Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
https://wos-scopus.com
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №49 (сентябрь) 2017
Разделы: Физика, Строительство, Химия
Размещена 04.09.2017. Последняя правка: 13.09.2017.

Исследование процесса воспламенения образцов древесины сосны

Наконечный Сергей Николаевич

кандидат химических наук

ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС Россиия

старший преподаватель

Аннотация:
Древесина сосны в настоящее время является одним из наиболее распространенных строительных материалов, особенно в регионах средней полосы России. Ее отличают хорошие эксплуатационные свойства, относительная дешевизна, приятный внешний вид и относительная экологичность. Вместе с тем, древесина сосны также обладает и отрицательными свойствами, прежде всего, повышенной пожарной опасностью. Поэтому основной целью данной работы является изучение поведения древесины сосны в разрезе процесса воспламенения с использованием стандартной установки «ВСМ».


Abstract:
Pine wood is currently one of the most common building materials, especially in the middle regions of Russia. It is distinguished by good operational properties, relative cheapness, pleasant appearance and relative ecological compatibility. At the same time, pine wood also has negative properties, above all, an increased fire hazard. Therefore, the main purpose of this paper is to study the behavior of pine wood in the context of the ignition process using the standard "VSM" installation.


Ключевые слова:
древесина хвойных пород; сосна; процесс воспламенения; тепловой поток; время воспламеняемости

Keywords:
Coniferous wood; pine; ignition process; heat flow; flammability time


УДК 614.841

Данная работа является продолжением исследований в области оценки огнезащитной эффективности средств огнезащиты древесины [1]. В целях изучения процессов воспламенения и самовоспламенения образцов древесины лиственных и хвойных пород были проведены испытания по методике, определенной ГОСТ 30402-96 [2]. Сущность метода состоит в определении параметров воспламеняемости материала (КППТП, время воспламеняемости) при заданных стандартом уровнях воздействия на поверхность образца лучистого теплового потока и пламени от источника зажигания.

В ходе испытаний применялась следующая аппаратура:

1. Установка «ВСМ» для определения воспламеняемости строительных материалов (рис. 1).

2. Весы (с точностью 0,01 г.).

3. ИПП-2 Измеритель плотности теплового потока.

4. Секундомер.

5. Влагомер (для измерения значений показателя влажности образцов).


Рисунок 1. Установка «ВСМ»

Данное оборудование позволило провести исследования по изучению поведения образцов древесины.

Испытания образцов древесины сосны при изучении параметров воспламеняемости проводили на 3-х образцах для каждой контрольной точки, характеризуемой определенным значением поверхностной плотности теплового потока (температуры).

Образцы древесины изготовлялись в виде квадратного бруска с габаритами 165х165 (±5) мм и толщиной не более 70 мм. Образцы древесины имели влажность 12-20%, значение которой измерялось с помощью влагомера. Для этого образцы кондиционировали (рис. 2). Контроль влажности образцов осуществляли с помощью игольчатого влагомера. Образцы хранили в герметичной полиэтиленовой упаковке.



Рисунок 2. Образец древесины сосны

Первоначально мы провели градуировку испытательного оборудования (установки «ВСМ») с помощью измерителя плотности теплового потока ИПП-2. Градуировка проводилась от 20 до 5000С (в целях снижения погрешности измерений при более высоких температурах из-за чувствительности измерителя ИПП-2). По полученным данным был построен график зависимости значений плотности теплового потока от температуры  qППТП, кВт/м2 = f (t0C) (рис. 3), определен полиномиальный закон третьего порядка распределения полученной зависимости и проведена экстраполяция графика данных до значений 14200C (50,6 кВт/м2).



Рисунок 3. Результаты градуировки испытательного оборудования на воспламеняемость (установки «ВСМ»).

 

Затем мы исследовали процесс воспламенения образцов древесины сосны при значениях теплового потока qв, = 15 кВт/м2 и qв, = 20 кВт/м2 (табл. 1, рис. 4).

 

Таблица 1 – Результаты испытаний на воспламеняемость необработанной древесины сосны

№, п/п

Порода древесины

масса образца, г

tп0C

tп0C среднее

qв,кВт/м2

qв,кВт/м2 среднее

τв,0C, сек

τсв,0C, сек среднее

1

сосна

474

741

740

15,0

15,0

51

48

2

455

740

15,0

49

3

450

740

15,0

44

4

460

830

830

20,0

20,0

28

26

5

455

831

20,0

24

6

438

830

20,0

26

Как видно из полученных данных, полученный массив экспериментальных данных отличается сходимостью и воспроизводимостью, при этом погрешность результатов измерений не превышает 15%. Так, например, для разных случаев погрешность измерений составляет:

1) абсолютная погрешность для древесины сосны при qв = 15 кВт/м2: Δτв ср = 48 – 44 = 4 (сек).

2) относительная погрешность для древесины сосны при qв = 15 кВт/м2: δτв ср = 4/48∙100% = 8,33%.



Рисунок 4. Результаты испытаний на воспламеняемость необработанной древесины сосны τвс, сек = f(q, кВт/м2)

В соответствии с принятой классификацией [3] все исследованные образцы древесины сосны по воспламеняемости относятся к группе В3 – легко воспламеняемых материалов.

Как показали исследования, при темпера­туре порядка 120°С с поверхности образцов древесины начинала интенсивно испаряться влага, после этого она разлагалась с выделением газообразных веществ.

Наблюдения за изменением состояния поверхности образцов в процессе воздействия на них внешнего теплового потока показали, что заметные термические превращения начинаются уже при тепловых потоках 6,0 кВт/м2. Дальнейшее увеличение плотности тепловых потоков сопровождается более интенсивным обугливанием поверхности, образованием трещин в поверхностном слое и воспламенением выделяющихся продуктов термического разложения.

Как было видно из предыдущих работ [4-7], хвойные породы древесины имеют большие показатели потери массы при коротком двухминутном огневом воздействии по сравнению с образцами лиственных пород, что может быть связано с различным компонентным составом – ведь образцы хвойных пород отличаются большим содержанием экстрактивных веществ и лигнина и меньшим содержанием гемицеллюлозы.

В целях снижения пожарной опасности древесины сосны следует проводить ее обработку огнезащитными составами, в целях препятствия возникновения пламенного горения и увеличения диапазона горения в режиме тления.

Библиографический список:

1. Наконечный С.Н. Исследование влияния огнезащитного состава на свойства древесных материалов. Сборник материалов XI Международной научно-практической конференции «Пожарная и аварийная безопасность», посвященной Году пожарной охраны (24-25 ноября 2016 г.), ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России.
2. ГОСТ 30402-96. Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость.
3. Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ (ред. от 29.07.2017) «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»
4. Наконечный С.Н., Васильев Д.Ю., Коновалова Л.М. Исследование огнезащитной эффективности разработанного огнезащитного состава на примере испытаний образцов древесины хвойных пород. Сборник Тезисов 4-й Всероссийской Интернет-конференции «Грани науки 2015» / Отв. ред. А.В. Герасимов [Электронный ресурс] Казань: Изд-во КФУ, 2015. – ISSN 2227-8389.
5. Наконечный С.Н., Жиганов К.В., Коновалова Л.М. Исследование огнезащитной эффективности разработанного огнезащитного состава на примере испытаний образцов древесины лиственных пород. Сборник Тезисов 4-й Всероссийской Интернет-конференции «Грани науки 2015» / Отв. ред. А.В. Герасимов [Электронный ресурс] Казань: Изд-во КФУ, 2015. – ISSN 2227-8389.
6. Третьяков Д.И., Наконечный С.Н. Подбор оптимального состава огнезащитного средства. Материалы II Межвузовской научно-практической конференции «Современные пожаробезопасные материалы и технологии», 20 апреля 2016 г., ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России.
7. Третьяков Д.И., Наконечный С.Н. Огнезащита деревянных строительных конструкций. Материалы II Межвузовской научно-практической конференции «Современные пожаробезопасные материалы и технологии», 20 апреля 2016 г., ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России.




Рецензии:

14.09.2017, 10:46 Бубнов Владимир Борисович
Рецензия: Довольно-таки интересная статья в разрезе описания влияния высоких температур на материалы органической природы, в частности, древесины сосны. Статья четко структурирована, имеет как теоритическую, так и практическую части с полученными результатами и выводами, возможна перспектива дальнейших исследований. Отвечает всем требованиям для публикации.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх