TCC 918 Конический калориметр - реакция огня на древесину

Введение

Современные строительные нормы и стандарты безопасности требуют, чтобы строительные материалы были не только конструктивно надежными, но и пожаробезопасными. Древесина, проверенный строительный материал, обладает многими преимуществами, но в то же время несет в себе риск, поскольку может воспламениться от small источников тепла, таких как искры, выделяя при этом дымовые газы.

Поскольку вдыхание дыма является наиболее распространенной причиной смерти при пожарах, а плотный дым затрудняет ориентацию и эвакуацию, очень важно проанализировать поведение древесины при пожаре и ее дымовыделение.

Для подтверждения пригодности древесины в качестве строительного материала с этой точки зрения необходимы обширные пожарные испытания и сертификация.

Условия измерения

Для изучения реакции на огонь образцы еловой древесины (100 x 100 x 17 мм³) были испытаны в конусном калориметре NETZSCH TCC 918 . Этот прибор регистрирует скорость тепловыделения (HRR), потерю массы, а также плотность и состав образующихся дымовых газов.

Образцы древесины размещались на горизонтальном держателе образцов, установленном на тензодатчике для непрерывной регистрации потери массы во время измерения. Электрический нагревательный конус нагревал образцы сверху и запускал процесс пиролиза древесины. Как только выделялось достаточное количество пиролизных газов, зажигание осуществлялось с помощью искрового воспламенителя. Образовавшиеся в результате сгорания газы проходили через нагревательный конус и собирались выхлопной системой.

Массовый расход, температура дымовых газов и концентрация O₂, CO₂ и CO непрерывно измерялись в выхлопной системе. Кроме того, плотность дыма определялась с помощью лазерного излучения. Газоанализатор (Siemens Oxymat/Ultramat) был откалиброван перед измерениями, а коэффициент ^C1 проверялся с помощью метановой горелки. Условия измерений приведены в таблице 1.

После нагрева нагревательного конуса затвор закрывался, и подготовленный держатель образца устанавливался на опорную плиту. Измерение начиналось с автоматического открытия затвора, а выходящие газы поджигались автоматической системой зажигания. На рис. 2 показана подготовка образца и установка для измерения.

^{1Коэффициент}C является ключевым калибровочным параметром в конусной калориметрии, определенным в соответствии с ISO 5660-1. Он служит константой для точного определения скорости тепловыделения (HRR) путем установления взаимосвязи между сигналом анализатора кислорода и фактически выделяемой тепловой энергией.

Таблица 1: Условия измерения

Результаты измерений

На рисунке 3 показана потеря массы трех образцов древесины с течением времени в процессе горения. Сразу после воспламенения происходит быстрая потеря массы из-за сгорания летучих компонентов, таких как вода и легковоспламеняющиеся органические вещества. После того как пламя потушено, начинается медленный процесс тления, что приводит к меньшей, непрерывной потере массы.

На рисунке 4 показан ход скорости тепловыделения (HRR⁾² образцов. Сразу после воспламенения HRR всех образцов резко возрастает и достигает максимума при температуре около 170 ^кВт/м2. По мере расходования легковоспламеняющихся компонентов HRR значительно снижается, что свидетельствует о менее интенсивном горении. Это также указывает на то, что летучие вещества в основном израсходованы и доминирует сгорание твердых остатков (древесного угля). Дальнейшее увеличение HRR непосредственно перед погасанием пламени характерно для древесины и вызвано разрушением слоя древесного угля, в результате чего высвобождаются более летучие компоненты, которые затем сгорают. Примерно через 20 минут значения стабилизируются на более низком уровне. Это указывает на то, что большая часть горючего материала израсходована, остались в основном обугленные остатки. Эти остатки продолжают гореть медленно и равномерно, что приводит к устойчивому, но низкому выделению тепла.

² Коэффициент тепловыделения (HRR) - это показатель количества тепла, выделяемого в единицу времени при сгорании материала(https://analyzing-testing.NETZSCH.com/en/products/fire-testing/tcc-918)

Другим ключевым аспектом анализа является образование дыма, которое определяется путем измерения пропускания. Уменьшение пропускания указывает на увеличение плотности дыма. Рисунок 5 иллюстрирует измерения дымообразования образцов и подчеркивает корреляцию между выделением дыма и выделением тепла. Вначале наблюдается ярко выраженный максимум скорости образования дыма (SPR), что указывает на быстрое воспламенение и выделение large количества горючих газов и частиц. Однако этот начальный пик быстро снижается, что характерно для сгорания летучих компонентов, которые быстро приводят к образованию дыма.

Полученные результаты дают ценное представление о сложных процессах горения древесины, особенно с точки зрения потери массы, выделения тепла и образования дыма.

Различия между образцами незначительны и могут быть объяснены естественными вариациями древесины, такими как различия в структуре, влажности или плотности.

Резюме

В целом, дерево - ценный и универсальный строительный материал, обладающий естественным внешним видом, экологичностью и механической прочностью. Огнестойкость древесины повышается за счет образования слоя древесного угля, который изолирует внутреннюю структуру древесины и замедляет горение. Этот слой обугливания способствует стабильности размеров и прочности деревянных деталей, что позволяет деревянным зданиям оставаться структурно устойчивыми при пожаре дольше, чем многие другие материалы.

Низкая теплопроводность древесины снижает теплоотдачу, что поддерживает стабильность размеров и прочность деталей. Благодаря этим свойствам структура деревянных зданий дольше остается неповрежденной в случае пожара, что объясняет распространенную среди пожарных поговорку "дерево горит надежно". Однако для обеспечения безопасности и долговечности деревянных конструкций в современном строительстве крайне важно продолжить изучение и оптимизацию огнестойкости древесины.