Delist.ru

Исследования эффективности огнезащиты деревоклееных конструкций (29.05.2007)

Автор: Гаращенко  Никита Анатольевич

Тепловое воздействие на конструкцию происходит в обеих камерах, причем в огневой камере задается стандартный температурный режим, а в тепловой должен реализовываться режим, задаваемый зависимостью:

Tf = T0 + 200( lоg (8t + 1), (2)

Рис. 4. Схема печи для оценки пожарной опасности конструкций по ГОСТ 30403-96: 1 – огневая камера; 2 – тепловая камера; 3 – стена печи; 4 – перекрытие тепловой камеры; 5 – перекрытие огневой

камеры; 6 – испытуемый образец.

где Тf, Т0 - температура газовой среды и начальная температура, (С; t – время от начала испытания, мин.

В соответствии с ГОСТ 30403 контролировался ряд параметров и предельных состояний, в числе которых определялось наличие недопустимого размера повреждения образца (древесины) в контрольной зоне. Дополнительно к измерительным средствам, предусмотренным ГОСТ 30403, в различных зонах панели были установлены термопары в соответствии со схемой, представленной на рис. 5. Они позволяют получить дополнительную информацию по прогреву образцов и проводить более объективный анализ полученных результатов. В качестве контрольного параметра рассматривалось время достижения температуры 300(С (температура обугливания древесины) на глубине 2 мм от поверхности панели в зоне тепловой камеры на различном расстоянии от плиты перекрытия огневой камеры. Для показателя К0, согласно ГОСТ 30403, это расстояние не должно превышать 50 мм.

Рис. 5. Схема установки термопар на исследуемых деревоклееных панелях: термопары

№ 1, 5, 6, 12, 13 размещены на границе

образец-покрытие; № 2, 7, 14-18 - на глубине

2 мм от поверхности; № 3, 8 - 5 мм; № 4, 9 - 10; № 10 - 20; № 11 - 30 мм от поверхности.

По ГОСТ 30403 были проведены два огневых испытания деревоклееных панелей с лаком ПРОТЕРМ ВУД и одно - с лаком ФЕНИКС ДП. При подготовке деревоклеенной панели для первого и второго испытания на ее поверхность наносилось покрытие ПРОТЕРМ ВУД с расходом 1,8 кг/м2 (толщина 1,1 мм) и укрывной лак Proterm Wood top A1 с расходом 0,05 кг/м2.

В ходе первого испытания установлено, что в результате значительного вспучивания покрытия ПРОТЕРМ ВУД через 7-8 минут с момента начала эксперимента был перекрыт проем между обогреваемой поверхностью испытываемого образца и торцом перекрытия, разделяющего огневую и тепловую камеры печи. В результате фиксировалась температура в тепловой камере, уровень которой был значительно ниже уровня, предусмотренного ГОСТ 30403 и задаваемого зависимостью (2). Результаты первого эксперимента свидетельствовали о необходимости уточнения методики испытаний с целью обеспечения постоянной величины сечения проема между обогреваемой поверхностью испытываемого образца и торцом перекрытия печи. Были внесены изменения в методику испытаний и конструкцию печи, обеспечившие возможность перемещения плиты перекрытия в процессе эксперимента. Информация, полученная в ходе первого испытания, позволила сделать прогноз об ожидаемом уровне прогрева панели и назначить время теплового воздействия для второго испытания (45 мин).

#спученного слоя, построенная с использованием данных по перемещению плиты в ходе эксперимента.

Результаты термопарных измерений приведенные, в частности, на рис. 7а, показали, что длина зоны обугливания за время огневого воздействия, равное 30 мин, оказалась менее 50 мм, т.е. ниже порогового значения, предусмотрено го ГОСТ 30403 для получение показателя К0. С учетом показателей пожарной опасности огнезащищенной древесины сделан вывод о том, что исследуемая

Рис.6. Зависимости от времени толщины вспученного слоя в ходе испытания ДКК с покрытием Протерм ВУД толщиной 1,1 мм (1) и ФЕНИКС ДП толщиной 0,6

ДКК с покрытием ПРОТЕРМ ВУД толщиной 1,1 мм соответствует классу пожарной опасности К0(30). Сделан вывод о том, что подобный результат может быть достигнут при значительно меньшей толщине огнезащиты. Также установлено, что при указанной толщине покрытия достигнут класс пожарной опасности К1(45), поскольку длина зоны обугливания за время огневого воздействия, равное 45 мин, оказалась более 50, но менее 400 мм, т.е. ниже порогового значения, предусмотренного ГОСТ 30403 для получения показателя К1.

Рис. 7. Зависимости от времени температуры газовой среды (1), поверхности деревоклееной панели (2) с покрытием Протерм ВУД толщиной 1,1 мм (а) и ФЕНИКС ДП толщиной 0,6 мм (б), а также на расстоянии от поверхности: 2 мм (3), 5 (4), 10 (5), 20 (6), 30 мм (7), полученные для зоны огневой камеры в процессе второго (а) и третьего (б) испытания.

Целью третьего испытания деревоклееной панели был выбор более эффективного материала и оптимальных толщин огнезащиты. Был использован прозрачный лак ФЕНИКС ДП, который продемонстрировал более высокую эффективность (чем ПРОТЕРМ ВУД) при испытаниях на установке лучистого нагрева. Как показало математическое моделирование, результаты которого представлены в главе 4, возможно достижение класса пожарной опасности К0(30) при толщине покрытия ФЕНИКС ДП порядка 0,6 мм. При подготовке образца для третьего испытания на его поверхность наносилось покрытие ФЕНИКС ДП с расходом 1,0 кг/м2 (толщина 0,6 мм) и укрывной лак Феникс ДП ТОП с расходом 0,05 кг/м2. Типичные результаты термопарных измерений приведены на рис. 7б. Они свидетельствуют о том, что исследуемая деревоклееная конструкция с покрытием ФЕНИКС ДП толщиной 0,6 мм соответствует классу пожарной опасности К0(30). Достижение данного показателя подтверждено сертификатом пожарной безопасности.

Полученные в ходе исследований данные свидетельствуют о способности исследуемых вспучивающихся покрытий значительно уменьшать величину обугливания древесины, что подтверждает перспективность их использования не только для снижения класса пожарной опасности ДКК, но и для повышения пределов их огнестойкости.

В третьей главе проведено обоснование и продемонстрированы возможности применения для конструкций из древесины методик и программных комплексов (ПК) серии «ОГНЕЗАЩИТА», разработанных ранее для теплотехнических расчетов конструкций из стали и железобетона:

- ПК для расчетов нестационарных температурных полей (НТП) в конструкциях с разлагающейся и вспучивающейся или испытывающей усадку огнезащитой (ОГНЕЗАЩИТА. Версия ВУ.1);

- ПК для расчетов НТП в конструкциях с водосодержащей огнезащитой на неорганической основе (ОГНЕЗАЩИТА. Версия ВН.1);

- ПК для расчетов двумерных НТП в конструкциях с огнезащитой из пористых или волокнистых материалов (ОГНЕЗАЩИТА. Версия 2Т).

Характеристики большинства рассматриваемых материалов, необходимые для проведения расчетов, были заимствованы из работ, опубликованных авторами методик. Кроме того, были определены характеристики не исследованных ранее вспучивающихся лаков Феникс ДП и ПРОТЕРМ ВУД.

Приведена система уравнений, описывающая процессы тепломассопереноса в ДКК с разлагающейся и вспучивающейся огнезащитой на органической основе, поскольку она в наибольшей степени отражает особенности работы рассматриваемых конструкций с перспективной для них огнезащитой. Основные соотношения системы уравнений, записанной в системе координат, связанной с нагреваемой поверхностью огнезащиты, имеют вид:

- массовая скорость фильтрации газообразных продуктов термического разложения; Q( - суммарный тепловой эффект процесса термического разложения.

Индексы: ( - каркас пористого материала; (( - среда, заполняющая поры; нп, кп - начало и окончание вспучивания.

В табл. 1 представлены характеристики вспучивания, которые определены в главе 2, а также параметр лучистого теплопереноса в порах (() и параметр уноса (выгорания) вспученного слоя покрытия ((). Определение величин ( и ( проводилось методом решения обратной задачи теплопроводности с использованием результатов испытаний образцов с огнезащитой на установке лучистого нагрева и в огневой печи. Кроме того, были определены характеристики не исследованных ранее минераловатных плит CONLIT-150.

Таблица 1.

Результаты определения нетрадиционными методами характеристик

вспучивающихся покрытий ПРОТЕРМ ВУД и Феникс ДП

Материал kV Тнп , (С ( (1011 , Вт/м(К4 (

ПРОТЕРМ ВУД 120 130 12,8 8

ФЕНИКС ДП 120 130 8,6 7

Для расчетов прогрева конструкций из древесины использовался эффективный коэффициент теплопроводности, для описания которого использовалась зависимость:

(( = (0 + а Т + ( Т3 . (6)

Параметр (, был определен подбором при сопоставлении результатов расчетов с данными огневых испытаний ДКК без огнезащиты, представленных, в частности, на рис. 1. Получены значения параметров: ( = 3,5(10-11 Вт/м(К4, а = 0,002 Вт/м, (0 = 0,16 Вт/м(К. На рис. 1 показано сопоставление экспериментальных данных и результатов расчетов, проведенных с полученными характеристиками древесины.

Проведена экспериментальная проверка методики теплотехнических расчетов ДКК с покрытиями ПРОТЕРМ ВУД и Феникс ДП при использовании приведенных выше характеристик исследуемых вспучивающихся покрытий и древесины. Результаты расчетов сравнивались с результатами огневых испытаний. Положительные результаты такой проверки демонстрируются, в частности, на рис. 7. Они подтверждают возможность применения этой методики при расчетах температурных полей в ДКК с огнезащитой.

Проведено математическое моделирование температурных полей в ДКК с типичными представителями всех видов средств огнезащиты при различных их толщинах. Оценивалось влияние основных параметров на прогрев конструкций из древесины и эффективность их огнезащиты. Расчеты проводились, в основном, при стандартном температурном режиме. Определены температурные поля в огнезащите и ДКК, которые могут использоваться при оценках пределов их огнестойкости, а также класса пожарной опасности. В числе важных и наглядных результатов таких исследований - получение данных по времени до начала обугливания древесины, а также по скорости обугливания при различных видах огнезащиты (табл. 2). Эти параметры обугливания учитываются при определении пределов огнестойкости ДКК с помощью зависимости (1).

Таблица 2.

загрузка...