Диссертация (Огнестойкость ограждающих деревянных легких каркасных конструкций с полимерной теплоизоляцией), страница 9

Привозрастании объемной массы древесины увеличивается общее тепловыделение пригорении древесины за 9 мин.Второй пик на кривой скорости тепловыделения при горении древесины связанс окислительными процессами углистого слоя и постепенным его выгоранием.После достижения максимального значения скорости тепловыделения на этомэтапе происходит активное выгорание кокса древесины, что выражается снижениемскорости тепловыделения. Конечная стадия процесса горения древесины соответствует почти полному выгоранию карбонизованного слоя.Присутствие локальной пламенной горелки для исследуемых пород древесинывызывает более быстрое возникновение пламенного горения древесины и нарастание скорости тепловыделения до максимального значения на начальной стадии.

Таким образом, ЛИП оказывает влияние в большей степени на период индукции (времявоспламенения или самовоспламенения образца) и в меньшей степени на дальней-53шее развитие процесса тепловыделения при горении одного и того же древесногоматериала.Как показано ранее, что весь процесс горения и изменения наблюдаемой скорости тепловыделения можно разделить на этапы пламенного горения древесины итлеющего горения образующегося коксового слоя.Это позволяет определить скорость нарастания интенсивности пламенного итлеющего горения (FIGRA) древесины и оценить влияние вида древесины на этипроцессы (Таблица 3.4).Таблица 3.4 – Параметры FIGRA для разных этапов горения древесины при воздействии разных внешних тепловых потоковОбразецЕльСоснаЛиственницаБерезаДубρ,qe,кг/м3кВт/м2395462568573630Пламенный этапFIGRA,2кВт/м ×cЭтап тления FIGRA,кВт/м2×c203,161,04359,370,89529,411,15202,97-359,21-529,480,933510,460,88202,641,27353,661,78525,682,04202,140,77356,760,86528,081,0154Как показывают результаты, представленные в таблице, при плотности теплового потока qe = 20 кВт/м2 образцы ели характеризуются наиболее высоким значениемFIGRA пламенного горения, по сравнению с древесиной сосны и лиственными разновидностями березы и дуба.

Скорость нарастания интенсивности тепловыделенияпри горении древесины дуба самая низкая (2,14 кВт/м2с). С увеличением плотноститеплового потока с 35 до 52 кВт/м2 у образцов ели и сосны наблюдаются близкиезначения FIGRA и их небольшой рост при изменении qe от 35 до 52 кВт/м2. Этоозначает, что в таком случае при qe= 52 кВт/м2 становится значителен вклад чистотермического процессов деструкции древесины в образование летучих горючих продуктов распада материала, протекающего с поглощением тепла, и изменением состава летучих.Хвойные разновидности древесины образуют коксовый слой приблизительно сблизкими значениями скорости нарастания СТВ при тлеющем горении (0,88 – 1,15кВт/м2с).Следует отметить особый характер поведения при горении древесины березы.На этапе пламенного горения у нее наблюдаются относительно низкие значения скорости нарастания интенсивности тепловыделения по сравнению с хвойными видамии образцами дуба.

Однако на этапе тлеющего горения образовавшегося кокса обнаруживается самый высокий темп роста скорости тепловыделения. По-видимому,этот эффект в значительной степени обусловлен образованием кокса с низкой объемной плотностью на первом этапе горения и, соответственно, с развитой площадьюповерхности, доступной кислороду воздуха на этапе тлеющего горения.

Необходимоучесть также повышенное содержание в химическом составе и структуре обуглероженного продукта углерод-водородных фрагментов. По-сути, продукт представляетсобой так называемый полукокс. Известно, что энтальпия окисления березового угля5850 Дж/г в 1,2 – 1,3 раза выше, чем соснового (4867 Дж/г)[57].Образцы дуба при пламенном горении образуют плотный кокс с более высокойобъемной плотностью, чем береза и хвойные виды древесины. В результате на этапе55тлеющего горения наблюдаются самые низкие значения FIGRA при qe = 20 – 35кВт/м2.

При тепловом потоке 52 кВт/м2 эффект сглаживается из – за того, что в этихжестких условиях с окислительным процессом начинают конкурировать чисто термические реакции разложения карбонизованного вещества.Анализ характера обугливания древесины разных видов при действии внешнеготеплового потока в интервале 20 – 52 кВт/м2 приводит к выводу, что скорость обугливания древесины зависит от плотности теплового потока и изменяется со времениего воздействия [58].Β≈(3.4)При пятиминутном испытании в калориметре OSU при действии теплового потока постоянной плотности (20 – 52 кВт/м2) самую высокую скорость обугливанияпоказывают образцы ели (от 0,79 до 1,27 мм/мин), самую низкую образцы дуба (от0,53 до 0,85 мм/мин). Отметим, забегая вперед, что при 60 минутной экспозиции деревянных элементов ограждающих конструкций в огневой печи по стандартномурежиму пожара (средняя плотность теплового потока 92,6 кВт/м2) скорости обугливания древесины ели будут достигать 0,64 мм/мин, а дуба – 0,43 мм/мин.

При этомтолщина обугленного слоя на поверхности хвойной древесины составит 33 – 39 мм,а на поверхности береза или дуба – 26,6 и 25,8 мм соответственно.Можно продемонстрировать возможности использования, полученных в работехарактеристик тепловыделения при горении древесины. Они позволяют, например,предсказать влияние разновидности древесины на наступление общей вспышки ( впомещении размером 3,6×2,4×2,4 м с проемом 0,8×2,0 м при воздействиистандартного режима пожара в условиях крупномасштабного метода ISO 9705.РасчетпроведенпоуравнениюОстмана-Нассбаума(Ostman–Nussbaum),установленному по данным круговых испытаний большого числа облицовочныхматериалов с целью корреляции результатов мало – и крупномасштабных огневыхиспытаний:56b, с.,(3.5)где, tign – время задержки воспламенения образцов при qe = 20 кВт/м2 в конкалориметрическом тесте, с;  - плотность древесины, кг/м3; А - общеетепловыделение за период пламенного горения при qe = 52 кВт/м2 (соответствуетпервому пику на кривой скорости тепловыделения ОТВ2мин), Дж/м2; а и b –константы.

a = 2,76×106 Дж/(кг м)1/2; b = - 46 c. Значения констант даны с учетомоблицовки 3-х стен и потолка помещения комнатного теста, обеспечивают высокийкоэффициент корреляции (R = 0,98) с результатами кон-калориметрии.В рассматриваемых условиях ISO 9705 при облицовке материалами из хвойнойдревесины ели или сосны общая вспышка наступит через 1,3- 2,1 мин, в случаеприменения древесины березы и дуба – через 3,3 и 4,56 мин соответственно.

Быстрееначинает прогорать и обугливаться хвойная древесина, образуя на поверхностикоксовый слой большей толщины, чем древесина лиственных пород.По характеристикам тепловыделения проверено влияние на пожарную опасность древесины двух огнезащитных систем: 1 - пропиточного состава КСД-А (марка - 1) и 2 - вспучивающегося пленкообразующего состава МПС на основе модифицированных полисахаридов крахмала.Анализ полученных результатов показал, что по сравнению с пропиточным составом «КСД-А» состав на основе МПС обнаруживает более высокую эффективность огнезащитного действия, благодаря образованию толстого вспененного коксового слоя с высокими теплоизолирующими свойствами.

При этом можно отметить,что нанесение состава МПС на поверхность древесины сосны и ели приводит к снижению общего тепловыделения ОТВ2мин в 1,8 и 3,2 раза соответственно. При нанесении же на поверхность образцов дуба и березы общее тепловыделение за этот период снижается в 3,8 и 9,3 раза по сравнению с образцами необработанной древесинысоответственно. В меньшей степени на этом показателе сказывается разновидностьдревесины при использовании пропиточного состава «КСД-А»: значение ОТВ2мин57снижается всего в 1,5–2 раза. Огнезащитная обработка древесины снижает темпыроста скорости тепловыделения (FIGRA) как на этапе пламенного горения, так итлеющего горения коксового слоя (см. Таблицу 3.5).Полученные параметры тепловыделения по значению СТВmax и времени его достижения на стадии пламенного горения (τmax) были использованы для расчета ОФПпо полевой модели критической продолжительности пожара τкр (достижения в рабочей зоне Ткр = 70 °С на выходе из помещения размерам 3,6×2,4×2,4 м).

Расчеты показали, что значения τкр существенно ниже времени общей вспышки.58Таблица 3.5 – Влияние огнезащитной обработки древесины на характеристики тепловыделения при qe = 35 кВт/м2ОбразецЕльЕльКСДАЕльМПССоснаСоснаτвτ1max93010336,083,5176,6306532,1545,01506201022,5308010532070КСДАБерезаМПСДубДубКСДАДубМПСкВт/м2τmin,сМПСБерезакВт/м2СТВ1maxсКСДАСоснаБерезаСТВвсСТВminкВт/м130кВт/м2FIGRAОТВ2минкВт×мин/мкВт/м2с2195233,2218,253360156,9115,23,30,5643,4415164,568,80,370,45276203,5180,69,21-354163,74,60,46129,088,4сСТВ2maxпламя9,37131,2302τ2max61,7128,5тление0,89(180,6)44,063,412056,2157,74490,815094,9419169,599,10,390,38215400,5279,93,661,78320262,30,940,98154,8(279,9)30-13,6332040--21067,3131,3-103,112073,140627330,0-1,04281245,11986,760,86376171,32,740,380,440,65138,8(198,0)5010520,055,316042,1352,5167,351,659Результаты исследования характеристик тепловыделения деревянных элементов ограждающих ЛДКрК приводят к выводу, что при разработке мероприятий направленных на обеспечение пожарной безопасности зданий нельзя использовать усредненные показатели для древесины т.к., для разных видов и пород онисущественно различаются.60ГЛАВА 4.