Статья опубликована в №51 (ноябрь) 2017
Разделы: Строительство, Химия
Размещена 30.11.2017. Последняя правка: 30.11.2017.
Просмотров - 3022

Исследование процесса самовоспламенения образцов древесины хвойных пород

Наконечный Сергей Николаевич

кандидат химических наук

ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС Россиия

старший преподаватель

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).

 

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  q_ППТП, 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

 

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

1. При 15-минутном нагреве до Т = 1000 ⁰C (t_1д (⁰C) и q_1д (кВт/м²)).

а) древесина сосны  - при t_1дс = 550 ⁰C (q_1дс = 7,0 кВт/м²);

б) древесина ели  - при t_1де = 545 ⁰C (q_1де = 6,9 кВт/м²);

2. При 30-минутном нагреве до Т = 1000 ⁰C (t_2д (⁰C) и q_2д (кВт/м²)).

а) древесина сосны  - при t_2дс = 530 ⁰C (q_2дс = 6,0 кВт/м²);

б) древесина ели  - при t_2де = 526 ⁰C (q_2де = 5,9 кВт/м²).

 

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

t_д, ⁰С. = f(t_нагр, мин.)

 

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

q_д, кВт/м² = f(t_нагр, 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.

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.

Комментарии пользователей:

Оставить комментарий