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Intumescent paint as fire protection coating - · PDF fileO presente trabalho é um compêndio sobre tintas intumescentes, ... IBRACON Structures and Materials Journal • 2017 •

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  • 2017 IBRACON

    Volume 10, Number 1 (February 2017) p. 220 - 243 ISSN 1983-4195http://dx.doi.org/10.1590/S1983-41952017000100010

    Intumescent paint as fire protection coating

    Tinta intumescente como revestimento de proteo ao fogo

    Abstract

    Resumo

    This paper is a compendium on intumescent paint and its main features regarding chemical composition, thermophysical properties and per-formance as a fire-retardant material. Some of the main technical publications and lines of research on the subject are presented herein. The purpose of this paper is to show the current stage of the technical research being conducted on the topic and enable a better understanding of this fire-retardant material.

    Keywords: coatings, intumescence, fire-retardant material.

    O presente trabalho um compndio sobre tintas intumescentes, apresentando as principais caractersticas a respeito de sua composio qumi-ca, propriedades termo fsicas e desempenho como material de proteo contra incndio. So apresentadas algumas das principais publicaes tcnicas e linhas de pesquisas sobre a intumescncia. Objetiva-se, assim, elucidar o atual estgio tcnico de pesquisas e possibilitar uma melhor compreenso sobre este material de proteo contra incndio.

    Palavras-chave: tintas, intumescncia, materiais de proteo incndio.

    a Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas UNICAMP, Campinas, SP, Brasil.

    Received: 06 Jun 2015 Accepted: 31 Mar 2016 Available Online: 06 Feb 2017

    R. B. R.S. OLIVEIRA [email protected]

    A. L. MORENO JUNIOR [email protected]

    L. C. M. VIEIRA [email protected]

  • 1. Introduo

    Os materiais de proteo trmica so concebidos para retardar o processo de transferncia de calor da combusto para o elemento estrutural, protelando o efeito da variao de temperatura sobre a resistncia do mesmo. De acordo com sua natureza, podem com-por uma barreira isolante, diminuindo a taxa de transferncia de calor para o elemento protegido. H, tambm, materiais de pro-teo que desenvolvem reaes qumicas devido elevao da temperatura. Estas reaes podem absorver parte da energia que seria destinada ao componente estrutural e/ou originar um mate-rial com caractersticas isolantes.A transferncia de calor ocorre pelo meio material atravs da con-duo (meios estticos) e da conveco (meios em movimento). Quando se prescinde do meio material, a transferncia de calor ocorre por radiao, onde a energia transportada por ondas eletro-magnticas. Um material de proteo de incndio pode atuar como uma barreira fsica, diminuindo a taxa de transferncia de energia. Como exemplo tm-se os materiais isolantes, como a alvenaria.Outra possibilidade a adoo de um material que, quando ex-posto a elevadas temperaturas, sofra reaes qumicas que ab-sorvem uma parcela significante da energia que seria destinada diretamente estrutura e/ou levam a formao de uma nova in-terface de proteo trmica. Por exemplo, tem-se o gesso que, devido sua capacidade de manter e liberar quimicamente gua, utilizado como material de proteo ao fogo. Quando aquecido, as ligaes qumicas existentes no gesso hidratado comeam a se romper, liberando gua de hidratao. Esta reao absorve a energia do fogo que seria conduzida ao elemento estrutural, for-mando assim uma barreira trmica. Atravs desta camada, o ma-terial protegido permanece a uma temperatura constante por volta de 100C.J as tintas intumescentes, materiais de proteo alvo desta publi-cao, so compostos qumicos que, quando submetidos a tem-peraturas elevadas, passam por diversas reaes que originam uma espuma carbonizada com alto desempenho isolante.Como vantagens desta proteo destacam-se:1) Apresentam diversas das caractersticas desejveis das tintas

    decorativas tradicionais como diferentes cores, bom acaba-mento superficial e durabilidade;

    2) No ocupam espao e o acrscimo de carga insignificante do ponto de vista estrutural;

    3) Apesar de demandar experincia e rigoroso controle de quali-dade, sua aplicao simples e no requer fixao estrutura, alm da manuteno ser bastante facilitada;

    4) Pode ser empregado na proteo das regies de ligaes es-truturais;

    5) No modifica as propriedades intrnsecas do substrato (como as caractersticas mecnicas). Portanto, podem ser aplicada em estruturas existentes sem perda/alterao da capacidade estrutural.

    No Brasil, o estudo de estruturas em situao de incndio rela-tivamente recente. Os primeiros trabalhos na rea datam de no mais do que vinte anos, como, por exemplo, Melhado [1], abordan-do a fundamentao do comportamento das estruturas de ao em situao de incndio e apresentando critrios de proteo. Silva [2]

    apresenta o estudo do comportamento de estruturas de ao subme-tidas a elevadas temperaturas. Apresentam-se, tambm, as expres-ses e curvas temperatura-tempo dos gases quentes que envolvem as chamas e a influncia da ventilao, da carga de incndio e da geometria da seo transversal na determinao da temperatura dos elementos metlicos. Comparam-se os critrios de segurana da norma brasileira e europeia para a situao de estruturas em situao de incndio e so apresentadas consideraes sobre o dimensionamento simplificado de elementos estruturais.Dentre diversos e importantes trabalhos na rea pode-se citar: Abreu e Fakury [3], no qual se avalia a elevao de temperatura em perfis de ao, desenvolvendo-se um programa para determi-nao da temperatura de elementos estruturais com e sem pro-teo; Fakury [4], cujo objetivo divulgar e ilustrar a utilizao da ABNT NBR 14323: Projeto de Estruturas de Ao e de Estruturas Mistas de Ao e Concreto de Edifcios em Situao de Incndio, apresentando mtodos de clculo e aspectos relativos s pro-priedades do ao em situao de incndio, s combinaes de aes, proteo das estruturas de ao, elevao de temperatura e temperatura crtica; Martins [5], apresentando a determinao da temperatura crtica de barras submetidas fora normal de compresso e vigas sem a possibilidade de flambar lateralmente ou localmente e comparao da resistncia resultante ao se di-mensionar uma estrutura temperatura ambiente e em situao de incndio; Lopes Ribeiro [6], avaliando a preciso de procedi-mentos normativos para avaliao da distribuio de temperatu-ras atuantes na seo transversal de elementos estruturais em situao de incndio, propondo-se um algoritmo computacional para a anlise trmica transiente e no linear de modelos bidi-mensionais e tridimensionais.Entretanto, poucos so os trabalhos nacionais dedicados espe-cificamente avaliao dos materiais de proteo trmica para elementos estruturais. Com esta abordagem, pode-se citar Gui-mares [7], onde so apresentadas metodologias disponveis para o dimensionamento do material de revestimento de estruturas de ao em situao de incndio, e Andrade [8], no qual so apresen-tados os materiais de proteo trmica utilizados em edificaes metlicas e a influncia que exercem nos projetos de arquitetura.Nota-se, assim, uma lacuna de publicaes nacionais avaliando a natureza e o desempenho de materiais especficos de proteo contra incndio. Portanto, foco e interesse do presente artigo apresentar os principais aspectos de tintas intumescentes como revestimento estrutural, trazendo luz o atual estgio de pesqui-sas mundial sobre o assunto, abordando sua composio qumi-ca, desempenho e comportamento termo fsico.

    2. Composio qumica

    No campo da engenharia de estruturas, as tintas intumescentes, geralmente, so associadas como material de proteo estrutura de ao em situao de incndio, protelando a perda de resistncia dos elementos estruturais. Entretanto, compostos intumescentes so empregados, tambm, na proteo de materiais inflamveis e at de plsticos. Independente do campo de utilizao, os compostos intumescen-tes tm basicamente a mesma composio qumica. De acordo

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    R. B. R.S. OLIVEIRA | A. L. MORENO JUNIOR | L. C. M. VIEIRA

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    Intumescent paint as fire protection coating

    com Troitzsch [9], a intumescncia obtida atravs dos seguintes componentes:- fonte de cido: trata-se, normalmente, do sal de um cido inor-gnico no voltil, tal como cido brico, sulfrico ou fosfrico. Os mais empregados so os sais de cido fosfrico, como por exem-plo, o fosfato de amnio e polifosfato de amnio, que libertam o cido em que se baseiam a temperaturas acima de 150C. O cido resultante desencadeia a primeira de uma srie de reaes qumi-cas, iniciando com a desidratao dos compostos carbonceos e sua carbonizao subsequente.- composto carbonceo: trata-se de um composto com muitos radicais de hidroxila (-OH) que, quando submetido ao ataque ci-do desidrata atravs de uma reao de esterificao e carboniza. Compostos utilizados com frequncia so o pentaeritritol, amida e resinas fenlicas ou a base de ureia.- compostos espumficos: para este fim, compostos como pa-rafinas cloradas, melamina ou guanidina so empregados. Sob a influncia de calor, liberam grandes quantidades de gases no inflamveis, tais como cloreto de hidrognio (HCl), gs amnia (NH3) ou gs carbnico (CO2), originando uma espuma com as-pecto de material carbonizado sobre o substrato. Os produtos da decomposio destes materiais (por exemplo, resduos de para-finas cloradas) muitas vezes contribuem adicionalmente para a carbonizao do composto carbonceo.- resinas aglomerantes: so responsveis por envolver os gases

    formados, evitando sua disperso. No devem endurecer. Pelo contrrio, para melhor desempenho devem ter caractersticas ter-moplsticas. Um exemplo de material altamente recomendado so borrachas a base de cloro que amolecem e se fundem quando ex-postas a altas temperaturas e, simultaneamente, auxiliam o agente expansivo formando HCl, alm de contribuir para a carbonizao.Camino et al [10] cita um registro de patente americana de 1948 para aprese