Vai trò của lớp sơn chống cháy cho khung nhà thép tiền chế

Khi lập kế hoạch xây dựng nhà xưởng, an toàn phòng cháy chữa cháy (PCCC) là yếu tố được đặt lên hàng đầu. Một trong những hạng mục quan trọng nhất, và cũng là yêu cầu pháp lý bắt buộc, chính là giải pháp bảo vệ cho hệ kết cấu thép. Nhiều chủ đầu tư vẫn còn băn khoăn về vai trò thực sự của lớp sơn chống cháy: Liệu nó có thực sự cần thiết khi thép là vật liệu không cháy?

Câu trả lời là: Cực kỳ cần thiết.

Sự thật là, trong một đám cháy, mối nguy hiểm lớn nhất không phải là thép bị "cháy", mà là thép bị "mềm" đi và mất khả năng chịu lực, dẫn đến sụp đổ toàn bộ công trình. Bài viết này của DPC Steel sẽ phân tích chi tiết vai trò "sinh tử" của lớp sơn chống cháy cho khung nhà thép tiền chế và tại sao đây là một khoản đầu tư bắt buộc để bảo vệ tính mạng và tài sản.

1. Hiểu lầm "chết người": Thép không cháy, nhưng tại sao nhà xưởng khung thép vẫn sụp đổ?

Đây là hiểu lầm phổ biến và nguy hiểm nhất. Đúng là thép không phải là vật liệu bắt cháy như gỗ hay giấy. Tuy nhiên, điểm yếu chí mạng của thép là sự nhạy cảm với nhiệt độ cao.

1.1. Vấn đề cốt lõi: Thép mất cường độ ở nhiệt độ cao

Tính chất cơ lý của thép thay đổi mạnh khi bị nung nóng. Các nghiên cứu và thực tế đã chỉ ra:

• Ở 300°C: Thép bắt đầu mất đi một phần cường độ.

• Ở 550°C (Nhiệt độ tới hạn): Đây là mốc nguy hiểm. Tại nhiệt độ này, cường độ của kết cấu thép chỉ còn khoảng 50% so với cường độ ở nhiệt độ bình thường. Nó không còn đủ khả năng gánh đỡ các tải trọng của mái, sàn, và chính bản thân nó.

• Trên 800°C: Nhiệt độ phổ biến trong một đám cháy lớn. Lúc này, thép trở nên "mềm" như nhựa và gần như mất hoàn toàn khả năng chịu lực.

Một đám cháy trong nhà xưởng công nghiệp (với các vật liệu dễ cháy như bao bì, hóa chất, hàng hóa) có thể đạt đến 550°C chỉ trong vòng 10-15 phút.

1.2. Nguy cơ sụp đổ thực tế tại các công trình nhà xưởng kết cấu thép

Đối với một công trình nhà thép tiền chế, hệ thống khung cột, dầm, kèo thép là "xương sống" gánh toàn bộ tải trọng.

Hãy tưởng tượng kịch bản: Khi đám cháy xảy ra, nhiệt độ tăng nhanh. Chỉ sau 15 phút, một cột thép hoặc một vì kèo chính đạt đến 550°C. Nó bắt đầu bị biến dạng, cong vênh và không còn khả năng chịu lực.

Sự hỏng hóc của chỉ MỘT cấu kiện chính sẽ ngay lập tức gây ra hiệu ứng domino. Toàn bộ hệ thống mái, tường, và các khung kèo liên kết sẽ bị kéo sụp theo, dẫn đến sụp đổ toàn bộ công trình một cách nhanh chóng. Sự sụp đổ này không chỉ phá hủy toàn bộ tài sản mà còn chặn đứng mọi nỗ lực cứu hỏa và bịt kín lối thoát hiểm của những người còn kẹt bên trong.

Một nhà xưởng sập do hỏa hoạn

2. Sơn chống cháy là gì và cơ chế hoạt động của nó?

Để giải quyết điểm yếu chí mạng này của thép, các kỹ sư đã phát minh ra giải pháp bảo vệ thụ động (Passive Fire Protection), trong đó phổ biến và hiệu quả nhất chính là sơn chống cháy.

2.1. Định nghĩa sơn chống cháy (Sơn trương phồng)

Sơn chống cháy (tên kỹ thuật là Intumescent Paint hay Sơn trương phồng) là một loại sơn đặc biệt. Ở điều kiện bình thường, nó chỉ là một lớp sơn phủ mỏng, có tính thẩm mỹ như sơn dầu thông thường.

Tuy nhiên, "phép màu" chỉ xảy ra khi nó tiếp xúc với nhiệt độ cao.

2.2. Cơ chế "biến hình" 4 bước để bảo vệ kết cấu thép

Khi nhiệt độ của đám cháy tác động lên bề mặt sơn, một chuỗi phản ứng hóa học sẽ xảy ra:

1. Trạng thái bình thường (< 200°C): Lớp sơn nằm im, mỏng và có tính trang trí.

2. Kích hoạt phản ứng (Từ 200°C - 250°C): Các thành phần hóa học đặc biệt trong sơn bắt đầu phản ứng với nhau.

3. Trương phồng (Intumescence): Lớp sơn bắt đầu phồng lên, nở ra, tạo thành một lớp "than" (char) xốp, dày gấp hàng chục lần (có thể từ 40 đến 100 lần) độ dày màng sơn ban đầu.

4. Cách nhiệt (Insulation): Lớp than xốp này có cấu trúc tổ ong, chứa đầy khí CO2 hoặc N2 (sinh ra từ phản ứng hóa học), khiến nó có khả năng cách nhiệt cực kỳ hiệu quả. Nó hoạt động như một "tấm chăn" kiên cố, bọc lấy cấu kiện thép, ngăn cản nhiệt độ cao của đám cháy truyền vào lõi thép bên trong.

Nói một cách đơn giản, sơn chống cháy không dập tắt đám cháy. Nó câu giờ và làm chậm quá trình thép bị nung nóng.

Nguyên lý của sơn chống cháy kết cấu thép

3. Bốn vai trò "vàng" của sơn chống cháy đối với nhà thép tiền chế

Việc "câu giờ" này mang lại 4 vai trò cốt lõi, quyết định sự an toàn của cả một công trình xây dựng nhà xưởng tiền chế.

3.1. Vai trò số 1 (Ưu tiên hàng đầu): Bảo vệ an toàn tính mạng con người (Life Safety)

Đây là mục đích tối quan trọng và là lý do số một của mọi hệ thống PCCC.

Trong một đám cháy, con người thường tử vong vì ngạt khói trước khi bị ngọn lửa thiêu đốt. Thời gian để thoát hiểm là vô cùng quý giá, chỉ tính bằng phút.

Lớp sơn chống cháy, bằng cách giữ cho nhà xưởng khung thép không sụp đổ, đã trực tiếp làm hai việc:

• Tạo ra "thời gian vàng": Thay vì sụp đổ trong 15 phút, kết cấu có thể đứng vững trong 60, 90, 120 phút hoặc lâu hơn (tùy thuộc vào tiêu chuẩn thiết kế). Đây là khoảng thời gian đủ để công nhân nhận được cảnh báo, tìm và thoát ra khỏi tòa nhà một cách an toàn.

• Bảo vệ lối thoát hiểm: Khi kết cấu sụp đổ, lối đi, cầu thang, cửa ra vào sẽ bị chặn hoàn toàn. Sơn chống cháy giữ cho các lối thoát này nguyên vẹn, cho phép con người thoát ra và lực lượng PCCC tiếp cận.

3.2. Vai trò số 2: Bảo vệ tính toàn vẹn kết cấu - Ngăn chặn sụp đổ

Như đã phân tích, sơn chống cháy ngăn cản thép đạt đến nhiệt độ tới hạn 550°C. Điều này giúp:

• Duy trì sự ổn định của công trình: Tòa nhà vẫn đứng vững dưới đám cháy trong một khoảng thời gian dài.

• Ngăn chặn hiệu ứng domino: Tránh được thảm họa sụp đổ dây chuyền, giúp khoanh vùng đám cháy.

• Hỗ trợ lực lượng cứu hỏa: Lực lượng PCCC có thể tự tin triển khai phương án dập lửa bên trong và xung quanh tòa nhà khi biết rằng kết cấu sẽ không bất ngờ sụp xuống đầu họ. Nếu không có sơn chống cháy, lính cứu hỏa thường chỉ có thể đứng bên ngoài và phun nước vào một cách vô vọng.

3.3. Vai trò số 3: Bảo vệ tài sản hàng tỷ đồng bên trong nhà xưởng công nghiệp

Đối với một chủ đầu tư, giá trị của phần vỏ nhà xưởng kết cấu thép thường nhỏ hơn rất nhiều so với giá trị tài sản bên trong. Đó là:

• Dây chuyền sản xuất, máy móc tự động hóa trị giá hàng chục, hàng trăm tỷ đồng.

• Hàng hóa thành phẩm, nguyên vật liệu trong kho.

Khi một nhà xưởng khung thép sụp đổ, nó sẽ đè bẹp và phá hủy toàn bộ tài sản bên trong, ngay cả những tài sản mà ngọn lửa chưa chạm tới. Hậu quả là doanh nghiệp mất trắng, quá trình tái thiết cực kỳ tốn kém và mất thời gian.

Lớp sơn chống cháy, bằng cách giữ cho tòa nhà đứng vững, đã gián tiếp bảo vệ tài sản cho chủ đầu tư. Công tác khắc phục hậu quả (nếu có) cũng sẽ đỡ tốn kém hơn rất nhiều so với việc phải dọn dẹp đống đổ nát và xây mới hoàn toàn.

3.4. Vai trò số 4 (Bắt buộc): Đáp ứng yêu cầu pháp lý về PCCC

Đây là vai trò mang tính "thực thi". Nếu ba vai trò trên là lợi ích, thì đây là yêu cầu bắt buộc.

Tại Việt Nam, Quy chuẩn QCVN 06:2022/BXD (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về An toàn cháy cho nhà và công trình) quy định rất chặt chẽ về giới hạn chịu lửa của các cấu kiện xây dựng.

• Tùy thuộc vào quy mô, công năng, và bậc chịu lửa của công trình (Bậc I, II, III, IV, V), quy chuẩn yêu cầu các kết cấu chịu lực chính (như cột, dầm, kèo thép) phải đạt giới hạn chịu lửa (R) trong một khoảng thời gian nhất định.

• Ví dụ: R60 (chịu lửa 60 phút), R90 (90 phút), R120 (120 phút)...

• Kết cấu thép trần (không được bảo vệ) có giới hạn chịu lửa rất thấp (chỉ khoảng R15).

Để đạt được các yêu cầu R60, R90... bắt buộc, chủ đầu tư phải áp dụng các giải pháp bảo vệ thụ động. Sơn chống cháy là một trong những giải pháp hiệu quả và phổ biến nhất để giúp nhà thép tiền chế đạt được giới hạn chịu lửa này.

Quan trọng: Nếu không có giải pháp chống cháy cho kết cấu thép, công trình sẽ không bao giờ được cấp phép Nghiệm thu PCCC. Điều này đồng nghĩa với việc công trình không được phép đưa vào hoạt động, gây đình trệ sản xuất kinh doanh và thiệt hại nghiêm trọng cho chủ đầu tư.

Sơn chống cháy cấu kiện thép

4. Tại sao sơn chống cháy là lựa chọn ưu việt cho thi công nhà thép tiền chế?

Có nhiều giải pháp để tăng giới hạn chịu lửa cho thép (như bọc bê tông, ốp tấm chống cháy, phun bọt...). Tuy nhiên, sơn chống cháy là giải pháp được ưa chuộng hàng đầu khi thi công nhà thép tiền chế vì những lý do sau:

4.1. Ưu điểm về tính thẩm mỹ

Không giống như việc bọc bê tông làm kết cấu trở nên thô kệch, hay ốp tấm làm che khuất hoàn toàn kết cấu thép, sơn chống cháy:

• Giữ nguyên vẻ đẹp kiến trúc: Lớp sơn mỏng, mịn, giữ trọn vẹn hình khối, sự thanh thoát và vẻ đẹp công nghiệp của kết cấu thép.

• Đa dạng màu sắc: Lớp sơn phủ (topcoat) bên ngoài lớp sơn chống cháy có thể là bất kỳ màu nào theo yêu cầu nhận diện thương hiệu.

4.2. Ưu điểm về tải trọng

Đây là lợi thế lớn cho các công trình nhà thép tiền chế vốn được thiết kế tối ưu về trọng lượng:

• Tải trọng nhẹ: Lớp sơn rất nhẹ, không làm tăng đáng kể tải trọng bản thân lên kết cấu và hệ móng, không giống như giải pháp bọc bê tông (rất nặng) có thể làm thay đổi toàn bộ thiết kế móng và tăng chi phí xây dựng nhà xưởng.

4.3. Ưu điểm về thi công và bảo trì

• Thi công linh hoạt: Có thể phun hoặc quét dễ dàng lên mọi loại cấu kiện có hình dạng phức tạp (dầm, kèo, giằng chéo, các nút liên kết...), điều mà tấm ốp rất khó thực hiện.

• Dễ bảo trì, sửa chữa: Khi có trầy xước, việc dặm vá, bảo trì rất đơn giản và nhanh chóng.

Công nhân đang phun sơn chống cháy

5. Những lưu ý khi thi công sơn chống cháy cho nhà xưởng kết cấu thép

Để lớp sơn phát huy tối đa hiệu quả, việc thi công nhà xưởng phải tuân thủ quy trình kỹ thuật nghiêm ngặt. Đây không phải là việc "quét sơn" thông thường.

5.1. Độ dày màng sơn (DFT) - Yếu tố then chốt

Đây là yếu tố quyết định thời gian chịu lửa.

• Thời gian chịu lửa (60, 90, 120 phút) tỷ lệ thuận với độ dày của màng sơn chống cháy.

• Độ dày này không phải là một con số ngẫu nhiên. Nó phải được tính toán bởi các kỹ sư dựa trên:

  • Yêu cầu thời gian chịu lửa (R60, R90...).

  • Tiết diện của cấu kiện thép (chỉ số A/P - Tỷ lệ giữa chu vi tiếp xúc lửa và diện tích tiết diện thép). Thép càng mỏng, càng phải sơn dày.

• Việc thi công sai độ dày (dù chỉ thiếu vài micron) cũng có thể khiến kết cấu không đạt yêu vầu chịu lửa khi thử nghiệm.

5.2. Quy trình 3 lớp sơn chuẩn

Một hệ thống sơn chống cháy hoàn chỉnh luôn bao gồm 3 lớp:

1. Sơn lót chống rỉ (Primer): Bảo vệ thép khỏi ăn mòn và tạo độ bám dính cho lớp sơn tiếp theo.

2. Sơn chống cháy (Intumescent): Lớp sơn chính, chịu trách nhiệm "trương phồng" và cách nhiệt. Độ dày của lớp này được kiểm soát nghiêm ngặt.

3. Sơn phủ màu (Topcoat): Bảo vệ lớp sơn chống cháy khỏi độ ẩm, hóa chất, va đập và tạo màu sắc thẩm mỹ cho công trình.

Việc thiếu bất kỳ lớp nào, hoặc thi công khi bề mặt chưa sạch, đều làm hỏng toàn bộ hệ thống.

6. DPC Steel: Đối tác tin cậy trong giải pháp xây dựng nhà xưởng tiền chế an toàn

Tại DPC Steel, chúng tôi hiểu rằng, xây dựng nhà xưởng tiền chế không chỉ là cung cấp kết cấu thép, mà là cung cấp một giải pháp toàn diện, an toàn và tuân thủ pháp luật cho chủ đầu tư.

6.1. Tầm nhìn của DPC Steel về an toàn PCCC

Chúng tôi không xem PCCC là một "chi phí" hay một "thủ tục". Chúng tôi xem đây là một cam kết về an toàn và giá trị cốt lõi của công trình. Một công trình nhà xưởng công nghiệp chỉ thực sự có giá trị khi nó an toàn cho con người và tài sản vận hành bên trong.

6.2. Cung cấp giải pháp toàn diện, tối ưu chi phí xây dựng nhà xưởng

DPC Steel đồng hành cùng chủ đầu tư ngay từ giai đoạn thiết kế nhà thép tiền chế:

• Tư vấn giải pháp PCCC: Chúng tôi tư vấn cho chủ đầu tư giải pháp chống cháy (sơn, ốp tấm, bê tông...) phù hợp và kinh tế nhất dựa trên bậc chịu lửa của công trình.

• Thiết kế tối ưu: Chúng tôi tính toán và tối ưu hóa thiết kế kết cấu để giảm chỉ số A/P, từ đó giúp giảm độ dày sơn chống cháy cần thiết, tiết kiệm đáng kể chi phí cho chủ đầu tư mà vẫn đảm bảo tiêu chuẩn R.

• Thi công đồng bộ: Quy trình thi công nhà thép tiền chế của chúng tôi bao gồm việc thi công hệ thống sơn chống cháy ngay tại nhà máy hoặc tại công trường, đảm bảo kiểm soát chất lượng, độ dày và tiến độ.

Đầu tư vào sơn chống cháy không phải là một chi phí, đó là một khoản đầu tư bắt buộc để bảo hiểm cho toàn bộ dự án, cho tính mạng con người và cho sự phát triển bền vững của doanh nghiệp.

Hãy liên hệ với DPC Steel ngay hôm nay để được tư vấn giải pháp xây dựng nhà xưởng an toàn, hiệu quả và tuân thủ tuyệt đối các quy định PCCC mới nhất.

>> Đọc thêm bài viết liên quan: 

Lựa chọn hệ thống bao che cho nhà xưởng công nghiệp 

Giải pháp kết cấu thép tiền chế cho nhà thi đấu, sân bóng, bể bơi

Để tìm hiểu thêm về các dự án công trình công nghiệp bằng thép tiền chế, xin mời quý anh chị ghé thăm kênh Youtube của DPC Steel:

Video giới thiệu về DPC Steel - Nhà thầu xây dựng kết cấu thép hàng đầu tại Phú Thọ