Розділ 2
Теоретичні дослідження процесів, що відбуваються при експлуатації
вогнезахищеної деревини, обробленої просочувальними засобами
Забезпечення вогнезахисної ефективності об’єктів характеризується досягненням
необхідної якості захисного покриття і тривалості безпечної експлуатації
деревини, що застосовується. Вивчення зміни параметрів вогнезахищеної деревини
під дією зовнішніх факторів можливо за умов дослідження механізмів, які
відбуваються при експлуатації та в разі дії підвищених температур.
2.1. Особливості утворення модифікованого шару коксу за рахунок присутності
антипіренів в деревині
В роботі [105] наведено модель теплопровідності вогнезахищеної деревини яка
складається із шарів, які обмежують передачу тепла через плоску двошарову
стінку, що складається зі спіненого теплоізолюючого шару та шару коксу. Ці шари
утворюються при термічному розкладі антипіренів, які входять в структуру
просоченої деревини. При дії на деревину теплового потоку, який відповідає
температурі горіння деревині (~ 820 оС), здійснюється її прогрів на глибину
просочення, що спричиняє початок обвуглення з одночасним виходом розплаву та
продуктів розкладу просочувальних засобів на поверхню з наступним спіненням і
затвердінням вуглецевовміщуючих компонентів. В подальшому спінений шар
спікається, проходить його усадка, теплоізоляція перетворюється в тонку плівку
і тепло переходить до шару вуглецю. Зниження горючих властивостей деревини
пояснюється за рахунок утворення на поверхні обробленої деревини теплозахисного
спіненого шару.
Для пояснення причини ефективної вогнезахисної дії недостатньо отримання
теплофізичних характеристик обробленої деревини [106]. Теплозахисні властивості
шару коксу, що виникає при дії тепла на поверхню обробленої деревини,
взаємопов’язані з умовами його формування та структурою. Деревина сама має
пористу структуру, низькі значення густини та теплової активності. Тільки
утворення ізолюючої перешкоди для виходу летких продуктів і переносу тепла до
фронту піролізу деревини в результаті перетворення її поверхні при нагріванні,
може викликати такий ефект. Такою ізолюючою перешкодою є утворення
модифікованого шару коксу за рахунок присутності антипіренів в деревині.
Товщину утворення шару коксу на поверхні деревини, який утворюється під дією
теплового потоку з урахуванням втрати маси (вигоряння) можна отримати з
рівняння виду [19]:
, (2.1)
де h0 - критична товщина шару коксу за умови несиметричного теплообміну зразка
деревини (при б > 0, ч = 0), мм;
б - параметр, що характеризує горіння матеріалу;
ч - параметр, який характеризує вплив вогнезахисних речовин на матеріали;
f(ч) - функція, яка враховує вплив вогнезахисних речовин на горіння матеріалу.
Враховуючи те що процес нагрівання деревини проходить при відносно великих
температурах для розрахунку hк використано наступне рівняння [19]:
, (2.2)
де f(ч, и0) = f1(ч)·f2( и0) - функція, яка характеризує вплив густини теплового
потоку та вигоряння зразка і має вигляд [19]:
f1(ч) = ч0,6, f2( и0) = 1 + 0,3·и0 , (2.3)
де и0 - параметр, який характеризує температурний вплив на матеріал.
З урахуванням вищенаведеного товщину утворення шару коксу на поверхні деревини
можна визначити за наступним рівнянням:
(2.4)
На рис. 2.1 наведено залежність товщини утвореного шару коксу на поверхні
деревини від параметра ч, що характеризує вплив вогнезахисних речовин на
матеріали для різних значень густини теплового потоку. Із збільшенням параметра
ч товщина утвореного шару коксу на поверхні деревини зменшується в 1,4 – 1,6
разів.
Для розрахунку приймалось: h0 = від 3 мм до 28 мм в залежності від и0 (3 до
22), б = 0,04 [19] .
Як видно з рисунка, із збільшенням ч (підвищенням ефекту вогнезахисту) товщина
утвореного шару коксу на поверхні деревини зменшується [107]. Наведені
результати підтверджуються аналогічними дослідженнями інших авторів [105,
106].
hк, мм
ч
Рис. 2.1. Залежність товщини утвореного шару коксу на поверхні деревини hк від
параметра вогнезахисту ч, при значеннях параметра температурного впливу и0: 1 -
3,1; 2 - 6,0; 3 - 10,0; 4 - 15,0; 5 - 22,0.
Необхідно зазначити, що швидкість тепловиділення при горінні матеріалів впливає
на показники пожежної небезпеки. Поширення полум’я при горінні будівельних
матеріалів є чинником, що визначає інтенсивність і динаміку розвитку пожежі та
залежить від ефективності вогнезахисту та масової швидкості вигоряння зразків в
процесі полуменевого горіння.
В даний час у країнах Європейського співтовариства вводиться нова система
сертифікації і класифікації будівельних матеріалів за степенем пожежної
небезпеки, у якій одним з основних є показник пожежної небезпеки, виражений у
формі похідної швидкості тепловиділення при горінні матеріалу [108, 109].
Для визначення характеристик тепловиділення матеріалів при їхньому горінні
використовується рівняння, що пов’язує швидкість тепловиділення при горінні
матеріалу з масовою швидкістю вигоряння і нижчою теплотою згоряння [106]:
, (2.5)
де Qi – нижча теплота згоряння деревини, Дж/кг;
м – коефіцієнт повноти згоряння летких продуктів розкладу речовини у полум’ї;
y - масова швидкість вигоряння матеріалу, кг/(м2·с);
S - площа поверхні зразка, яка перебуває під дією теплового впливу, м2.
Під час горіння вогнезахищеної деревини характерним є протікання процесу за
недостачі кисню. При цьому формується плоский фронт горіння, характерною
особливістю якого є утворення на поверхні зразка шару модифікованого коксу, що
у
- Київ+380960830922