Caratterizzazione delle Prestazioni di Protezione al Fuoco di Vernici Intumescenti

Abstract

Le pitture intumescenti sono utilizzate come protettivi passivi antincendio nel settore delle costruzioni. In particolare sono utilizzate per aumentare la resistenza al fuoco di elementi in acciaio. Le proprietà termiche di questi rivestimenti sono spesso sconosciute o difficili da stimare per via del fatto che variano notevolmente durante il processo di espansione che subisce l’intumescente quando esposto al calore di un incendio. Per questa ragione la validazione della resistenza al fuoco di un rivestimento presente in commercio si basa su metodi costosi economicamente e come tempi di esecuzione nel quale ciascuna trave e colonna rivestita di protettivo deve essere testata una alla volta attraverso il test di resistenza al fuoco della curva cellulosica. In questo lavoro di tesi adottando invece un approccio basato sulla modellazione termica del rivestimento intumescente si ottiene un aiuto nella semplificazione della procedura di test ed un supporto nella progettazione della resistenza al fuoco delle strutture. Il tratto di unione nei vari passaggi della presente tesi è stata la metodologia di stima del comportamento termico sconosciuto, tale metodologia di stima è la “Inverse Parameter Estimation”. Nella prima fase vi è stata la caratterizzazione chimico fisica della vernice per mezzo di differenti apparecchiature come la DSC, la TGA e l’FT-IR che ci hanno permesso di ottenere la composizione qualitativa e le temperature a cui avvengono i principali processi chimici e fisici che subisce la pittura come anche le entalpie legate a questi eventi. Nella seconda fase si è proceduto alla caratterizzazione termica delle pitture al fine di ottenerne il valore di conduttività termica equivalente. A tale scopo si sono prima utilizzate le temperature dell’acciaio di prove termiche alla fornace con riscaldamento secondo lo standard ISO-834 e successivamente per meglio definire le condizioni al contorno si è presa come fonte di calore un cono calorimetrico in cui la misura della temperatura avveniva direttamente nello spessore del’intumescente. I valori di conduttività ottenuti sono risultati congruenti con la letteratura scientifica e hanno mostrato la dipendenza della stessa dalla temperatura, mentre si è mostrata poco variante rispetto allo spessore di vernice deposto ed alla geometria di campione utilizzato.

Intumescent paints are used as passive fire protection system in structural constructions. In particular they are widely used as fire retardant to protect structural steel elements. The thermal properties of intumescent paints are often unknown and difficult to be estimated since they vary significantly during the expansion process induced by the fire event; for this reason the fire resistance validation of commercial coatings is based on expensive, large-scale methods where each commercial coating/beam configuration has to be tested one by one. Adopting, instead In this Thesis work, approaches based on the thermal modeling of the intumescent coating, this could provide an helpful tool to simplify the test procedure and to support the design of fire resistant structure as well. Inverse parameter estimation methodologies was adopted in this present thesis with the aim to offer a robust tool to obtain the restoration of the thermal properties. In the first phase there was the chemical and physical characterization of the paint using different equipment such as DSC, TGA and FT-IR that have allowed us to obtain qualitative composition and the temperatures of the main chemical and physical processes undergoing in the painting as well as the enthalpies associated with these events. In the second phase it proceeded to the thermal characterization of paints in order to obtain the value of equivalent thermal conductivity. To do this we used first steel temperatures from furnace thermal tests (the thermal loading was in accordance of ISO-834, the cellulosic curve) and subsequently to better define the boundary conditions it is took as a heat source a cone calorimeter, in this test the measured temperatures are the directly from the thickness intumescent coating. The conductivity values obtained are congruent with the scientific literature and have shown the dependency by the temperature, while there isn’t an appreciable variation with the the thickness of paint deposited and the geometry of the sample used.