Автореферат: Влияние средств огнезащиты на пожарную опасность древесины

- сосновая древесина используется в качестве эталонного материала для оценки огнезащитной эффективности средств огнезащиты.

Для оценки влияния огнезащитных составов на показатели пожарной опасности огнезащищенной древесины выбраны представители четырех классов средств огнезащиты: пропитки, краски, лаки, обмазки.

Размеры образцов и порядок их подготовки к огневым испытаниям соответствовали требованиям методик, указанных в СНиП 211-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений».

В третьей главе приведены результаты экспериментальных данных по изучению горючести и воспламеняемости огнезащищенной древесины.

Результаты определения группы горючести огнезащищённой древесины приведены в табл.1.

древесина огнезащитный токсичность горение

Результаты испытаний огнезащищённой древесины на установке «Шахтная печь» Таблица 1

Незащищённая древесина относится к группе горючести Г4 - сильногорючих материалов. Обработка некоторыми составами (Асфор, Негорин) не приводит к изменению группы горючести. Остальные испытанные составы переводят древесину в группу Г3 - нормальногорючих материалов.

Результаты испытаний показали, что эффект огнезащиты проявляется в снижении тепловыделения при горении, уменьшении времени самостоятельного горения и снижении потери массы при горении.

Результаты определения воспламеняемости древесины, обработанной огнезащитными составами, приведены в табл.2 и на рис.1 и 2.

Результаты определения воспламеняемости огнезащищённой древесины Таблица 2

Примечания: * Цифры в таблице показываю время (в сек.) до воспламенения образцов. Цифры являются средней арифметической величиной трех измерений; ** нв - образцы не воспламенялись в течение 900 с воздействия теплового потока

Наблюдения за изменением состояния поверхности образцов в процессе воздействия на них внешнего теплового потока показали, что заметные термические превращения начинаются уже при тепловых потоках 15кВт/м2. Дальнейшее увеличение плотности тепловых потоков сопровождается более интенсивным обугливанием поверхности, образованием трещин в поверхностном слое и воспламенением выделяющихся продуктов термического разложения.

Рис. 1. Зависимость времени до воспламенения от плотности поверхностного теплового потока для образцов древесины, обработанных пропитками: 1-Древесина;2-Асфор-экстра; 3-Асфор; 4 - Пирилакс; 5 - Огракс-ПД-1

В соответствии с принятой классификацией все исследованные составы оставляют огнезащищённую древесину в группе В3 - легко воспламеняющихся материалов. Эффект огнезащиты проявляется в увеличении плотности падающего теплового потока, при котором происходит воспламенение, и задержке времени до воспламенения огнезащищённой древесины по сравнению с незащищённой. При этом наибольший эффект проявляется при невысоких плотностях тепловых потоков: от 15 до 20 кВт/м2. При больших значениях плотности теплового потока период времени до воспламенения необработанной и защищённой древесины отличается незначительно.

Наибольший эффект для снижения воспламеняемости зафиксирован для составов, обладающих свойством вспучивания при нагреве внешним тепловым потоком. Эти наблюдения, согласующиеся с современными представлениями о процессах воспламенения конденсированных материалов, позволяют определить направления повышения эффективности огнезащитных составов - введение в их рецептуры добавок, максимально увеличивающих степень вспучивания (терморасширения).

Рис. 2. Зависимость времени до воспламенения от плотности поверхностного теплового потока для образцов древесины, обработанных покрытиями: 1 - Древесина, 2 - ОЗК-45Д; 3 - МПВО; 4 - Огракс-В-СК; 5 - Негорин; 6 - СГК - 1

В четвертой главе диссертации исследовано влияние огнезащиты на распространение пламени по поверхности древесины.

Распространение горения или его прекращение зависит от свойств горючего материала (в нашем случае огнезащищённой древесины) и условий теплообмена возникшего очага с окружающей средой. Для исключения влияния подложки, к которой крепится конструкция из древесины, исследуемые образцы должны соответствовать критерию термически толстых материалов, толщина которых превышает глубину их прогрева при распространении пламени. Как было установлено нами к термически толстым могут быть отнесены образцы древесины при толщине не менее 14 мм. Поэтому в опытах использовались образцы толщиной 15 мм. Результаты определения группы распространения пламени приведены в табл.3.

Полученные данные позволяют отметить отсутствие корреляции между «огнезащитной эффективностью» исследованных составов и группой распространения пламени. Например, обработка древесины пропиткой Асфор (2-я группа огнезащитной эффективности) приводит к одинаковым результатам по условиям распространения пламени с составами 1-ой группы огнезащитной эффективности: Асфор-экстра, МПВО и Негорин.

Обращает на себя внимание несоответствие между результатами влияния одних и тех же огнезащитных составов на воспламеняемость древесины и на условия распространения пламени.

Эффективность влияния на воспламеняемость снижается в ряду:

Асфор-экстра Пирилакс ОЗК-45Д Огракс ПД-1 МПВО Асфор Негорин Огракс В-СК СГК-1.

С точки зрения нераспространения пламени по поверхности самыми эффективными составами оказались: Пирилакс, ОЗК-45Д, Огракс В-СК и СГК-1

Критическая плотность поверхностных тепловых потоков, установленная в экспериментах по оценке воспламеняемости огнезащищённой древесины находится в пределах 15-20 кВт/м2. В то же время при определении группы распространения пламени в момент воспламенения плотность падающего теплового потока составляла от 8,0 до 11,0 кВт/м2. Более низкие значения плотности тепловых потоков, при которых наблюдается воспламенение в опытах по распространению пламени, по нашему мнению обусловлены следующими причинами.

Небольшой объём газовоздушного пространства над поверхностью исследуемых образцов в установке для определения воспламеняемости, отсутствие вентилирования затрудняет отвод продуктов термического разложения из зоны действия источника зажигания. Поскольку начальными продуктами разложения древесины всегда являются диоксид углерода и пары воды, то скапливаясь над поверхностью исследуемых материалов, они флегматизируют процесс горения. В этих условиях для создания в газовой фазе достаточных для устойчивого горения концентраций горючих продуктов термического разложения требуется дополнительная тепловая энергия.

Значительный объём экспериментальной установки для исследования условий распространения пламени, наличие дымохода для удаления продуктов термического разложения и горения приводит к вентилированию газового слоя над поверхностью образца за счёт конвективных потоков, формирующихся под действием радиационного нагревателя и созданию более благоприятных условий для возникновения горения.

Сопоставление длины распространения пламени по образцам древесины, обработанных одинаковыми огнезащитными составами, зафиксированной в опытах по оценке горючести и распространения пламени, показало, что при вертикальном расположении образцов (в установке «шахтная печь») и зажигании снизу пламя распространяется по всей длине образцов независимо от вида и расхода огнезащитного состава. При исследовании условий распространения пламени влияние огнезащитных композиций более заметно. Обработка составами Асфор-экстра, Негорин, МПВО и Асфор распространение пламени происходило по части поверхности древесины. Остальные составы предотвращали распространение пламени по поверхности.

Установленные расхождения по условиям распространения пламени при вертикальном и горизонтальном расположении образцов объясняются следующими причинами. При зажигании снизу вертикально ориентированных образцов создаются наиболее благоприятные условия для распространения фронта пламени, поскольку высоконагретые продукты горения за счёт совместного действия конвекции и радиации прогревают вышележащие слои древесины, подготавливая их к воспламенению.

Результаты экспериментального определения группы распространения пламени огнезащищенной древесины Таблица 3

* Горение в зоне действия источника зажигания

Полученные данные свидетельствуют о возможности достижения в результате огнезащитной обработки древесины, группы РП 1 - материалов, не распространяющих пламя по поверхности. При этом эти данные нельзя использовать для оценки пожарной опасности вертикально ориентированных изделий из огнезащищённой древесины.

В пятой главе изложены результаты исследований влияния средств огнезащиты на дымообразующую способность и токсичность продуктов горения огнезащищённой древесины. Этот показатель особенно важен для оценки времени эвакуации людей при возникновении пожара в здании. Условия образования дыма при тлении и пламенном горении материалов существенно различаются.

В режиме тления дым образуется при нагреве углеродсодержащих материалов до температур, при которых происходит их термическое разложение и выделение летучих продуктов в газовую фазу.

Дым, образующийся при пламенном горении огнезащищённой древесины, отличается от дыма, выделяющегося при тлении. Он состоит почти целиком из твёрдых частиц. При пламенном горении древесины одним из конденсированных компонентов дыма является свободный углерод, выделяющийся в виде сажи. Значительная масса аэрозольных частиц образуется в газовой фазе в результате неполного сгорания и высокотемпературных реакций пиролиза, при недостатке кислорода. Конечными продуктами этих реакций зачастую являются полициклические углеводородные соединения ароматической природы и полиацетилены, являющиеся очагами сажеобразования внутри пламени.

Существенную роль в процессе дымообразования играет химический состав горючего материала. У незащищённой древесины коэффициент дымообразования равен 700 м2/кг.

При исследовании влияния огнезащитной обработки древесины на дымообразование при горении в серии предварительных опытов были реализованы два режима горения: режим пламенного горения при воздействии на образцы теплового потока плотностью 35 кВт/м2 и режим тления.

Для всех исследованных составов значения коэффициентов дымообразования в режиме тления оказались примерно на порядок выше, чем в режиме пламенного горения. Поэтому основная серия экспериментов проводилась при горении образцов огнезащищённой древесины в режиме тления. На рис. 3 и 4 приведены экспериментальные данные по влиянию расхода огнезащитных пропиток и покрытий на дымообразование древесины в режиме тления.

Исходной точкой для сравнения эффективности огнезащитных составов является коэффициент дымообразования необработанной сосновой древесины (в режиме тления), который в наших экспериментах при исходной влажности древесины 12% масс. оказался равным 700 м2/кг. Во всех случаях поверхностная обработка древесины и пропитками и покрытиями приводит к снижению дымовыделения. Некоторые из испытанных составов обнаруживают достаточно высокие эффекты снижения дымовыделения. Так, использование пропитки Асфор-экстра при расходах свыше 200 г/м2, обеспечивает величину коэффициента дымообразования менее 500 м2/кг, что переводит обработанную ею древесину в группу Д2 - материалов с умеренной дымообразующей способностью. Ещё более значительный эффект снижения дымообразования обнаружен при обработке древесины составом МПВО. При общей тенденции к снижению дымовыделения следует отметить, что обработка огнезащитными составами (за исключением Асфор-экстра и МПВО) не переводит древесину в более низкую группу дымообразующей способности. Результаты определения группы дымообразующей способности древесины, обработанной огнезащитными составами, приведены в табл. 4.