摘 要: 本文采用兩面臨空垂直燃燒的實(shí)驗(yàn)方法,取代傳統(tǒng)的單體燃燒實(shí)驗(yàn),對(duì)不同厚度膠合板的火蔓延特性進(jìn)行研究,得出不同厚度膠合板火焰蔓延的規(guī)律,為膠合板的使用、防火設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞: 膠合板;火前鋒位置;最大燃燒速率
膠合板是三大人造板材之一,由于其變形小、幅面大、施工方便、橫紋抗拉性能好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,例如飛機(jī)、船舶、火車、汽車、建筑和包裝箱等[1-3]。由于膠合板本身具有可燃性,在燃燒時(shí)會(huì)放出大量濃煙和有毒氣體,會(huì)增加建筑物的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。膠合板一旦被點(diǎn)燃將會(huì)釋放出大量的熱量,進(jìn)而會(huì)加速建筑內(nèi)的火勢(shì)蔓延。給火場(chǎng)人員逃生和消防員撲救帶來難度,極易造成重大經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的人員傷亡[4-6]。近年來,由膠合板引發(fā)的火災(zāi)事故越來越多,學(xué)者對(duì)膠合板燃燒的研究進(jìn)度大大加快。不過對(duì)膠合板垂直壁面火蔓延試驗(yàn)研究卻很少,這嚴(yán)重影響了膠合板防火性能的提高及其應(yīng)用。本文以膠合板作為研究對(duì)象,探討了不同板材厚度對(duì)膠合板兩面臨空垂直燃燒的燃燒速率和火前鋒位置的影響。
1 實(shí)驗(yàn)材料與方法
本次試驗(yàn)采取小尺寸試驗(yàn),試驗(yàn)材料為不同厚度的膠合板,厚度分別為5 mm、9 mm與12 mm,寬度為20 mm,高度為130 mm,離壁面距離為5 mm。
試驗(yàn)裝置由接物盒、15 cm長(zhǎng)耙型固定釘、100 cm鋼尺、點(diǎn)火器、石膏板壁面和數(shù)碼攝像機(jī)組成。接物盒收集燃燒過程中的滴落物;耙型固定釘固定試驗(yàn)材料,石膏板固定在外圍,以此模擬材料在建筑物外兩面臨空垂直燃燒;在該石膏板上豎向粘貼100 cm 長(zhǎng)的鋼尺,以此來記錄火焰前鋒位置。點(diǎn)火器為點(diǎn)型點(diǎn)火器,人為對(duì)材料進(jìn)行引燃,引燃材料后撤離火源;試驗(yàn)過程中,利用數(shù)碼攝像機(jī)對(duì)試樣火焰前鋒位置數(shù)據(jù)進(jìn)行采集解析。在所有試樣下端20 mm處與上端10 mm處畫線,將材料分為引燃區(qū)、試驗(yàn)區(qū)與預(yù)留區(qū)。先將試樣用耙型釘固定到石膏板上,把試驗(yàn)平臺(tái)上的豎向鋼尺零刻度線對(duì)準(zhǔn)材料下端20 mm畫線處,用點(diǎn)型點(diǎn)火源引燃試樣,當(dāng)燃燒位置到達(dá)試驗(yàn)區(qū)(材料下端20 mm劃線處)時(shí)攝像機(jī)開始攝像記錄燃燒過程。試驗(yàn)過程中,火焰沿豎直方向均質(zhì)向上蔓延,材料表面開始碳化并伴隨著煙氣產(chǎn)生,而后隨火焰豎向蔓延程度越高,材料碳化加深、變脆并且龜裂,隨著燃燒現(xiàn)象的加劇,材料有部分變形翹起,之后材料整體達(dá)到完全燃燒,最后熄滅。試驗(yàn)結(jié)束后,利用視頻解析軟件解析各時(shí)刻火焰前峰位置。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
2.1 火前鋒位置
由圖1可以發(fā)現(xiàn):在前8 s內(nèi),厚度為9 mm的膠合板火前鋒位置最高,其次是厚度為12 mm的試樣,厚度為 5 mm的試樣火前鋒位置最低。8 s-35 s內(nèi),12 mm厚試樣和5 mm厚試樣的火前鋒位置大致相同,而9 mm 厚試樣的火前鋒位置在三個(gè)試驗(yàn)組中始終處于最高位置,且比其余兩組試樣大5 cm左右。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),9 mm厚試樣火前鋒位置達(dá)最高值48 cm,比5 mm厚試樣高5 cm,比12 mm厚試樣高10 cm。說明9 mm厚試樣安全性能較差,12 mm厚試樣安全性能最高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,火前鋒位置并非隨厚度增大而增大,而是在厚度9 mm—12 mm之間存在一個(gè)臨界厚度H,達(dá)到臨界厚度H之前,試樣越厚,火焰前鋒位置越高,火蔓延越快,達(dá)到臨界厚度H之后,火蔓延速率變慢。
2.2燃燒速率
為進(jìn)一步研究火蔓延特性的影響因素,通過火焰前鋒位置的變化計(jì)算出燃燒速率。固體可燃物表面燃燒速度一般定義為火焰前鋒位置對(duì)于試樣表面的移動(dòng)速率,具體計(jì)算公式如公式1所示。
式中:Vt為燃燒速率,cm/s;Xp(t+△t)為時(shí)刻火焰前鋒的位置,cm;Xp(t)為t時(shí)刻火焰前鋒的位置,cm。
通過公式(1)計(jì)算出每組的最大燃燒速率,如表1所示。
對(duì)表1分析可得:膠合板在相同寬度、與壁面距離一致的情況下,在厚度9 mm~12 mm之間存在一個(gè)臨界厚度H,在臨界厚度H之前,試樣越厚,最大燃燒速率越慢,達(dá)到臨界厚度H之后,最大燃燒速率隨著厚度的增加而加快。這一發(fā)現(xiàn)與火前鋒位置實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。
3 結(jié)論
采用兩面臨空垂直燃燒的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)不同厚度膠合板火蔓延特性進(jìn)行了研究,研究發(fā)現(xiàn)膠合板在厚度9 mm~12 mm之間存在臨界厚度H,達(dá)到臨界厚度H之前,火前鋒位置和最大燃燒速率隨厚度的增加而增大,達(dá)到臨界厚度H之后,這種趨勢(shì)逆轉(zhuǎn),即火前鋒位置和最大燃燒速率隨厚度的增加而減小。
參考文獻(xiàn)
[1]吳盛富, 翁甫金, 馬英剛. 我國(guó)膠合板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展建議[J]. 木材工業(yè), 2016, 30(2):44-47.
[2]陳志, 袁嘉偉, 李業(yè)添,等. 阻燃膠合板燃燒性能的研究[J]. 山東化工, 2016, 45(20):45-46.
[3]王雅梅. 中國(guó)人造板工業(yè)加快轉(zhuǎn)型[J]. 國(guó)際木業(yè), 2017(11):52-52.
[4]黃杰, 張瑩佳, 楊文藝,等. 環(huán)保型膠合板用脲醛樹脂膠粘劑制備工藝研究[J]. 常熟理工學(xué)院學(xué)報(bào), 2017, 31(2):120-124.
[5]王瑞, 呂斌, 唐召群,等. 對(duì)我國(guó)膠合板產(chǎn)業(yè)發(fā)展的幾點(diǎn)建議[J]. 林產(chǎn)工業(yè), 2016, 43(1):19-22.
[6]李遷,朱國(guó)慶,陸峰.薄型材料兩面臨空豎向燃燒特性實(shí)驗(yàn)研究[J].消防科學(xué)與技術(shù),201,34(10):1275-1283.
作者簡(jiǎn)介:羅靜,男,漢族,1982.4,湖北宜昌,在讀博士研究生,西南林業(yè)大學(xué)消防學(xué)院工作,講師,主要研究材料燃燒行為與消防工程。