Введение к работе
Актуальность работы.
Древесина является одним из наиболее распространенных строительных материалов, поскольку обладает ценными свойствами. Однако, она является пожароопасным материалом.
Во Вьетнаме ежегодно по причине пожаров погибает более тысячи человек, при этом главным образом - в зданиях с наличием конструкций из древесины, т.е. в зданиях III, Шб, IV, V степеней огнестойкости. При возникновении пожара в зданиях данного типа наблюдается быстрое распространение пламени по древесным конструкциям, сильная задымленность, образование в помещениях и на путях эвакуации опасных для человека концентраций токсичных продуктов разложения и горения.
В связи с послевоенным восстановлением лесных угодий во Вьетнаме выращены новые виды быстрорастущих пород деревьев, древесина которых нашла широкое применение в качестве строительных материалов во всех отраслях народного хозяйства.
Однако, до сих пор пожарная опасность этих новых тропических пород древесины, влияние химических компонентов древесины на показатели пожарной опасности, а также физико-механические и многие другие свойства практически не изучены.
Установление влияния разновидности древесины и ее химического состава, содержания основных компонентов (целлюлозы, гемицеллюлозных полисахаридов, лигнина и экстрактивных веществ) на кинетику и механизм термо- и термоокислительного разложения древесины, а также воспламеняемость, распространение пламени по поверхности, тепловыделение, дымообразование и токсичность продуктов горения является очень важной и актуальной проблемой. Одними из наиболее значимых показателей пожарной опасности материалов являются характеристики тепловыделения. Они служат базисом для математического моделирования возникновения и развития пожара, оценки динамики нарастания в помещениях зданий опасных для людей факторов пожара.
Поэтому определение характеристик тепловыделения при горении древесных материалов особенно актуально.
Цель работы: исследовать влияние химического состава и содержания основных компонентов древесины на пожароопасные свойства древесины тропических пород Вьетнама, определить физико-механические и другие свойства лиственных и хвойных разновидностей древесины.
Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:
экспериментально определить в химическом составе древесины содержание целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и экстрагируемых веществ; исследовать физико- механические свойства древесины;
изучить макрокинетические закономерности, механизм пиролиза и термоокислительного разложения древесины;
исследовать влияние разновидности древесины и плотности внешнего радиационного теплового потока на массовую скорость выгорания, дымообразующую способность и токсичность продуктов горения; характеристики тепловыделения;
определить значения низшей теплоты полного сгорания образцов древесины и установить функциональную зависимость теплоты сгорания от химического состава и содержания основных химических компонентов древесины;
разработать методологию оценки и определить характеристики тепловыделения при горении древесины по динамике образования СО и СО2 , используя стандартную установку для экспериментального определения показателя токсичности продуктов горения полимерных материалов.
Научная новизна работы:
- впервые был проведен анализ химического состава и
определено влияние основных химических компонентов
древесины - целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и
экстрагируемых веществ на пожароопасные свойства, а также
оценены различные физико-механические свойства лиственных
и хвойных пород древесины Вьетнама;
- выявлены макрокинетические закономерности и механизм
пиролиза, а также термоокислительного разложения тропических
пород древесины;
- установлена функциональная зависимость значения
теплоты полного сгорания древесины от суммарного содержания
в ней лигнина и экстрагируемых веществ. Показано, что образцы
хвойных тропических пород древесины имеют наиболее высокую
дымообразующую способность на пределе режима тления из- за
большого содержания экстрагируемых веществ;
- разработана методология оценки эффективной теплоты
сгорания и коэффициентов полноты сгорания образцов
древесины в зависимости от режима процесса горения;
определены различные характеристики тепловыделения при
горении древесины по динамике образования СО и СОг с
использованием стандартной установки для определения
показателя токсичности продуктов горения полимерных
материалов по ГОСТ 12.1.044-89, п.4.20.
Практическая значимость работы:
разработанная методология оценки характеристик тепловыделения при горении древесины по динамике образования СО и СО2, с использованием стандартной установки ГОСТ 12.1-044-89, п.4.20. может быть применена для определения важных характеристик тепловыделения при горении самых разных синтетических и искусственных полимерных материалов;
- установленная корреляция теплоты полного сгорания
древесины с суммарным содержанием в древесине лигнина и
экстрагируемых веществ позволяет оценить энтальпию полного
сгорания последних для конкретного вида древесины.
Полученные результаты рекомендованы:
- для внесения изменений или дополнений к действующим
вьетнамским строительным нормам TCVN 2622-95;
- для расчетов температурных режимов пожаров в
помещениях зданий; расчетов прогрева деревянных конструкций;
расчетов несущей способности таких конструкций с учетом их
нагружения;
- результаты исследования используются при чтении лекций,
проведении практических занятий, а также при вьшолнении
лабораторных, курсовых работ и дипломных проектов по
дисциплине "Здания и сооружения, их устойчивость при пожаре"
на кафедре пожарной профилактики Института пожарной
безопасности МОБ Вьетнама и в Институте леса.
Апробация работы:
Результаты исследований были доложены на V международной конференции "Полимерные материалы пониженной горючести", 2003 г, Волгоград; на VI симпозиуме "Fire science and technology Asia-okeania symposium", 2004 r, Daegu, Корея; IV международном симпозиуме РКСД "Строение, свойства и качества древесины", 2004 г, Санкт-Петербург; 13-ой научно-технической конференции "Системы безопасности - СБ-2004" Международного форума информатизации, 2004 г., Москва, Россия.
Публикации: основные результаты исследований опубликованы в 8 статьях и трудах 4 научно-технических конференций.
Объём работы: диссертация объёмом 169 страницы машинописного текста состоит из введения, четвертых глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Материал диссертации содержит 28 рисунков, 32 таблиц, 90 именований библиографии и 26 страниц приложений.
На защиту выносятся:
результаты экспериментального исследования химического состава и содержания основных химических компонентов древесины (целлюлозы, гемицеллюлозных полисахаридов, лигнина и экстрактивных веществ) и их влияния на показатели пожарной опасности тропических пород древесины Вьетнама;
результаты определения влияния разновидности древесины на физико-механические свойства, а также на макрокинетические закономерности, механизм пиролиза и термоокислительного разложения древесины;
- результаты определения массовой скорости выгорания,
дымообразующей способности и токсичности продуктов горения
древесины в зависимости от плотности внешнего теплового
потока;
методология определения эффективной теплоты и коэффициента полноты сгорания, а также наиболее важных характеристик тепловыделения при горении древесины по динамике образования СО и СОг;
- сравнение характеристик тепловыделения при горении
древесины, рассчитанные по скорости потери массы и по
выделению СО и СОг.
