Ny brandhæmmende belægning for at forhindre fejl i bygningsbrande i stål

Et par ekstra lag 'maling' kunne være alt, hvad stålet i en bygning behøver for at forhindre, at det knækker og svigter i en brand.

Forskere fra Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) og Singapores industrielle udvikler JTC har udviklet en overkommelig 3-i-1 belægning, der giver forbedret brand- og korrosionsbeskyttelse.

Eksisterende stålkonstruktioner i bygninger er normalt belagt med et brandhæmmende lag for at beskytte det nøgne metal mod brandskader og opfylder brandbeskyttelsesstandarden på to timer – med det formål at give beboerne tid nok til at evakuere bygningen. Dagens konventionelle opsugende belægninger er tykke, dyrere og mere besværligt at anvende.

I modsætning, denne lavet-i-Singapore belægning kan påføres bart stål uden behov for sandblæsning for at forberede overfladen, reducerer belægningstiden til det halve, og beskytter materialet mod brand i to timer uden at falde af.

Navngivet FiroShield, den nye belægning er billigere og mindre besværlig at påføre, og kan fungere æstetisk som normal maling.

FiroShield er også blevet testet på andre byggematerialer, såsom armeret beton og lamineret træ, og har den samme fremragende ydeevne.

Leder for forskerholdet er adjunkt Aravind Dasari fra School of Materials Science and Engineering og professor Tan Kang Hai fra School of Civil and Environmental Engineering.

Teamlederne sagde den viden, de har opnået gennem årene med forskning om de forskellige aspekter af polymerer og forbrænding, kombineret med civil- og konstruktionsteknisk erfaring, været med til at strømline deres tilgang.

Styrken af ​​deres belægning kommer fra en afbalanceret blanding af tilsætningsstoffer, som fungerer godt sammen for at afgive samtidige kemiske reaktioner, når de står over for ekstremt høje temperaturer. De vidste, at de havde fundet den rigtige formel, da de var i stand til at belægge stålprøver jævnt med en sprøjtepistol.

"I en brand, vores belægning danner et kompakt forkullet lag, der fungerer som en beskyttende barriere mod varmen, " tilføjede prof Dasari, som også er hovedforsker ved NTU-JTC Industrial Infrastructure Innovation Center (I3 Center).

"Mens typiske brandbelægninger også vil danne et forkullet lag, de er tykke og skumagtige som let kan falde af og efterlade stålet udsat for ild. Det, vi sigtede mod, var en innovativ belægning, der virker anderledes end konventionelle opsvulmende belægninger og kan klæbe til ståloverfladen så længe som muligt under høje temperaturer, og alligevel har holdbarhed og vejrbestandighed under normale forhold uden behov for et toplag maling."

Hr Koh Chwee, Direktør, Teknisk afdeling for JTC og meddirektør for I3-centret, sagde, at gennem samarbejde med akademiske institutioner som NTU, JTC sigter mod at udvikle nye og innovative løsninger til at øge sikkerheden og byggeproduktiviteten til sine industrielle infrastrukturprojekter.

"Let at anvende denne nye brand- og korrosionsbestandige belægning på stålkonstruktioner hjælper med at reducere arbejdskrævende arbejde, dermed forbedret produktivitet og muliggør hurtigere belægning af præfabrikerede stålkomponenter. Vigtigere, den nye belægnings evne til at opretholde overlegen vedhæftning under høje temperaturer fører til øget bygningssikkerhed for beboerne. We are confident that the new coating will be able to reduce both paint material and labour costs, and become a new alternative to other fire protection products, " said Mr Koh.

Combination of materials used for coating

The base material of the new coating is made of synthetic resins, which are polymers commonly used to make paints. To give it fire and corrosion-resistant properties, Prof Dasari's team added a combination of common chemicals, including one that is endothermic – absorbing heat to start a chemical reaction that causes the coating to adhere firmly to the steel.

The team went further to develop a coating that is able to have assorted colours; pigments can be added to the mixture so it achieves the aesthetic function of normal paint. Paint manufacturers looking to add the benefits of FiroShield to their products should find that commercialisation is straightforward, as the innovation relies simply on the addition of key chemicals into their paint manufacturing process.

To achieve a two-hour fire rating, FiroShield requires just five layers of coating, compared to conventional coatings, which requires up to 15 layers or more. It is thus two times faster to apply and is cheaper by about 50 percent due to its lower materials cost and manpower requirements.

In addition to its fire-resistant properties and easy application, FiroShield can also protect the steel surface from corrosion, which no other fire coatings in the market can do at the moment. FiroShield is expected to last longer when exposed to weathering elements such as moisture and UV rays. Its performance barely dipped by two percent, as compared to the drop of up to 75 percent for conventional coatings when subjected to weathering tests in the lab. This will reduce the maintenance cost and frequency of inspections over the lifespan of a building.

For the next phase of development, FiroShield will be sent to the UK for an industry certification, which includes a load-bearing fire test that no facilities in Singapore can do currently.

Its proprietary formulation has been filed with NTU's innovation and enterprise arm, NTUitive, and upon the completion of the certification, NTUitive will work with JTC to explore commercialisation options.

After the certification, which is expected to be completed by April 2018, the new coating will be applied on steel structures within the upcoming JTC Logistics Hub. The joint research team will also work with the relevant agencies to roll out this technology on a larger scale.

Building on this technology, Asst Prof Dasari will also work with JTC at the I3 Centre to develop another type of innovative coating for the construction and building industry, which addresses more properties beyond fire and corrosion resistance.