Introducere
Reglementările moderne privind construcțiile și standardele de siguranță impun ca materialele de construcție să fie sigure nu numai din punct de vedere structural, ci și în caz de incendiu. Lemnul, un material de construcție dovedit, oferă multe beneficii, dar prezintă și riscuri, deoarece poate fi aprins de small surse de căldură, cum ar fi scânteile, eliberând gaze de fum.
Deoarece inhalarea fumului este cea mai frecventă cauză de deces în incendii, iar fumul dens îngreunează orientarea și evacuarea, este esențial să se analizeze comportamentul la foc și emisiile de fum ale lemnului.
Pentru a confirma caracterul adecvat al lemnului ca material de construcție din acest punct de vedere, sunt necesare teste și certificări extinse privind incendiile.
Condiții de măsurare
Pentru a studia reacția la foc, specimene de lemn de molid (100 x 100 x 17 mm³) au fost testate în calorimetrul cu con NETZSCH TCC 918 . Acest dispozitiv înregistrează rata de eliberare a căldurii (HRR), pierderea de masă, precum și densitatea și compoziția gazelor de ardere rezultate.
Eșantioanele de lemn au fost poziționate pe un suport orizontal montat pe o celulă de sarcină pentru a înregistra continuu pierderea de masă în timpul măsurării. Un con de încălzire electrică a încălzit probele de sus și a inițiat PirolizaPiroliza este descompunerea termică a compușilor organici într-o atmosferă inertă.piroliza lemnului. Odată ce au fost eliberate suficiente gaze de piroliză, aprinderea a fost asigurată de un dispozitiv de aprindere cu scânteie. Gazele de ardere rezultate au trecut prin conul de încălzire și au fost colectate de un sistem de evacuare.
Debitul masic, temperatura gazelor de ardere și concentrațiile de O₂, CO₂ și CO au fost măsurate continuu în sistemul de evacuare. În plus, densitatea fumului a fost determinată prin transmiterea luminii laser. Analizorul de gaze (Siemens Oxymat/Ultramat) a fost calibrat înainte de măsurători, iar factorul C1 a fost verificat folosind un arzător de metan. Condițiile de măsurare sunt rezumate în tabelul 1.
După încălzirea conului de încălzire, obturatorul a fost închis și suportul de probă pregătit a fost poziționat pe placa de bază. Măsurarea a început prin deschiderea automată a obturatorului, iar gazele eliberate au fost aprinse de sistemul automat de aprindere. Figura 2 prezintă pregătirea probei și configurația de măsurare.
1FactorulC este un parametru cheie de calibrare în calorimetria conică, definit în conformitate cu ISO 5660-1. Acesta servește drept constantă pentru determinarea precisă a ratei de eliberare a căldurii (HRR) prin stabilirea relației dintre semnalul de la analizorul de oxigen și energia termică reală eliberată.
Tabelul 1: Condiții de măsurare
| Suport de probă | Orizontal |
| Flux de căldură | 50 kW/m2 |
| Debit nominal | 24.0 l/s |
| Distanța până la încălzitorul conic | 25 mm |
2) Pregătirea probei și configurarea măsurătorilor
Rezultatele măsurătorilor
Figura 3 prezintă pierderea de masă a celor trei specimene de lemn în timp, în timpul arderii. Imediat după aprindere, are loc o pierdere rapidă de masă din cauza arderii componentelor volatile, cum ar fi apa și substanțele organice foarte combustibile. După stingerea flăcării, începe un proces lent de incandescență, care duce la o pierdere de masă mai mică și continuă.
Figura 4 prezintă evoluția ratei de degajare a căldurii (HRR)2 a probelor. Imediat după aprindere, HRR a tuturor probelor crește brusc și atinge un maxim la aproximativ 170 kW/m2. Pe măsură ce componentele foarte inflamabile sunt consumate, HRR scade semnificativ, indicând o ardere mai puțin intensă. Acest lucru indică, de asemenea, că substanțele volatile au fost în mare parte consumate și că arderea reziduurilor solide (cărbunele) este dominantă. O nouă creștere a HRR chiar înainte de stingerea flăcării este tipică lemnului și este cauzată de ruperea stratului de cărbune, eliberând mai multe componente volatile care sunt apoi arse. După aproximativ 20 de minute, valorile se stabilizează la un nivel mai scăzut. Acest lucru indică faptul că cea mai mare parte a materialului combustibil a fost consumată, lăsând în principal reziduuri carbonizate. Aceste reziduuri continuă să ardă lent și uniform, ducând la o degajare de căldură susținută, dar scăzută.
2 Rata de degajarede căldură (HRR) este o măsură a cantității de căldură degajată pe unitatea de timp în timpul arderii unui material(https://analyzing-testing.NETZSCH.com/en/products/fire-testing/tcc-918)
Un alt aspect cheie al analizei este generarea de fum, care este determinată prin măsurarea transmisiei. O scădere a transmisiei indică o creștere a densității fumului. Figura 5 ilustrează măsurătorile de fum ale probelor și evidențiază corelația dintre producția de fum și degajarea de căldură. Inițial, se înregistrează un maxim pronunțat al ratei de producere a fumului (SPR), ceea ce indică aprinderea rapidă și degajarea de cantități large de gaze și particule combustibile. Cu toate acestea, acest vârf inițial scade rapid, ceea ce este caracteristic pentru arderea componentelor volatile care conduc rapid la formarea fumului.
Rezultatele oferă o perspectivă valoroasă asupra proceselor complexe de ardere a lemnului, în special în ceea ce privește pierderea de masă, degajarea de căldură și formarea de fum.
Diferențele dintre probe sunt minore și pot fi explicate prin variațiile naturale ale lemnului, cum ar fi diferențele de structură, umiditate sau DensitateDensitatea masică este definită ca raportul dintre masă și volum. densitate.
Rezumat
Pe scurt, lemnul este un material de construcție valoros și versatil, cu un aspect natural, sustenabilitate și rezistență mecanică. Rezistența la foc a lemnului este îmbunătățită prin formarea unui strat de cărbune care izolează structura internă a lemnului și încetinește arderea. Acest strat de carbon contribuie la stabilitatea dimensională și rezistența componentelor din lemn, permițând clădirilor din lemn să rămână stabile din punct de vedere structural în caz de incendiu mai mult timp decât multe alte materiale.
Conductivitatea termică scăzută a lemnului reduce disiparea căldurii, ceea ce susține stabilitatea dimensională și rezistența componentelor. Ca urmare a acestor proprietăți, structura clădirilor din lemn rămâne intactă pentru mai mult timp în cazul unui incendiu, ceea ce explică zicala pompierilor conform căreia "lemnul arde în siguranță". Cu toate acestea, este vital ca rezistența la foc a lemnului să fie cercetată și optimizată în continuare pentru a asigura siguranța și longevitatea structurilor din lemn în construcțiile moderne.