Перспективные технологии производства огнестойкого стекла

Рис. 1. Принцип действия огнестойкого стекла    Огнестойкое или противопожарное стекло (далее – ОС) представляет собой разновидность многослойного стекла, в котором листы обычного стекла чередуются со слоями специального светопрозрачного заполнителя, придающего изделию огнезащитную функцию (рис.1). При одностороннем нагреве ОС ближайшие к нагреваемой стороне слои внутреннего заполнителя образуют губчатый непрозрачный материал с низкой теплопроводностью, затрудняющий передачу тепла в последующие слои изделия. Благодаря этому более удаленные от теплового источника слои стекла и заполнителя сохраняют целостность, обеспечивая общую герметичность ОС и всей конструкции.
  Огнестойкое стекло – относительно новый класс строительных материалов, судя по патентной литературе, активные исследования по разработке ОС стали проводиться лишь в начале 80-х годов. К настоящему времени лидерство в производстве ОС заняли такие крупные фирмы, как Saint-Gobain, Glaverbel, Vetrotech. Технические решения в этой области патентуют также компании Bayer, Nippon, Degussa, Schotte Glaswerke, Flachglas AG. То, что технология производства ОС является прерогативой этих крупных высокотехнологичных фирм, свидетельствует о ее сложности.
  В более старых патентах принцип изготовления ОС заключался в высушивании водных растворов щелочных силикатов (жидких стекол) на листах стекла нужной площади и склеивании этих листов между собой. Было запатентовано множество технических решений, каким образом это делать (см., например, [1–3]). Тем не менее, этот способ, требующий значительного времени на операцию высушивания и больших производственных площадей, нельзя признать технологичным.
  В последнее десятилетие патентуются решения, основанные на принципе заполнения жидкой светопрозрачной композицией заранее подготовленной сборки из листов стекла [4–8]. После заполнения сборки композицию отверждают, выдерживая изделие при повышенной температуре в течение определенного времени.
  В основе этого способа производства ОС лежит способность некоторых водосодержащих полисиликатных [4–6] или алюмофосфатных [7–8] систем (связок), представляющих собой подвижные жидкости в момент приготовления, в определенных условиях достаточно быстро образовывать гелеобразные светопрозрачные структуры. Во время пожара, когда температура внутренних слоев ОС становится выше 100–150 °С, гель превращается в твердый ячеистый материал за счет интенсивного выделения водяного пара и обезвоживания.
  Рассмотрим подробнее физико-химические аспекты приготовления и гелеобразования светопрозрачных композиций на примере полисиликатных систем.
  Наиболее распространенный путь получения полисиликатных связок заключается в смешивании стабилизированных растворов коллоидного кремнезема, или кремнезолей, с размером частиц SiO2 5–30 нм с гидроксидами щелочных металлов (обычно натрия или калия).
  Образование полисиликата заключается в растворении коллоидных частиц SiO2 и появлении в растворе низкополимерных форм кремнезема, а движущей силой процесса является высокая щелочность системы:
  
  єSi-O-Siє + OH– ® єSi-OH + єSi-O–.
  
  Процессы растворения происходят на фоне изменения реологических свойств полисиликатного раствора, вязкость которого возрастает во времени и который на определенном этапе с момента приготовления переходит в состояние геля.
  Физико-химические явления, лежащие в основе гелеобразования растворов полисиликатов, до настоящего времени не имеют надежной детальной интерпретации. Основные стадии формирования гелей в растворах коллоидного кремнезема были описаны Айлером – наиболее авторитетным специалистом в этой области [9]. На начальном этапе образования геля отдельные частицы SiO2 агрегируют в короткие цепочки. Цепочки увеличиваются в длине, разветвляются и создают микрообласти, охватывающие окружающую жидкость (области микрогеля). Отдельные области микрогеля увеличиваются в размере за счет добавления частиц золя и постепенно сращиваются в непрерывную сетку геля (рис. 2). Гелеобразование в промышленных растворах коллоидного кремнезема происходит в течение многих месяцев или даже нескольких лет. Рис. 2. Образование гелеобразной структуры в полисиликатных растворах
  Очевидно, схему Айлера можно применять и к процессам гелеобразования в растворах полисиликатов, поскольку коллоидные частицы SiO2 в полисиликатных системах могут сохраняться еще длительное время после завершения гелеобразования. По всей видимости, формирование гелевой структуры происходит при участии низкополимерных форм кремнезема, находящихся в растворе. Во всяком случае, по Айлеру присутствие растворимого кремнезема играет роль при соединении золевых частиц вместе и, следовательно, способствует более быстрому формированию гелевой структуры (от нескольких суток до нескольких часов).
  В алюмофосфатных связках, представляющих собой водные растворы кислых фосфатов алюминия, гелеобразование осуществляется за счет образования упорядоченных структур анионами полифосфорных кислот. Основой связок этого типа, используемых в технологии ОС, является продукт взаимодействия гидроксида алюминия с ортофосфорной кислотой, модифицированный определенными компонентами.
  Процессы гелеобразования в указанных системах существенно ускоряются при повышенной температуре.
  Основные стадии изготовления ОС ничем не отличаются от технологии безопасного стекла (триплекса). Предварительно необходимое число листов обычного или какого-либо другого стекла склеивают по периметру специальной двусторонней липкой лентой. Толщина ленты задает расстояние между стеклами, которое обычно составляет 0,8–1,5 мм.
  Далее приготавливают светопрозрачную композицию и заполняют ею полости между листами стекла с помощью приемов, известных в технологии триплекса.
  В стадию приготовления композиции обязательно входит ее дегазация, с тем, чтобы при последующей эксплуатации изделия в заполнителе не образовывались пузыри воздуха, портящие внешний вид и снижающие оптические свойства ОС.
  После заполнения каркаса композицией изделие герметизируют и подвергают тепловой обработке для ускорения процесса гелеобразования.
  От количества внутренних гелевых слоев и общей толщины ОС зависят его параметры огнестойкости – время сохранения целостности (обозначается символом Е) и время сохранения теплоизолирующей способности (I), которые выражаются в минутах (например, Е 60 I 30) и определяются по специально разработанным методикам, в определенной степени имитирующим пожар [10, 11]. Чем больше количество внутренних слоев ОС, тем выше его класс огнестойкости. В стеклах высокого класса огнестойкости (EI 60 и выше) количество слоев геля может быть более 4–5.
  При сертифицировании испытаниям на огнестойкость подвергают всю конструкцию или изделие, в составе которого находится ОС (окно, дверь и т.д.). Безусловно, остальные фрагменты конструкции также должны быть выполнены из огнестойких материалов, а также заключать в себе технические решения, предусматривающие термическое расширение ОС и увеличение его толщины вследствие вспенивания внутренних слоев. В ином случае параметры огнестойкости всей конструкции могут оказаться неудовлетворительными несмотря на высокий класс огнестойкости ОС. Рис. 3. Огнестойкое стекло в раме
на испытательном стенде
  На рис. 3 приведены последовательные состояния огнестойкой конструкции размерами 1500x1500 мм, состоящей из фрагментов ОС и специальной рамы, в процессе испытания на огнестойкость в Санкт-Петербургском филиале ВНИИПО МВД РФ. Каждый из фрагментов ОС состоит из 6 слоев листового стекла (3 мм) и 5 внутренних слоев светопрозрачного полисиликатного гидрогеля (1 мм). Фрагменты ОС изготовлены в производственных условиях ЗАО “Метробор” – известного производителя триплекса в Северо-Западном регионе. Толщина ОС составляет 23 мм, класс огнестойкости всей конструкции – EI 60.
  Помимо огнестойкости, важнейшим требованием, предъявляемым к ОС, является сохранение первоначальных оптических свойств в течение длительного срока эксплуатации. Очевидно, срок службы ОС будет зависеть в основном от стабильности заполняющего его геля.
  Достоинством полисиликатных и алюмофосфатных гелей, как и большинства неорганических материалов, является высокая светостойкость – один из факторов, определяющих долговечность.
  С другой стороны, гели, хотя и могут сохраняться неопределенно долгое время, представляют собой метастабильные системы, весьма чувствительные к внешним воздействиям: химическим агентам и примесям, перепадам температуры, высыханию, воздействию углекислоты воздуха. Результатом этих воздействий чаще всего являются коагуляция кремнезема (в случае полисиликатных гелей) или кристаллизация (в случае применения фосфатов), влекущие за собой разрушение геля, снижение или полную потерю прозрачности.
  Таким образом, обеспечение герметичности внутренних слоев ОС является необходимым условием длительной эксплуатации ОС.
  Другим необходимым условием является обеспечение чистоты процесса приготовления светопрозрачной композиции и отсутствие в ней случайных примесей, которые могут служить центрами спонтанного осаждения кремнезема или кристаллизации фосфатов и выводят систему из состояния метастабильности.
  Следует заметить, что продвижение ОС и изделий на его основе на российском рынке строительных материалов в настоящее время находится на начальной стадии. Это объясняется не столько инерционностью рынка, сколько недостаточным присутствием на нем отечественных производителей и высокой стоимостью импортной продукции. Учитывая, что в России действует много предприятий, выпускающих триплекс, у российских производителей есть все основания для того, чтобы более активно работать над освоением технологии огнестойкого стекла.
  
  Библиографический список:

  1. H.-H.Nolte// Pat.4451312. USA. 1984.
  2. H.-H.Nolte// Pat.4626301. USA. 1986.
  3. F.Toussaint, P.Goelff// Pat. 4873146. USA. 1989.
  4. W.Egli, H.Seidel, S.Frommelt, H.Giesbrecht// Pat. 5565273. USA. 1996.
  5. S.Frommelt, U.Gelderie// Pat.Appl.WO 00/50235. 2000.
  6. Брыков А.С., Корнеев В.И.// Пат. RU2205793. Оп. 10.06.2003. Бюл. №16.
  7. W.von Bonin, U.von Gizycki// Pat. EP 0527401. 1993.
  8. K.Schneider, K.D.Schwabe, G.Panzner// Pat. FR2830007. 2002.
  9. Айлер Р. Химия кремнезема: Пер. с англ./ Под ред. В.П. Прянишникова – М.: Мир, 1982. Ч.1,2.
  10. ГОСТ 30247.0-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования.
  11. Временная методика испытаний на огнестойкость светопрозрачных конструкций. Москва. ВНИИПО МВД России, 1996
.

А.С. Брыков, канд. хим. наук



Для вас, снабженцы!
Поиск по сайту

Везде   В статьях   В материалах  
Если поиск не дал результата, попробуйте изменить текст запроса.
Примеры поиска по запросу "Потолки Armstrong": "Потолки Armstrong", "Потолок Armstrong", "Потол Arms", "Потолки Армстронг", и т. п.
Полезное для строителей...
Читайте также у нас на сайте:


Информация для строителей.

Новости строительной индустрии

Транспортный коллапс взвинтил цены на цемент

  Компания «СМПро» опубликовала статистику по росту цен на цемент, согласно которой с начала 2011 г. цены на российский цемент выросли на 35%. В частности, по итогам сентября средние цены от ...

Россия прирастет дорогами

Как недавно заявил премьер-министр Российской Федерации Владимир Владимирович Путин, в ближайшие 3 года на автомобильные дороги страны будет потрачено 1,3 трлн руб. Из этих денег 678 млрд руб. планиру ...

«ОБЪЕДИНЕНИЕ 45-М» поставит бетон для реконструкции здания университета им. Плеханова

   Московское предприятие группы ЛСР ООО «Объединение 45-М» стало основным поставщиком бетона для реконструкции старейшего корпуса РЭУ им. Плеханова. Предприятие поставит около 5 тыс. ...

Kerneos объявляет о запуске новых продуктов

  Компания Kerneos, входящая в группу компаний Materis, выводит на рынок продукты, предлагающие новые технические решения для производителей готовых к использованию строительных смесей:< ...

Ярославская область: переселение граждан из аварийного жилья

  Фондом содействия реформированию жилищно-коммунального хозяйства принята к заявка Ярославской области на предоставление финансовой поддержки для переселения граждан из аварийного жилищно ...

«Бецема»: в Красногорске выпустили «Истру»

  В рамках выставки СТТ-2011 машиностроительный завод "Бецема" совместно со своим партнером "Мерседес Бенц Тракс Восток" организовали Дни "Бецемы". Журналисты ...

Лифтовая отрасль в России: быть или не быть?

В Москве состоялся I съезд Национального союза лифтовых саморегулируемых организаций (НСЛ СРО), на котором специалисты пришли к выводу о необходимости перехода к обязательному саморегулированию и заро ...

В Думе решили обязать использовать новые материалы при ремонте дорог

На заседании Госдумы России представителями комитета по транспорту принято решение о внесении поправок в действующий техрегламент строительства дорог. В частности, в них предлагается сделать обязатель ...
 
 Архив строительных новостей

 Архив строительных новостей (продолжение)

Строителям на заметку.

Новости сайта

Строительные материалы в Интернете