Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Вакпрофи. Публикация статей ВАК, Scopus
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №51 (ноябрь) 2017
Разделы: Строительство, Химия
Размещена 30.11.2017. Последняя правка: 30.11.2017.

Исследование процесса самовоспламенения образцов древесины хвойных пород

Наконечный Сергей Николаевич

кандидат химических наук

ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС Россиия

старший преподаватель

Аннотация:
Целью данной работы является изучение процессов самовоспламенения образцов древесины хвойных пород с использованием стандартной установки по определению групп воспламеняемости строительных материалов «ВСМ», исследование разницы в поведении образцов древесины хвойных пород при тепловом воздействии.


Abstract:
The purpose of this work is to study the processes of spontaneous combustion of coniferous wood samples using a standard installation for determining the flammability classes of building materials "VSM", the study of the difference in the behavior of wood samples of different species under thermal action.


Ключевые слова:
древесина хвойных пород; сосна; ель; процесс самовоспламенения; тепловой поток

Keywords:
coniferous wood; pine; spruce; auto-ignition process; heat flow


УДК 614.841

При пожаре опасность составляет не только огневое, но также и тепловое воздействие, заключающееся в увеличении температуры окружающей среды с течением времени. При этом прирост температуры (в зависимости от различных условий – величины пожарной нагрузки, факторов микроклимата помещения и т.д.) порой отличается от условий стандартного режима, поэтому в данной работе, при изучении процесса самовоспламенения образцов древесины, мы рассмотрели несколько режимов увеличении температуры со временем.

Если в предыдущих работах исследовалось поведение древесины различных пород при двухминутном огневом воздействии, в настоящей работе мы решили изучить поведение образцов древесины хвойных пород, используя стандартную установку, с помощью которой определяют группы воспламеняемости горючих строительных материалов. Нами было изучено влияние теплового воздействия на образцы древесины хвойных пород.

Важнейшим фактором, определяющим пожарную опасность древесины, является её способность к возникновению и развитию процесса горения при нагревании на воздухе.

Данная работа является продолжением исследований в области оценки огнезащитной эффективности средств огнезащиты древесины [2].

Древесина хвойных пород в строительстве обычно используется в качестве несущих и ограждающих строительных конструкций.

В целях изучения процесса самовоспламенения образцов древесины хвойных пород были проведены испытания по методике, определенной ГОСТ 30402-96 [1]. 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»

 

В данной работе мы проводили изучение поведения древесины при тепловом воздействии ТЭНов экспериментальной установки в двух режимах прироста температуры и определении параметров самовоспламенения (без использования газовой горелки). Данное оборудование позволило провести исследования по изучению поведения образцов древесины.

Испытания образцов древесины сосны и ели при изучении параметров самовоспламеняемости 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.

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), определен полиномиальный закон третьего порядка распределения полученной зависимости и проведена экстраполяция графика данных до значений 14200C (50,6 кВт/м2). Более подробно градуировка описана в предыдущей работе [3].

Далее мы провели изучение процесса самовоспламенения образцов древесины хвойных пород в двух режимах нагрева установки «ВСМ»:

1. Поместив образец древесины в установку при комнатной температуре (t = 200С), приступили к нагреву образца до 10000С за период в 15 минут, определив значение времени с начала опыта и температуры (плотности теплового потока) при которой происходит самовоспламенение образца. Для каждого образца древесины было проведено три последовательных испытания, с расчетом среднего значения.

2. Поместив образец древесины в установку при комнатной температуре (t = 200С), приступили к нагреву образца до 10000С за период в 30 минут, определив значение времени с начала опыта и температуры (плотности теплового потока) при которой происходит самовоспламенение образца. Для каждого образца древесины было проведено три последовательных испытания, с расчетом среднего значения.

 

 

Рисунок 2 – Образец древесины сосны

Ввиду того, что при пожарах деревянные строительные конструкции часто самовоспламеняются при больших значениях тепловых потоков, мы в данной работе решили также исследовать характер самовоспламенения образцов древесины хвойных пород при различной интенсивности нагрева до Т = 1000 0C – при 15- и 30-минутном нагреве (табл. 1, рис. 3 – рис. 4).


Таблица 1. Результаты испытаний на самовоспламеняемость необработанной древесины сосны и ели при 15- и 30-минутном нагреве до температур Т=1000 0C

№, п/п

Порода древесины

масса образца, г

τнагр, мин.

tсв,0C

ППТП, кВт/м2

qсв, кВт/м2 среднее

τсв,0C., сек

τсв,0C, сек среднее

1

сосна

815

15

695

13,0

13,0

615

614

2

821

690

12,9

601

3

804

715

13,2

626

4

765

30

700

13,1

13,2

1200

1212

5

788

714

13,2

1215

6

772

716

13,2

1220

1

ель

755

15

715

13,2

13,5

628

638

2

730

725

13,7

644

3

783

721

13,5

642

4

715

30

738

14,2

14,0

1260

1240

5

810

728

13,9

1218

6

804

733

14,0

1242



Рисунок 3 – Результаты испытаний на самовоспламеняемость необработанной древесины хвойных пород q, кВт/м2 = f(tнагр, мин.)
 
Рисунок 4 – Результаты испытаний на самовоспламеняемость необработанной древесины хвойных пород tсв, сек. = f(tнагр, мин.)

 

При исследовании образцов древесины хвойных пород активное дымовыделение наблюдалось при следующих параметрах:

1. При 15-минутном нагреве до Т = 1000 0C (t (0C) и q (кВт/м2)).

а) древесина сосны  - при t1дс = 550 0C (q1дс = 7,0 кВт/м2);

б) древесина ели  - при t1де = 545 0C (q1де = 6,9 кВт/м2);

2. При 30-минутном нагреве до Т = 1000 0C (t (0C) и q (кВт/м2)).

а) древесина сосны  - при t2дс = 530 0C (q2дс = 6,0 кВт/м2);

б) древесина ели  - при t2де = 526 0C (q2де = 5,9 кВт/м2).

 

Рисунок 5 – Результаты наблюдений наступления активного дымовыделения при испытаниях необработанной древесины хвойных пород

tд, 0С. = f(tнагр, мин.)

 

Рисунок 6 – Результаты наблюдений наступления активного дымовыделения при испытаниях необработанной древесины хвойных пород

qд, кВт/м2 = f(tнагр, мин.)

 

До появления устойчивого пламенного горения поверхность испытуемых образцов обугливалась, появлялся белый дым, активно выделялась горючая паровоздушная смесь (рис. 7).
 


Рисунок 7 – Выделение горючей паровоздушной смеси при испытаниях

 

В соответствие с работой [4] вещества, экстрагируемые из древесины, являются наименее термостабильными, по сравнению с другими основными компонентами. Экстрактивные вещества участвуют в образовании кокса, влияют на образование дыма.

Как было отмечено ранее, хвойные породы отличаются более высоким содержанием экстрактивных веществ, что приводит к активному дымовыделению при меньших значениях плотности теплового потока.

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.

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

Библиографический список:

1. ГОСТ 30402-96. Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость.
2. 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.
3. Наконечный С.Н. Исследование процесса воспламенения образцов древесины ели // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 9 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/09/84264 (дата обращения: 04.09.2017).
4. Серков Б.Б., Асеева Р.М., Сивенков А.Б. Физико-химические основы горения и пожарная опасность древесины (Часть 1). Интернет-журнал "Технологии техносферной безопасности" (http://ipb.mos.ru/ttb). Выпуск № 6 (40) – декабрь 2011 г.




Рецензии:

6.12.2017, 13:35 Манин Константин Владимирович
Рецензия: Уважаемый Сергей Николаевич! Ваша статья рекомендуется к публикации в журнале. С уважением Манин К.В.

12.12.2017 21:21 Ответ на рецензию автора Наконечный Сергей Николаевич:
Уважаемый Константин Владимирович, большое спасибо Вам за рекомендацию!



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх