Reasumując przedstawione informacje oraz uwzględniając tendencje architektoniczne dążą-ce w kierunku coraz bardziej śmiałych, wysokich form konstrukcji stalowych należy sądzić, że rynek ogniochronnych farb pęczniejących będzie się dalej intensywnie rozwijał. Wysoka estetyka zabezpieczających powłok malarskich oraz ich niewielki ciężar są zaletami właściwymi dla technologii budowy takich obiektów, które trudno jest uzyskać w inny sposób. Literatura stopniowo ujawnia nowe rozwiązania techniczne w tej dziedzinie wprowadzające systemy farb hybrydowych, pęczniejących z dodatkiem retardantów, nowe znacznie bardziej elastyczne lepiszcza farby a także nowe farby wykorzystujące doświadczenia zaawansowanej nanotechnologii pozwalające na uzyskanie lepszej skuteczności bariery ogniochronnej powłoki przy mniejszych grubościach powłoki. I chociaż jednocześnie wprowadza się także rozwiązania konkurencyjne dla farb ogniochronnych takie jak nowe bardziej odporne na temperaturę gatunki stali czy też stabilniejsze rozwiązania konstruk-cyjne to farby z pewnością pozostaną alternatywą lub uzupełnieniem dla tych rozwiązań.

PROMAL COATINGS Sp. z o.o.
ul. Elektroniczna 2
05-500 Piaseczno
NIP 1231195406
REGON 142020024
KRS 0000337189
BIURO HANDLOWE i MAGAZYN
ul. Elektroniczna 2
05-500 Piaseczno, Polska
tel. +48 (22) 702-93-00
fax + 48 (22) 702-93-02
e-mail: biuro@promal.com.pl
strona główna Strona główna
mapa strony Mapa strony
wstecz Wstecz
realizacja OFFNET