مقدمة
تتطلب لوائح البناء الحديثة ومعايير السلامة الحديثة ألا تكون مواد البناء آمنة من الناحية الإنشائية فحسب، بل أن تكون آمنة من الحرائق أيضاً. يوفر الخشب، وهو مادة بناء مجربة، العديد من الفوائد، ولكنه ينطوي أيضاً على مخاطر لأنه يمكن أن يشتعل بواسطة small مصادر الحرارة مثل الشرر، مما يؤدي إلى إطلاق غازات الدخان.
نظرًا لأن استنشاق الدخان هو السبب الأكثر شيوعًا للوفاة في الحرائق والدخان الكثيف يجعل التوجه والهروب صعبًا، فمن الضروري تحليل سلوك الحريق وانبعاث الدخان من الخشب.
يلزم إجراء اختبارات مكثفة للحرائق وإصدار الشهادات لتأكيد ملاءمة الخشب كمادة بناء من وجهة النظر هذه.
شروط القياس
وللتحقق من التفاعل مع الحريق، تم اختبار عينات من خشب التنوب (100 × 100 × 17 مم مكعب) في جهاز المسعر المخروطي NETZSCH TCC 918 Cone Calorimeter. يقوم هذا الجهاز بتسجيل معدل إطلاق الحرارة (HRR)، وفقدان الكتلة، وكثافة وتكوين غازات المداخن الناتجة.
وُضعت عينات الخشب على حامل عينة أفقي مثبت على خلية تحميل لتسجيل فقدان الكتلة باستمرار أثناء القياس. قام مخروط تسخين كهربائي بتسخين العينات من أعلى وبدأ الانحلال الحراري للخشب. بمجرد إطلاق ما يكفي من غازات الانحلال الحراري، تم توفير الإشعال بواسطة جهاز إشعال بالشرارة. تدفقت غازات الاحتراق الناتجة من خلال مخروط التسخين وتم تجميعها بواسطة نظام عادم.
تم قياس التدفق الكتلي ودرجة حرارة غاز المداخن وتركيزات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون بشكل مستمر في نظام العادم. بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد كثافة الدخان عن طريق انتقال ضوء الليزر. تمت معايرة محلل الغاز (Siemens Oxymat/Ultramat) قبل القياسات وتم فحص عامل C-factor1 باستخدام موقد الميثان. تم تلخيص شروط القياس في الجدول 1.
بعد تسخين مخروط التسخين، أُغلق الغالق ووُضع حامل العينة المُعد على اللوحة الأساسية. بدأ القياس عن طريق الفتح التلقائي للمصراع وتم إشعال الغازات المنبعثة بواسطة نظام الإشعال التلقائي. يوضح الشكل 2 إعداد العينة وإعداد القياس.
1العاملC هو معلمة معايرة رئيسية في المسعر المخروطي، تم تعريفه وفقًا للمعيار ISO 5660-1. وهو يعمل كثابت لتحديد معدل إطلاق الحرارة (HRR) بدقة من خلال تحديد العلاقة بين الإشارة الصادرة من محلل الأكسجين والطاقة الحرارية الفعلية المنطلقة.
الجدول 1: شروط القياس
| حامل العينة | أفقي |
| التدفق الحراري | 50 كيلوواط/م2 |
| معدل التدفق الاسمي | 24.0 لتر/ثانية |
| المسافة إلى السخان المخروطي | 25 مم |
2) تحضير العينة وإعداد القياس
نتائج القياس
يوضح الشكل 3 فقدان الكتلة لعينات الخشب الثلاث بمرور الوقت أثناء الاحتراق. بعد الاشتعال مباشرةً، يحدث فقدان سريع للكتلة بسبب احتراق المكونات المتطايرة مثل الماء والمواد العضوية شديدة الاحتراق. بعد إطفاء اللهب، تبدأ عملية توهج بطيء، مما يؤدي إلى فقدان كتلة أقل ومستمر.
يعرض الشكل 4 مسار معدل إطلاق الحرارة (HRR)2 للعينات. بعد الاشتعال مباشرةً، يرتفع معدل إطلاق الحرارة (HRR) لجميع العينات ارتفاعًا حادًا ويصل إلى حد أقصى عند 170 كيلوواط/م2 تقريبًا. ومع استهلاك المكونات شديدة الاشتعال، ينخفض معدل إطلاق الموارد البشرية (HRR) بشكل ملحوظ، مما يشير إلى احتراق أقل كثافة. يشير هذا أيضًا إلى أن المواد المتطايرة قد استهلكت إلى حد كبير وأن احتراق البقايا الصلبة (الفحم) هو السائد. إن الزيادة الإضافية في معدل الموارد البشرية قبل إطفاء اللهب مباشرةً هي أمر نموذجي في الخشب وتنتج عن تفكك طبقة الفحم، مما يؤدي إلى إطلاق المزيد من المكونات المتطايرة التي يتم حرقها بعد ذلك. بعد حوالي 20 دقيقة، تستقر القيم عند مستوى أقل. يشير هذا إلى أن معظم المواد القابلة للاحتراق قد استهلكت تاركةً بقايا متفحمة بشكل أساسي. وتستمر هذه البقايا في الاحتراق ببطء وبشكل متساوٍ، مما يؤدي إلى إطلاق حرارة مستمرة ولكن منخفضة.
2 معدل إطلاق الحرارة (HRR) هو مقياس لكمية الحرارة المنطلقة لكل وحدة زمنية أثناء احتراق مادة ما(https://analyzing-testing.NETZSCH. .com/ar/products/fire-testing/tcc-918)
هناك جانب رئيسي آخر للتحليل هو توليد الدخان، والذي يتم تحديده من خلال قياس الإرسال. يشير انخفاض الإرسال إلى زيادة كثافة الدخان. يوضح الشكل 5 قياسات الدخان للعينات ويسلط الضوء على العلاقة بين إنتاج الدخان وانطلاق الحرارة. في البداية، يكون هناك حد أقصى واضح في معدل إنتاج الدخان (SPR)، مما يشير إلى اشتعال سريع وانبعاث large كميات من الغازات والجسيمات القابلة للاحتراق. ومع ذلك، سرعان ما تنخفض هذه الذروة الأولية بسرعة، وهو ما يميز احتراق المكونات المتطايرة التي تؤدي بسرعة إلى تكوين الدخان.
توفر النتائج رؤى قيمة حول عمليات الاحتراق المعقدة للخشب، خاصةً فيما يتعلق بفقدان الكتلة وإطلاق الحرارة وتكوين الدخان.
تعتبر الاختلافات بين العينات طفيفة ويمكن تفسيرها بالاختلافات الطبيعية في الخشب، مثل الاختلافات في التركيب أو الرطوبة أو الكثافة.
الملخص
باختصار، الخشب هو مادة بناء قيّمة ومتعددة الاستخدامات ذات مظهر طبيعي واستدامة وقوة ميكانيكية. يتم تحسين مقاومة الخشب للحريق من خلال تكوين طبقة تفحم تعزل البنية الداخلية للخشب وتبطئ الاحتراق. تساهم طبقة الفحم هذه في ثبات أبعاد مكونات الأخشاب وقوتها، مما يسمح للمباني الخشبية بأن تظل مستقرة هيكلياً في الحرائق لفترة أطول من العديد من المواد الأخرى.
تقلل الموصلية الحرارية المنخفضة للخشب من تبديد الحرارة، مما يدعم ثبات الأبعاد وقوة المكونات. نتيجةً لهذه الخصائص، يبقى هيكل المباني الخشبية سليماً لفترة أطول في حالة نشوب حريق، وهو ما يفسر المقولة المتداولة بين رجال الإطفاء بأنَّ "الخشب يحترق بأمان". ومع ذلك، من الضروري أن يتم إجراء المزيد من البحث في مقاومة الخشب للحريق وتحسينها لضمان سلامة الهياكل الخشبية وطول عمرها في البناء الحديث.