Nghiên cứu chế tạo lớp phủ chống cháy từ một số hệ polyme hữu cơ và các chất phụ gia nhằm ứng dụng bảo vệ kết cấu, ngăn lửa cho các công trình khỏi sự cố hỏa hoạn
Hỏa hoạn là một tai nạn thảm khốc có thể dẫn đến rất nhiều thiệt hại về của cải, tài sản vật chất, thậm chí là tính mạng con người. Tuy nhiên, nguy cơ xảy ra hiểm họa này rất cao nên các quy định về an toàn cháy nổ luôn được coi trọng hàng đầu và có những yêu cầu cao để giảm nguy cơ hỏa hoạn liên quan đến các chất dễ cháy như gỗ, nhựa, len, vải, xăng dầu, khí đốt… Ở Việt Nam trong thời gian vừa qua có xảy ra nhiều sự cố về hỏa hoạn cho cả những công trình công nghiệp và dân dụng đã gây ra nhiều thiệt hại về người và tài sản. Theo thống kê của Cục Cảnh sát phòng cháy chữa cháy và cứu nạn cứu hộ: chỉ trong 9 tháng đầu năm 2018, cả nước xảy ra 2.989 vụ cháy, khiến 73 người tử vong, bị thương 163 người, thiệt hại về tài sản ước tính lên tới 1.590 tỷ đồng. Qua phân tích, tình hình cháy nổ gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản tập trung chủ yếu như nhà dân, nhà liền kề, chung cư, các cơ sở kinh doanh và cung cấp dịch vụ vui chơi giải trí (như chợ, vũ trường, quán karaoke...). Đa phần những nơi kể trên đều chứa các vật liệu dễ cháy và không có biện pháp phòng chữa cháy phù hợp.
Trong xây dựng các công trình hiện đại hay các công trình công nghiệp như nhà cao tầng, nhà xưởng sản xuất, các công trình khai thác ngoài khơi…, vật liệu chủ yếu để cấu thành kết cấu là thép và bê tông. Tuy thép không phải là vật liệu cháy, tuy nhiên thép lại dẫn nhiệt rất tốt. Khi nhiệt độ thép thay đổi thì cấu tạo tinh thể cũng như tập hợp tinh thể của thép cũng sẽ thay đổi, cụ thể: sắt nguyên chất xảy ra hiện tượng kết tinh lại tại 500oC, ferrite xảy ra hiện tượng kết tinh lại tại 650℃. Với hiện tượng kết tinh lại xảy ra ở nhiệt độ cao (trên 500℃) đã nêu trên, các công trình sẽ sớm sụp đổ do kết cấu thép chịu tải biến đổi và không đáp ứng được yêu cầu chịu tải của công trình. Do vậy, các vật liệu kết cấu chịu tải cho công trình như thép và bê tông cần được bảo vệ để giảm thiểu chi phí hỏa hoạn quá cao về mặt phá hủy tài sản và đảm bảo thời gian sơ tán người dân, giảm thiểu thiệt hại đe dọa đến tính mạng.
Xuất phát từ thực tiễn trên, TS. Nguyễn Thị Tuyết Mai cùng nhóm nghiên cứu tại Văn phòng các chương trình trọng điểm cấp nhà nước thực hiện “Nghiên cứu chế tạo lớp phủ chống cháy từ một số hệ polyme hữu cơ và các chất phụ gia nhằm ứng dụng bảo vệ kết cấu, ngăn lửa cho các công trình công nghiệp và dân dụng khi có sự cố hỏa hoạn” với mục tiêu góp phần đáp ứng một số yêu cầu cấp thiết cho mảng vật liệu chống cháy trong các công trình công nghiệp và dân dụng trong nước.
Các phương pháp và vật liệu mới đang được tiếp tục nghiên cứu phát triển để đưa vào sử dụng nhằm ngăn ngừa và giảm thiểu tác hại của các vụ cháy nổ. Nhiều vật liệu chống cháy và vật liệu có khả năng kháng cháy như màng phủ, vật liệu dập cháy và màng phủ ngoài hiện đang được sử dụng để chống lại lửa. Để bọc chống cháy cho kết cấu xây dựng, có 3 giải pháp chính:
Lớp phủ chống cháy: Kết cấu thép được bọc một lớp phủ phồng nở (intumescent), nó phồng lên khi gặp nhiệt độ cao tạo một lớp ngăn cách nhiệt giữa kết cấu thép và nhiệt độ cao bên ngoài. Ưu điểm của giải pháp này là kết cấu giữ được hình dáng gốc, khả năng bảo vệ các chi tiết tốt, tuy nhiên giá thành cao.
Phun bọt chống cháy (Fire Stop Spray): Giá thấp hơn lớp phủ chống cháy và khả năng bảo vệ tốt, tuy nhiên bề mặt kết cấu xù xì mất thẩm mỹ. Việc thi công cũng gặp nhiều khó khăn do phải phun tại công trường, không kết hợp với các công việc khác được do yêu cầu an toàn chất độc hại. Thông thường công nhân thi công phải mặc quần áo bảo hộ và đeo mặt nạ phòng độc.
Bọc bằng thạch cao chuyên dụng chống cháy: Tấm thạch cao chống cháy bọc xung quanh kết cấu thép cần bảo vệ bằng một hệ kẹp và khung thép chuyên dụng.
Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:
Đã nghiên cứu và lựa chọn được hệ chất tạo nguồn cácbon/nguồn axit/tạo xốp lần lượt PEN/APP/MEL phù hợp cho hệ màng phủ phồng nở chống cháy.
Đã nghiên cứu ảnh hưởng của các chất phụ gia vô cơ đến tính chất của sơn chống cháy. Trong đó phụ gia TiO2 đóng vai trò quan trọng để phản ứng với APP hình thành khoáng TiP2O7 ở nhiệt độ cao. Hàm lượng TiO2/APP có tỉ lệ tối ưu 0,39 sẽ cho khả năng cách nhiệt hiệu quả nhất, và toàn bộ TiO2 sẽ chuyển hoá thành TiP2O7.
Đề tài đã lựa chọn 03 hệ sơn phù hợp cho 03 chất liệu gỗ, bê tông, thép lần lượt dựa trên các hệ chật tạo màng tương ứng PU nhũ tương/Acrylic nhũ tương/nhựa epoxy.
Đã nghiên cứu và xây dựng thành công 03 quy trình công nghệ chế tạo sơn phủ chống cháy cho các vật liệu gỗ, bê tông và thép ở quy mô 100kg/mẻ.
Áp dụng quy trình sản xuất thành công 257kg sơn chống cháy cho chất liệu gỗ (BKC.TT-W01). Sản phẩn đã được Viện VL xây dựng cấp chứng chỉ chất lượng và Cục PCCC cấp chứng chỉ sản phẩm chống cháy hiệu quả trong thời gian 45 phút.
Áp dụng quy trình sản xuất thành công 257kg sơn chống cháy cho chất liệu bê tông (BKC.TT-C01). Sản phẩn đã được Viện VL xây dựng cấp chứng chỉ chất lượng và Cục PCCC cấp chứng chỉ sản phẩm chống cháy hiệu quả trong thời gian 120 phút.
Áp dụng quy trình sản xuất thành công 1858kg sơn chống cháy cho chất liệu thép(BKC.TT-S01). Sản phẩn đã được Viện VL xây dựng cấp chứng chỉ chất lượng và Cục PCCC cấp chứng chỉ sản phẩm chống cháy hiệu quả trong thời gian 120 phút.
Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 19745/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
