Bevezetés
A modern építési előírások és biztonsági szabványok megkövetelik, hogy az építőanyagok ne csak szerkezetileg biztonságosak legyenek, hanem tűzbiztosak is. A fa, egy jól bevált építőanyag, számos előnnyel jár, de kockázatot is hordoz, mivel a small hőforrások, például szikrák hatására meggyulladhat, és füstgázok szabadulhatnak fel.
Mivel a füst belélegzése a tűzesetek leggyakoribb halálozási oka, és a sűrű füst megnehezíti a tájékozódást és a menekülést, elengedhetetlen a fa tűz viselkedésének és füstkibocsátásának elemzése.
Kiterjedt tűzvizsgálatokra és tanúsításra van szükség ahhoz, hogy a fa mint építőanyag alkalmasságát ebből a szempontból megerősítsük.
Mérési feltételek
A tűzzel szembeni reakció vizsgálatához lucfenyőfa próbadarabokat (100 x 100 x 17 mm³) vizsgáltak a NETZSCH TCC 918 Cone-kaloriméterben. Ez a készülék rögzíti a hőfelszabadulási sebességet (HRR), a tömegveszteséget, valamint a keletkező füstgázok SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségét és összetételét.
A faanyagmintákat egy terhelésmérő cellára szerelt vízszintes mintatartóra helyezték, hogy a mérés során folyamatosan rögzítsék a tömegveszteséget. Egy elektromos fűtőkúp felülről felmelegítette a mintákat, és elindította a fa PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízisét. Miután elegendő pirolízisgáz szabadult fel, a gyújtást egy szikragyújtó biztosította. A keletkező égési gázok átáramlottak a fűtőkúpon, és egy kipufogórendszer gyűjtötte őket.
A füstgáz tömegáramát, hőmérsékletét és az O₂, CO₂ és CO koncentrációját folyamatosan mértük a kipufogórendszerben. Ezenkívül a füst SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségét lézerfény átvitelével határozták meg. A gázelemzőt (Siemens Oxymat/Ultramat) a mérések előtt kalibrálták, és a C-tényezőt1 metánégővel ellenőrizték. A mérési feltételeket az 1. táblázat foglalja össze.
A fűtőkúp felmelegítése után a zárat bezártuk, és az előkészített mintatartót az alaplemezre helyeztük. A mérést a zár automatikus kinyitásával indítottuk el, és a felszabaduló gázokat az automatikus gyújtórendszer gyújtotta meg. A 2. ábra mutatja a minta előkészítését és a mérési elrendezést.
1AC-tényező a kúpkalorimetria egyik legfontosabb kalibrációs paramétere, amelyet az ISO 5660-1 szabvány szerint határoztak meg. Állandó értékként szolgál a hőfelszabadulási sebesség (HRR) pontos meghatározásához az oxigénanalizátor jelének és a ténylegesen felszabaduló hőenergia közötti kapcsolat megállapításával.
Táblázat: Mérési feltételek
| Mintatartó | Vízszintes |
| Hőáramlás | 50 kW/m2 |
| Névleges áramlási sebesség | 24.0 l/s |
| Távolság a kúpos fűtőkészüléktől | 25 mm |
2) A minta előkészítése és a mérés beállítása
Mérési eredmények
A 3. ábra a három faanyagmintának az égés során bekövetkező időbeli tömegveszteségét mutatja. Közvetlenül a gyújtás után gyors tömegveszteség következik be az illékony összetevők, például a víz és a könnyen éghető szerves anyagok égése miatt. A láng kialvása után lassú izzási folyamat kezdődik, ami kisebb, folyamatos tömegveszteséget eredményez.
A 4. ábra a próbatestek hőfelszabadulási sebességének (HRR)2 alakulását mutatja. Közvetlenül a gyújtás után valamennyi minta HRR-je meredeken emelkedik, és körülbelül 170 kW/m2-nél éri el a maximumot. Ahogy a nagymértékben gyúlékony komponensek elhasználódnak, a HRR jelentősen csökken, ami kevésbé intenzív égést jelez. Ez azt is jelzi, hogy az illékony anyagok nagyrészt elhasználódtak, és a szilárd maradékok (faszén) égése dominál. A HRR további növekedése közvetlenül a láng kialvása előtt jellemző a fára, és a faszénréteg felbomlása okozza, amely több illékony összetevőt szabadít fel, amelyek aztán elégnek. Körülbelül 20 perc elteltével az értékek alacsonyabb szinten stabilizálódnak. Ez azt jelzi, hogy az éghető anyag nagy része elhasználódott, és főként elszenesedett maradványok maradtak vissza. Ezek a maradékok lassan és egyenletesen égnek tovább, ami tartós, de alacsony hőfelszabadulást eredményez.
2 A hőfelszabadulási sebesség (Heat Release Rate, HRR) az anyag égése során egységnyi idő alatt felszabaduló hőmennyiséget méri(https://analyzing-testing.NETZSCH.com/en/products/fire-testing/tcc-918)
Az elemzés másik kulcsfontosságú szempontja a füstképződés, amelyet az áteresztés mérésével határoznak meg. A transzmisszió csökkenése a füstsűrűség növekedését jelzi. Az 5. ábra a minták füstméréseit szemlélteti, és rávilágít a füsttermelés és a hőfelszabadulás közötti összefüggésre. Kezdetben a füsttermelési sebesség (SPR) kifejezett maximumot mutat, ami gyors gyulladást és a large mennyiségű éghető gáz és részecske felszabadulását jelzi. Ez a kezdeti csúcs azonban gyorsan csökken, ami az illékony összetevők égésére jellemző, amelyek gyorsan füstképződéshez vezetnek.
Az eredmények értékes betekintést nyújtanak a fa összetett égési folyamataiba, különösen a tömegveszteség, a hőfelszabadulás és a füstképződés szempontjából.
A minták közötti különbségek csekélyek, és a fa természetes eltéréseivel, például a szerkezet, a nedvesség vagy a SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűség különbségeivel magyarázhatók.
Összefoglaló
Összefoglalva, a fa értékes és sokoldalú építőanyag, amely természetes megjelenéssel, fenntarthatósággal és mechanikai szilárdsággal rendelkezik. A fa tűzállóságát javítja a szenes réteg kialakulása, amely szigeteli a fa belső szerkezetét és lassítja az égést. Ez a szenes réteg hozzájárul a faelemek méretstabilitásához és szilárdságához, lehetővé téve, hogy a fából készült épületek tűz esetén hosszabb ideig maradjanak szerkezetileg stabilak, mint sok más anyag.
A fa alacsony hővezető képessége csökkenti a hőelvezetést, ami támogatja az elemek méretstabilitását és szilárdságát. E tulajdonságok eredményeként a faépületek szerkezete tűz esetén hosszabb ideig marad ép, ami megmagyarázza a tűzoltók körében elterjedt mondást, miszerint "a fa biztonságosan ég". A fa tűzállóságának további vizsgálata és optimalizálása azonban létfontosságú a faszerkezetek biztonságának és hosszú élettartamának biztosítása érdekében a modern építőiparban.