Автореферат (1172917), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В качестве теплоизоляцииисследовали образцы минеральной («Rockwool Light») и полимерной(«PENOCOM») теплоизоляции с разной толщиной и плотностью.Характеристики тепловыделения при горении материалов изучали спомощью стандартного проточного кон-калориметра OSU марки HRR-3 фирмыAtlas (США). Образцы размером 150×150×10 мм испытывали в вертикальномположении при плотности внешнего радиационного теплового потока 20–52 кВт/м2. Механизм и макрокинетические параметры пиролиза итермоокислительного разложения пенокомпозита «PENOCOM» определяли поданным термического анализа, используя приборы Mettler и DuPont 9900 стермовесами ТГА-951 (США).
Для определения формоустойчивости итермоусадки теплоизоляции в динамическом режиме нагрева до 950 °Сиспользовали муфельную печь.Для определения фактического предела огнестойкости фрагментовограждающих конструкций при стандартном режиме пожара применялилабораторную установку «Огневая печь» (кафедра пожарной безопасности встроительстве Академии ГПС МЧС России). Теплотехнический расчет прогреваобразцов ограждающих конструкций проводили методом конечных элементов спривлечением программного комплекса ANSYS Mechanical.Третья глава посвящена изучению пожароопасных свойств деревянныхэлементов ограждающих каркасных конструкций. Основное внимание уделеноопределению характеристик тепловыделения при горении древесины хвойныхпород, используемых для изготовления элементов каркаса сооружений, а такженекоторых лиственных разновидностей, применяемых в качестве обшивок иоблицовочных материалов.
Оценено влияние двух современных огнезащитныхпропиточных составов на полученные показатели.Характеристики тепловыделения при горении строительных материаловявляются ключевыми показателями при прогнозировании развития пожара впомещении. Они позволяют оценить изменение размера очага пожара, скоростьраспространения пламени по материалу, возможность общей вспышки,нарастание опасных факторов пожара и пр., используются для классификациистроительных материалов [1, 2, 3].Применение стандартного кон-калориметра OSU (США) позволяет в одномэксперименте определить комплекс показателей тепловыделения при горениидревесины: время задержки воспламенения (ηв), максимальную скоростьтепловыделения (СТВ макс) и время ее достижения (ηмакс), общее тепловыделениеза определенный период горения (ОТВмин), скорость нарастания интенсивности(показатель FIGRA – Fire Growth Rate).На рисунке 1 в качестве примера представлены кривые изменения скороститепловыделения при горении образцов древесины дуба и сосны с влажностью4,3 и 6,0 % соответственно при воздействии внешнего радиационного теплового9потока плотностью 20 кВт/м2.а)б)Рисунок 1 – Изменение скорости тепловыделенияпри горении разных пород древесины: а) дуб; б) соснаКак видно из рисунка 1, изменение скорости тепловыделения в ходеэксперимента характеризуется ярко выраженной двухстадийностью процесса,связанной с обугливанием древесины и переходом от пламенного горенияобразцов к гетерогенному, тлеющему процессу.В таблице 1 приведены результаты определения характеристиктепловыделения древесины разных пород, используемой в качестве каркасаограждающих конструкций, а также в качестве отделочных материалов, взависимости от плотности внешнего теплового потока.Таблица 1 – Влияние плотности внешнего радиационного теплового потокана характеристики тепловыделения древесины, используемой в качестве каркасаи отделочных материаловОбразецρ,кг/м3qe,кВт/м2η1всп,сη1макс,сСТВ1макскВт/м2η2макс,сСТВ2макс,кВт/м212Ель395Сосна4623203552203552410941065,55403020402020694,8131,2143,598,2129,013772791951593542762478202,1233,2256,1159,3203,5247,3ОТВ2мин /ОТВ9 мин,кВт·мин/м29142,5218,2/851270,2128,8180,6/894202,0Лиственница568351730136300274185/101120355220355223,31052013,610635340673330104,9157,7199,0100,9131,3161,6284215184362281246321,9400,5459,6227,7245,1312,0149,3279,9/1285377,2127,1198,0/1035261,6Береза573Дуб62910При увеличении плотности внешнего радиационного теплового потока пригорении древесины снижается время задержки воспламенения, увеличиваютсязначения максимальной скорости тепловыделения, а время ее достиженияснижается как на стадии пламенного процесса, так и гетерогенного горения,возрастает общее тепловыделение.
По результатам измерений общеготепловыделения за все время эксперимента (9 минут) и на основе данных опотере массы за этот период рассчитаны значения эффективной теплотысгорания образцов древесины (Qэф).Сравнение со значениями низшей теплоты полного сгорания даетвозможность определить коэффициент полноты сгорания древесины на каждомэтапе.Эффективная теплота сгорания зависит от полноты сгорания материала, накоторую влияет в значительной степени толщина и качество обугленного слоя.Повышение влажности древесины, независимо от ее разновидности,вызывает снижение скорости тепловыделения и увеличение времени достиженияее максимального значения.Большое влияние на характеристики тепловыделения оказывают условиявоздействия внешнего радиационного теплового потока на материал.
Вчастности, в режиме самовоспламенения (в отсутствие локального источниказажигания) время задержки возникновения пламенного горения древесиныувеличивается почти в 1,5–2 раза, почти в 2 раза увеличивается критическийтепловой поток самовоспламенения по сравнению с пилотным воспламенением.Наблюдаемые различия в характеристиках тепловыделения древесиныразных пород обусловлены различием в их структуре и химическом составе,соотношении основных компонентов древесной субстанции (целлюлозы,лигнина, гемицеллюлозы и экстрактивных веществ). Плотность сухой древесиныявляется отражением ее морфологической структуры и химического состава.При возрастании плотности (объемной массы) древесины увеличивается времязадержки воспламенения и самовоспламенения образцов, изменяются другиехарактеристики тепловыделения.Полученные в работе результаты позволяют спрогнозировать влияниеразновидности древесины на наступление общей вспышки ( в помещенииразмером 3,6×2,4×2,4 м с проемом 0,8×2,0 м при воздействии стандартногорежима пожара в условиях крупномасштабного метода ISO 9705.
Расчетпроведен по уравнению Остмана – Нассбаума (Ostman – Nussbaum), сиспользованием данных круговых испытаний большого числа облицовочныхматериалов с целью корреляции результатов мало- и крупномасштабныхогневых испытаний:b, с.,(1)2где– время задержки воспламенения образцов при qe = 20 кВт/м в конкалориметрическом тесте, с; – плотность древесины, кг/м3; А – общеетепловыделение за период пламенного горения при qe = 52 кВт/м2 (соответствует11первому 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 трех стен и потолка помещения комнатного теста, обеспечиваютвысокий коэффициент корреляции (R = 0,98) с результатами кон-калориметрии.В рассматриваемых условиях ISO 9705 при облицовке материалами изхвойной древесины ели или сосны общая вспышка наступит через 1,3–2,1 мин., вслучае применения древесины березы и дуба – через 3,3 и 4,56 мин.соответственно.
Быстрее начинает прогорать и обугливаться хвойная древесина,образуя на поверхности коксовый слой большей толщины, чем у древесинылиственных пород.При 60-минутной экспозиции деревянных элементов в огневой печи постандартному температурному режиму пожара, когда средняя плотностьтеплового потока достигает 92,6 кВт/м2, толщина обугленного слоя наповерхности хвойной древесины составит 33–39 мм, а на поверхности березыили дуба – 26,6 и 25,8 мм. При этом средняя скорость обугливания древесиныели равна 0,64, а дуба – 0,43 мм/мин. Скорость обугливания древесиныизменяется со временем теплового воздействия и зависит от плотноститеплового потока: ~ qe0,5 /t0,3.По характеристикам тепловыделения определено влияние двухогнезащитных систем: 1 – пропиточного состава «КСД-А» (марка – 1) и 2 –вспучивающегосяпленкообразующегосоставаМПСнаосновемодифицированных полисахаридов крахмала.По сравнению с пропиточным составом «КСД-А» состав на основе МПСобнаруживает более высокую эффективность огнезащитного действия,благодаря образованию толстого вспененного коксового слоя с высокимитеплоизолирующими свойствами.
Так, нанесение состава МПС на поверхностьдревесины сосны и ели приводит к снижению общего тепловыделения ОТВ2минв 1,8 и 3,2 раза соответственно. При нанесении же его на поверхность образцовдуба и березы общее тепловыделение за этот период снижается в 3,8 и 9,3 разапо сравнению с образцами необработанной древесины соответственно.В меньшей степени на этом показателе сказывается разновидность древесиныпри использовании пропиточного состава «КСД-А»: значение ОТВ2мин снижаетсявсего в 1,5–2 раза. Огнезащитные средства значительно снижают темпнарастания интенсивности тепловыделения (FIGRA) как на стадии пламенного,так и тлеющего горения древесины.Четвертая глава посвящена определению механизма и макрокинетическихпараметров пиролиза и термоокислительного разложения полимернойтеплоизоляции – пенокомпозита «PENOCOM», а также анализу ееформоустойчивости в сравнении с другими видами полимерной инеорганической теплоизоляции [4].ТГ и ДТГ кривые термоокислительной деструкции (ТОД) образцапенокомпозита с = 140 кг/м3 получены при нагревании с постояннойскоростью подъема температуры 5–20 град/мин.
Незначительные потери массы(3–4 %) при нагревании до 110–120 °С обусловлены испарением влаги.12Собственно процесс термоокислительного разложения начинается выше 250–260 °С и на всем протяжении протекает с выделением тепла, показываянаибольший экзотермический эффект на последнем этапе в интервале 450–530 °С. При достижении температуры 800 °С наблюдается практически полнаяпотеря массы образца.При рассмотрении ДТГ кривой ТОД пенокомпозита можно отметить еесложный характер. ДТГ кривая позволяет выделить в виде гауссианов 4 стадиискорости потери массы, перекрывающие друг друга в той или иной степени.Максимумы выделенных пиков на кривой ДТГ соответствуют температуре343 °С, 411 °С, 456 °С и 498 °С (рисунок 2).Рисунок 2 – ТГ и ДТГ кривые термоокислительного разложения пенокомпозита«PENOCOM» при его нагревании со скоростью 10 град/минНаблюдаемый полихроматический характер ТОД пенокомпозита«PENOCOM», по-видимому, обусловлен особенностями его морфологическойструктуры, последовательным включением в процесс окисления открытыхмакро-, микроячеек, затем замкнутых микроячеек и, наконец, окислениемобразовавшегося пенококса с большой площадью поверхности.В отсутствие кислорода в окружающей среде пиролиз пенокомпозитаосуществляется в две стадии: в интервале температур 260–430 °С и 430–775 °Ссоответственно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
