Sản phẩm ngăn cháy hoạt động như thế nào?
Việc xử lý ngăn cháy lan cho các đường cáp và ống xuyên qua tường và sàn có xếp hạng chịu lửa là một yêu cầu quan trọng đối với bất kỳ đơn vị nào liên quan đến thiết kế, đặc điểm kỹ thuật và nghiệm thu cũng như vận hành công trình. Để đảm bảo an toàn cháy nổ, chỉ những hệ thống được phê duyệt hoặc chứng nhận mới được sử dụng. Đây chính là các giải pháp thuộc nhóm chống cháy thụ động (passive fire protection), hay còn gọi là ngăn cháy lan (firestop).
Phần lớn các giải pháp này dựa trên một công nghệ cốt lõi tên là intumescence (giãn nở khi gặp nhiệt). Vậy cơ chế này hoạt động ra sao? Tại sao nó lại quan trọng trong các công trình hiện đại?


Hình 1: Vật liệu phồng nở trong lửa

Tổng quan về trương nở/ giãn nở
“Intumescence” có nguồn gốc từ tiếng Latin intumescere, có nghĩa là “sưng lên”. Về mặt hóa học, đây là quá trình giãn nở của một số vật chất khi bị tác động bởi nhiệt.
Trong một đám cháy, ba yếu tố chính tạo nên phản ứng cháy gồm: nhiên liệu – ôxy – nguồn nhiệt. Khi xảy ra cháy, nhiệt độ, khói, khí nóng và ngọn lửa phát triển rất nhanh. Dập tắt cháy là quá trình loại bỏ một trong ba yếu tố trên.

Hình 2: Tầm quan trọng của trương nở/ giãn nở trong việc dập tắt cháy

Nguyên tắc cơ bản của bảo vệ cháy gồm: phát hiện – dập cháy – ngăn cháy lan. Trương nở/ giãn nở là công nghệ quan trọng trong nhóm ngăn cháy lan, giúp cô lập khu vực cháy khỏi các khu vực chưa bị ảnh hưởng.
Hiện có hai cơ chế trương nở/ giãn nở chủ đạo:
·      Trương nở/ giãn nở tạo áp lực: Vật liệu nở ra mạnh khi gặp nhiệt, tạo áp lực để đóng kín khe hở, đặc biệt hiệu quả trong việc bịt kín ống nhựa bị nóng chảy.
·      Trương nở/ giãn nở cách nhiệt: Vật liệu nở thành lớp bọt carbon cách nhiệt, giúp bảo vệ cáp điện hoặc ống kim loại khỏi nhiệt độ cao.

Cơ chế hoạt động – Góc nhìn hóa học
Hệ thống intumescent là một hỗn hợp vật liệu có phản ứng thông minh, phản ứng khi môi trường xung quanh đạt đến nhiệt độ nhất định.

Khi vượt qua ngưỡng kích hoạt (khoảng 150°C – 350/400°C), vật liệu tạo ra một lớp bọt dày, giãn nở lên đến 700% hoặc hơn, giúp bảo vệ cấu kiện bên dưới khỏi tác động nhiệt. 

Hình 3: Vật liệu trương nở: Keo ngăn cháy Hilti

Kết quả thực tế dựa trên một số phản ứng hóa học phụ thuộc vào nhiệt độ quan trọng. Do đó, hầu hết các vật liệu trương nở là hỗn hợp của các thành phần khác nhau như: các thành phần cơ bản polyme và chất kết dính, tác nhân tạo khí (blowing agents), nguồn carbon và một số chất xúc tác điều hướng phản ứng. Một nguyên liệu thô quan trọng trong nhiều hệ thống ngăn cháy thụ động là vermiculite, hoạt động như một chất đóng vai trò là chất nở trong vòng cổ ngăn cháy, keo sealant hoặc tổ hợp ngăn cháy lan. Trong các hình ảnh bên dưới, các giai đoạn khác nhau khi "trương nở" và "chưa trương nở" được hiển thị.


Hình 4: Vermiculite trước khi trương nở — Nguồn: Hilti


Hình 5: Vermiculite sau khi trương nở xem bằng kính hiển vi — Nguồn: Hilti
  


Tại sao công nghệ này được sử dụng để ngăn cháy?
Như đã đề cập trong “tam giác ngăn cháy lan”, các quy định xây dựng yêu cầu công trình phải được phân khoang bằng tường và sàn chống cháy. Tuy nhiên, các hệ thống kỹ thuật như: Ống nhựa; Ống bọc bảo ôn: Cáp điện; Máng cáp ... vẫn phải xuyên qua các cấu kiện này. Các vật liệu này mềm, nóng chảy hoặc cháy rụi khi gặp lửa, tạo thành các lỗ hổng cho lửa và khói lan sang khoang kế bên.
Trong nhiều trường hợp, nó cũng có thể phá hủy hoặc làm hỏng vật liệu nền trong quá trình nóng chảy hoặc đốt cháy.
Các giải pháp chống cháy thụ động sử dụng các thành phần trương nở để nở ra và lấp đầy các lỗ hổng do vật xuyên bị cháy rụi, giúp duy trì khả năng ngăn lửa – ngăn khói của tường/sàn. Do đó, hệ thống ngăn cháy được thiết kế để giúp giữ ngọn lửa cô lập trong khoang khởi đầu đám cháy. 


Hình 6: Đường ống và cáp cháy và nóng chảy, các lỗ rò rỉ và khe hở được đóng lại bằng các sản phẩm ngăn cháy trương nở.

Đây là lĩnh vực ứng dụng của hệ thống ngăn cháy thụ động. Tại sao gọi là thụ động”? Tại sao gọi là “passive” firestop?
Vì các hệ thống này:

• Được tích hợp vào công trình từ đầu
• Không hoạt động cho đến khi nhiệt độ tăng cao
• Không cần nguồn điện, tín hiệu kích hoạt hay thiết bị ngoại vi

Chỉ cần nhiệt độ tăng → vật liệu bắt đầu giãn nở → khoang cháy được cô lập.

Ứng dụng công nghệ này – Thách thức đối với nhà sản xuất
Vì có nhiều vật liệu ống, cáp và vật liệu cách nhiệt khác nhau, phản ứng trong đám cháy có thể khá khác nhau. Khi nói đến việc phát triển và thử nghiệm một ứng dụng đường ống và cáp nhất định, quá trình này phụ thuộc nhiều vào vật liệu ống hoặc cáp, đường kính ống hoặc cáp và độ dày thành ống.
Ví dụ: Ống PVC DN160, dày 6 mm, mất nhiều thời gian để tan chảy và tạo lỗ hổng lớn → vật liệu trương nở/ giãn nở không được phản ứng quá nhanh, tránh nở hết trước khi ống cháy.
Nhà sản xuất phải đảm bảo:

• Tạo đủ áp lực để bóp nát phần nhựa còn lại
• Giữ được lượng vật liệu đủ lớn cho đến cuối quá trình cháy
• Kiểm soát tốc độ giãn nở không quá sớm – không quá muộn

 
Vì vậy, thách thức đối với một nhà sản xuất giải pháp ngăn cháy là phát triển các hệ thống có thể bao phủ nhiều loại vật liệu đường ống và cáp. Các nhà sản xuất có thể nghiên cứu, phát triển và thử nghiệm các ứng dụng hiện có trong một tòa nhà có thể cung cấp các giải pháp thích hợp, đã được kiểm tra về sự tuân thủ nhưng cũng đơn giản hơn để lắp đặt. Do đó, cần có nhiều công thức và hệ thống khác nhau để phù hợp từng loại ống, từng kích thước và từng điều kiện thi công.


Hình 7: Giải pháp ngăn cháy kinh điển Hilti CP 643 N / CP 644 cho ống nhựa có lõi giãn nở hiệu suất cao, vỏ kim loại chắc chắn, thử nghiệm đầy đủ trên nhiều loại ống.

Bên cạnh những thách thức về công nghệ được mô tả trong bài viết này, Hilti, với nghiên cứu và phát triển của riêng mình, cam kết cung cấp các giải pháp ngăn cháy dễ sử dụng hơn, cung cấp các hệ thống tích hợp và thử nghiệm đầy đủ tiên tiến. Cùng với hỗ trợ kỹ thuật chuyên nghiệp, độc đáo ở nhiều quốc gia, điều này giúp kỹ sư và nhà thầu lựa chọn đúng giải pháp, đúng ứng dụng và đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn
 
Hilti là nhà dẫn đầu toàn cầu về giải pháp ngăn cháy, với những thử nghiệm nghiêm ngặt và đóng góp vào sự phát triển tiêu chuẩn ngành, bảo vệ tính mạng và tài sản của hàng triệu công trình trên thế giới.
Để biết thêm thông tin, vui lòng để lại bình luận về bài viết này hoặc truy cập Góc Kỹ thuật của chúng tôi. Để biết thêm thắc mắc hoặc làm rõ, vui lòng liên hệ với chúng tôi tại engineeringsupport.vnteam@hilti.com.