Inledning
Moderna byggregler och säkerhetsstandarder kräver att byggmaterial inte bara är strukturellt säkra, utan också brandsäkra. Trä, som är ett beprövat byggmaterial, har många fördelar men medför också risker eftersom det kan antändas av small värmekällor som gnistor, vilket frigör rökgaser.
Eftersom inandning av rök är den vanligaste dödsorsaken vid bränder och tät rök gör det svårt att orientera sig och fly, är det viktigt att analysera träets brandbeteende och rökutveckling.
Omfattande brandprovning och certifiering krävs för att bekräfta träets lämplighet som byggnadsmaterial ur denna synvinkel.
Mätförhållanden
För att undersöka reaktionen på brand testades granvedsprover (100 x 100 x 17 mm³) i NETZSCH TCC 918 Cone Calorimeter. Denna anordning registrerar värmeavgivningshastigheten (HRR), massförlusten samt densiteten och sammansättningen hos de resulterande rökgaserna.
Träproverna placerades på en horisontell provhållare som var monterad på en lastcell för att kontinuerligt registrera massförlusten under mätningen. En elektrisk värmekon värmde upp provkropparna ovanifrån och initierade pyrolysen av träet. När tillräckligt med pyrolysgaser hade frigjorts tändes provet med hjälp av en gnisttändare. De resulterande förbränningsgaserna strömmade genom värmekonen och samlades upp av ett avgassystem.
Massflödet, temperaturen på rökgaserna och koncentrationerna av O₂, CO₂ och CO mättes kontinuerligt i avgassystemet. Dessutom bestämdes rökdensiteten genom överföring av laserljus. Gasanalysatorn (Siemens Oxymat/Ultramat) kalibrerades före mätningarna och C-faktorn1 kontrollerades med hjälp av en metanbrännare. Mätförhållandena sammanfattas i tabell 1.
Efter uppvärmning av värmekonen stängdes slutaren och den förberedda provhållaren placerades på basplattan. Mätningen startades genom att luckan öppnades automatiskt och de frigjorda gaserna antändes med det automatiska tändsystemet. Figur 2 visar provberedningen och mätuppställningen.
1C-faktorn är en viktig kalibreringsparameter inom konkalorimetri och definieras i enlighet med ISO 5660-1. Den fungerar som en konstant för korrekt bestämning av värmeavgivningshastigheten (HRR) genom att fastställa förhållandet mellan signalen från syreanalysatorn och den faktiska värmeenergin som avges.
Tabell 1: Mätförhållanden
| Provhållare | Horisontell |
| Värmeflöde | 50 kW/m2 |
| Nominell flödeshastighet | 24.0 l/s |
| Avstånd till konvärmaren | 25 mm till värmekonen |
2) Provberedning och mätuppställning
Resultat av mätning
Figur 3 visar massförlusten för de tre träproverna över tid under förbränningen. Omedelbart efter antändning sker en snabb massförlust på grund av förbränning av flyktiga komponenter som vatten och lättantändliga organiska ämnen. Efter att lågan har slocknat börjar en långsam glödgningsprocess, vilket resulterar i en mindre, kontinuerlig massförlust.
Figur 4 visar förloppet för provkropparnas värmeavgivningshastighet (HRR)2 . Omedelbart efter antändning stiger HRR för alla prover kraftigt och når ett maximum på cirka 170 kW/m2. När de lättantändliga komponenterna förbrukas sjunker HRR betydligt, vilket tyder på en mindre intensiv förbränning. Detta indikerar också att de flyktiga ämnena till stor del har förbrukats och att förbränningen av de fasta resterna (träkol) är dominerande. En ytterligare ökning av HRR strax innan lågan släcks är typisk för trä och orsakas av att träkolslagret bryts upp och frigör mer flyktiga komponenter som sedan förbränns. Efter cirka 20 minuter stabiliseras värdena på en lägre nivå. Detta indikerar att det mesta av det brännbara materialet har förbrukats och att det huvudsakligen finns förkolnade rester kvar. Dessa rester fortsätter att brinna långsamt och jämnt, vilket resulterar i en ihållande men låg värmeavgivning.
2 Heat Release Rate (HRR) är ett mått på den mängd värme som frigörs per tidsenhet under förbränningen av ett material(https://analyzing-testing.NETZSCH.com/sv/products/fire-testing/tcc-918)
En annan viktig aspekt av analysen är rökutvecklingen, som bestäms genom att mäta transmissionen. En minskning av transmissionen indikerar en ökning av rökdensiteten. Figur 5 illustrerar rökmätningarna av proverna och belyser sambandet mellan rökproduktion och värmeavgivning. Inledningsvis finns det ett uttalat maximum i rökproduktionshastigheten (SPR), vilket indikerar snabb antändning och frisättning av large mängder brännbara gaser och partiklar. Denna initiala topp avtar dock snabbt, vilket är karakteristiskt för förbränningen av flyktiga komponenter som snabbt leder till rökbildning.
Resultaten ger värdefulla insikter i de komplexa förbränningsprocesserna i trä, särskilt när det gäller massförlust, värmeutveckling och rökbildning.
Skillnaderna mellan proverna är små och kan förklaras av naturliga variationer i träet, till exempel skillnader i struktur, fukt eller TäthetMassdensiteten definieras som förhållandet mellan massa och volym. densitet.
Sammanfattning
Sammanfattningsvis är trä ett värdefullt och mångsidigt byggmaterial med ett naturligt utseende, hållbarhet och mekanisk styrka. Träets brandmotstånd förbättras genom att det bildas ett kolskikt som isolerar träets inre struktur och bromsar förbränningen. Detta kollager bidrar till träkomponenternas dimensionsstabilitet och styrka, vilket gör att träbyggnader förblir strukturellt stabila i bränder under längre tid än många andra material.
Träets låga Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga minskar värmeavledningen, vilket bidrar till komponenternas dimensionsstabilitet och hållfasthet. Tack vare dessa egenskaper förblir träbyggnaders struktur intakt längre i händelse av brand, vilket förklarar brandmännens talesätt att "trä brinner säkert". Det är dock mycket viktigt att träets brandmotstånd undersöks ytterligare och optimeras för att säkerställa säkerheten och livslängden för träkonstruktioner i moderna byggprojekt.