Problems of risk management in the technosphere Problems of risk management in the technosphere Проблемы управления рисками в техносфере 1998-8990 112591 10.61260/1998-8990-2025-4-157-170 Пожарная безопасность Fire safety Пожарная безопасность ALGORITHM FOR SELECTING THE OPTIMAL THICKNESS OF FIRE PROTECTIVE COATINGS FOR METAL STRUCTURES АЛГОРИТМ ПОДБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ ТОЛЩИНЫ ОГНЕЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ https://orcid.org/0000-0002-6460-209X Столяров Святослав Олегович Stolyarov Svyatoslav Olegovich 79990252529@yandex.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Минкин Денис Юрьевич Minkin Denis Yu. dunkel@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России Россия Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia Russian Federation СПб ГУП «Горэлектротранс» Россия Saint-Petersburg state unitary enterprise «Gorelektrotrans» Russian Federation Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России Россия Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia Russian Federation 24 12 2025 24 12 2025 2025 4 157 170 07 10 2025 30 10 2025 https://journals.igps.ru/en/nauka/article/112591/view

Представлен комплексный расчетно-экспериментальный метод определения оптимальной толщины огнезащитных вспучивающихся покрытий для стальных строительных конструкций. Разработка метода обусловлена актуальной проблемой проектирования – невозможностью применения стандартных расчетных подходов к вспучивающимся покрытиям из-за резкого изменения их теплофизических характеристик в процессе термического разложения и сложных физико-химических превращений при высокотемпературном воздействии. Предлагаемый алгоритм интегрирует данные синхронного термического анализа, позволяющего исследовать стадии деструкции и тепловые эффекты материала, результаты натурных огневых испытаний образцов с покрытием по стандартному температурному режиму и последующее численное моделирование нестационарного теплового поля в программном комплексе «Elcut». На основе экспериментальных данных получены высокоточные регрессионные полиномиальные модели для ключевых параметров – теплоемкости и теплопроводности покрытия в функции температуры. Верификация методики на реальной конструкции (двутавр 20Б1) показала, что расхождение между расчетным и экспериментальным временем прогрева до критической температуры (500 °C) не превышает 10 %. Полученные результаты демонстрируют практическую ценность метода как эффективной альтернативы дорогостоящим и длительным натурным огневым испытаниям на стадии проектирования огнезащиты.

A comprehensive computational and experimental method for determining the optimal thickness of fire-protective intumescent coatings for steel building structures is presented. The development of this method was driven by a pressing design challenge: the impossibility of applying standard computational approaches to intumescent coatings due to abrupt changes in their thermophysical properties during thermal decomposition and complex physicochemical transformations under high-temperature conditions. The proposed algorithm integrates data from synchronous thermal analysis, which allows for the study of degradation stages and thermal effects of the material, the results of full-scale fire tests of coated specimens under standard temperature conditions, and subsequent numerical modeling of the transient thermal field using the Elcut software package. Based on the experimental data, highly accurate regression polynomial models were obtained for key parameters – the heat capacity and thermal conductivity of the coating as a function of temperature. Verification of the method on a real structure (a 20B1 I-beam) showed that the discrepancy between the calculated and experimental heating times to the critical temperature (500 °C) does not exceed 10 %. The obtained results demonstrate the practical value of the method as an effective alternative to expensive and time-consuming full-scale fire tests at the fire protection design stage.

 огнестойкость вспучивающиеся покрытия теплофизические характеристики численное моделирование синхронный термический анализ fire resistance intumescent coatings thermophysical characteristics numerical modeling synchronous thermal analysis

Improving the fire-retardant performance of industrial reactive coatings for steel building structures / L. Vakhitova [et al.] // Heliyon. 2024. Т. 10. № 14. Improving the fire-retardant performance of industrial reactive coatings for steel building structures / L. Vakhitova [et al.] // Heliyon. 2024. T. 10. № 14. Smart Polydimethylsiloxane Materials: Versatility for Electrical and Electronic Devices Applications / X. Yang [et al.] // Advanced Materials. 2025. Т. 37. № 17. С. 2500472. Smart Polydimethylsiloxane Materials: Versatility for Electrical and Electronic Devices Applications / X. Yang [et al.] // Advanced Materials. 2025. T. 37. № 17. P. 2500472. Intumescent coatings for fire resistance of steel structures: Current approaches for qualification and design / D. de Silva [et al.] // Coatings. 2022. Т. 12. № 5. С. 696. Intumescent coatings for fire resistance of steel structures: Current approaches for qualification and design / D. de Silva [et al.] // Coatings. 2022. T. 12. № 5. P. 696. Еремина Т.Ю., Уткин С.В. Исследование изменений свойств огнезащитных покрытий интумесцентного типа методом термомеханического анализа // Пожаровзрывобезопасность. 2024. Т. 33. № 2. С. 32–41. Eremina T.Yu., Utkin S.V. Issledovanie izmenenij svojstv ognezashchitnyh pokrytij intumescentnogo tipa metodom termomekhanicheskogo analiza // Pozharovzryvobezopasnost'. 2024. T. 33. № 2. S. 32–41. Еремина Т.Ю., Уткин С.В. Исследование изменений свойств огнезащитных покрытий интумесцентного типа методом термомеханического анализа // Пожаровзрывобезопасность. 2024. Т. 33. № 2. С. 32–41. Eremina T.Yu., Utkin S.V. Issledovanie izmenenij svojstv ognezashchitnyh pokrytij intumescentnogo tipa metodom termomekhanicheskogo analiza // Pozharovzryvobezopasnost'. 2024. T. 33. № 2. S. 32–41. Уктамжонов М.М. Применение вспучивающихся огнезащитных покрытий при транспортировке и хранении нефтепродуктов. 2021. Uktamzhonov M.M. Primenenie vspuchivayushchihsya ognezashchitnyh pokrytij pri transportirovke i hranenii nefteproduktov. 2021. Шипицын А.П., Непомилуев А.М., Тюрнина А.Е. Стандартные образцы температуры фазовых переходов (температуры Кюри) на основе алюмели, никеля и силицида железа // Эталоны. Стандартные образцы. 2023. Т. 19. № 2. С. 35–46. Shipicyn A.P., Nepomiluev A.M., Tyurnina A.E. Standartnye obrazcy temperatury fazovyh perekhodov (temperatury Kyuri) na osnove alyumeli, nikelya i silicida zheleza // Etalony. Standartnye obrazcy. 2023. T. 19. № 2. S. 35–46. Моделирование номограмм прогрева стальных конструкций с огнезащитными покрытиями различной толщины (на воде) / Д.А. Корольченко [и др.] // Пожаровзрывобезопасность. 2022. Т. 31. № 6. С. 30–46. Modelirovanie nomogramm progreva stal'nyh konstrukcij s ognezashchitnymi pokrytiyami razlichnoj tolshchiny (na vode) / D.A. Korol'chenko [i dr.] // Pozharovzryvobezopasnost'. 2022. T. 31. № 6. S. 30–46. Теплофизические характеристики стали и огнезащитных покрытий при нормированных температурных режимах пожара / В. Голованов [и др.] // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2023. № 4. С. 69–78. Teplofizicheskie harakteristiki stali i ognezashchitnyh pokrytij pri normirovannyh temperaturnyh rezhimah pozhara / V. Golovanov [i dr.] // Pozhary i chrezvychajnye situacii: predotvrashchenie, likvidaciya. 2023. № 4. S. 69–78. Романова Е.Б., Евстропьев С.К., Кузнецов А.Ю. Практические задания в системе ELCUT: учеб.-метод. пособие. Romanova E.B., Evstrop'ev S.K., Kuznecov A.Yu. Prakticheskie zadaniya v sisteme ELCUT: ucheb.-metod. posobie.