木材燃烧产烟特性研究
光电流变化值, 来反映烟密度多少的改变量。整个实验过程为4min, 每隔15s 读取一次烟密度的值。
木材燃烧产烟特性研究
武警学院消防工程系 杨守生 陈峰
2. 4 实验方法与步骤
将按规格要求初步加工的木材试样用砂纸打磨, 使其表面平整光滑, 无飞边、毛刺, 经干燥至绝干后置于干燥皿中待用。
按需要比例配制浸渍液。
将木材试样编号, 称重后置于浸渍液中, 开始记
[摘要] 本文利用GB8627烟密度仪研究了天然木材及其在不同外加剂作用下的产烟特性。实验结果表明, 不同树种和经不同试剂处理后的木材产烟情况变化较大。
[关键词] 木材 烟密度 阻燃 防腐 抑烟1. 前言
木材是一种传统的建筑材料, 从远古时期到工业技术高度发达的今天都有广泛的应用。木材易加工、耗能少, 使用过程中不污染环境, 有益人类健康, 又具有大自然赋予的纯朴、自然和美丽的花纹倍受人们的青睐。木地板、木墙裙、木窗帘盒、纯木家具成为人们追求的时尚。但木材的可燃性和易腐蚀性使其应用受到了限制。为了防火和防腐, 往往通过阻燃和防腐处理以提高木材的耐火性能和耐腐蚀性。但是阻燃剂和防腐剂等的添加对木材燃烧的生烟量有何变化, 目前未见文献研究报道。而火灾中的烟危害是及其严重的、不容忽视的。本文利用G B8627烟密度仪研究了天然木材及其在不同外加剂作用下的产烟特性。以此为木材的阻燃和防腐等处理时, 各种外加剂的合理、科学地选择提供实验基础数据。2 实验部分2. 1 仪器药品
仪器 G B 8627烟密度实验仪, 由中科院光电所元件厂生产; CS101-IE 电热鼓风干燥箱。
药品 脲、钼N H 4H 2P O 4、N H 4Cl 、K I 、N aCl 、K Br 、酸铵、CuSO 4、ZnCl 2五氯酚钠(均为化学纯) 2. 2 样品制备
将各种原木料加工成规格30mm ×30mm ×8mm (±0. 3mm) 的方块, 将其置入烘箱烘至绝干, 然后放入配制的各种试剂中进行常压浸渍处理。达到预定时间后取出烘至绝干, 放入干燥器中待用。2. 3 测定方法
参照G B 8627—88测定烟密度。
基于建材在燃烧或分解释放的烟气对测量光束中的可见光部分的吸收和散射作用, 用接受器所产生的
录时间。
浸渍达到预定时间后, 取出试样, 用蒸馏水冲净, 沥干后置于CS 101-IE 干燥箱中烘至绝干并称重。
对各木材试样进行烟密度测试并记录有关数据。
3. 结果与讨论
3. 1 不同种类天然木材燃烧产烟情况
为了考察不同材种木材产烟情况, 选择几种较为常用的材种如:红松、水曲柳、橡木等进行实验研究。考虑到火灾实际情况, 不对其进行干燥处理, 将其在自然状态下放置40h 以上。每个材种取三个试样, 对其进行烟密度实验, 实验结果如表1所示。
表1 不同材种木材燃烧产烟情况
材种红松云杉黄花松橡木水曲柳枫木青冈木椴木白杏苗榆白桦
产地东北陕西东北陕西凤县东北陕西凤县陕西陕南陕西凤县陕西凤县东北
最大烟密度(M S D ) /%Ⅰ[***********]710090
Ⅱ[***********]310096
Ⅲ[***********]10097
平均最大
烟密度(M SD) /%15. 766. 793. 797. 325. 790. 790. 358. 384. 710094. 3
从表1可以看出:不同材种的木材M SD 值相差很大。红松的M SD 值最小, 仅为15. 7%; 苗榆的M SD 值最大, 达到了100%。
木材的密度对M SD 值影响较大。随着木材密度的增大, M SD 值呈上升趋势。将各木材密度按从小到大的顺序排列, 作柱形图如图1所示。从图1可以看出, 密度较小的红松、水曲柳、椴木的M SD 值较小; 密度较大的橡木、苗榆的M SD 值较大。
入蒸馏水浸泡, 至饱和后取出, 置入CS101—I E 电热鼓风箱, 制备出各种含水量的试样进行测试, 其结果如表2所示。
从表2可以看出, 含水量对木材产烟影响很大。在规定测定时间内(4min) , 含水量为30%的试样M SD 最大, 绝干木材的M SD 最小。含水量为50%和60%的试样M SD 仅为8%和12%, 可能是因为含水量太大, 水分的蒸发吸收了大量热量, 推迟了木材的分解和燃烧的时间,
1. 云杉 2. 红松 3. 水曲柳 4. 椴木 5. 白杏 6. 黄花松
7. 白桦 8. 青冈 9. 橡木 10. 苗榆 11. 枫木
相应也使产烟时间推迟。3. 3 阻燃处理木材产烟情况
将红松置于20%的各种阻燃剂中进
图1 MSD 与密度的关系
从图1可以看出, 密度最小的云杉M SD 值达到了66. 7%, 可见密度并不是决定M SD 的唯一因素, 木材中各组分的含量(尤其是无机组分的种类和量) 等对M SD 都可能产生一定的影响。
再以椴木、黄花松、橡木为例, 根据三个平行试样在每隔15s 所测得的光吸收率求出平均值, 作出光吸收率平均值与实验时间关系的曲线如图2
所示。
行常压浸渍处理, 浸渍时间为4天, 取出、沥干、烘干、测试, 其结果如表3。
从表3可知, 经阻燃剂处理后的木材其质量均有大幅度增加, 各试样阻燃剂的含量基本处于同一水平上, 证明红松具有良好的浸渍性能, 阻燃剂有效进入木材内部。阻燃剂对木材的产烟有较大影响, 经N H 4Cl 的20%水溶液处理的试样(3) 生烟量最大, 其M SD 达到了96%, 而经N aCl 、KBr 的20%水溶液处理的试样(5) 、试样(6) 生烟量很小, 其M SD 值与绝干试样相比较相差不大。作出各试样光吸收率与实验时间关系的曲线如图3所示, 从图3可以看出, N H 4Cl 、NH 4H 2PO 4处理的试样不仅生烟量极大增加, 而且使生烟时间提前, 生烟速度变快, 这对于消防安全是极其不利的。
表2 含水量与MSD 的关系
含水量(%) 最大烟密度
60饱和) 12
50
40
30
20
10
气干) 绝干) 15. 7
3
图2 光吸收率平均值与时间的关系从图2可以看出, 实验开始后约2. 5min 内, 光吸收率的值很小, 之后光吸收率逐渐上升, 并达到最大值, 结合观察到的实验现象发现, 在实验的前一阶段约2. 5min 内, 木材燃烧稳定, 火焰很大, 生烟量小, 推测是木材受热挥发出的可燃气体的燃烧; 之后火焰变小, 燃烧变得不稳定, 生烟量增大, 可能是挥发出的可燃气体燃烧殆尽, 空气中的氧开始向木材内部渗透, 由于木材结构比较致密, 导致木材的不完全燃烧而使生烟量增大。
3. 2 含水量对木材产烟的影响
取红松为试样, 按规格加工后烘干并称重, 然后置
(M SD ) (%)
8607841
表3 阻燃剂处理木材产烟情况
阻燃剂种类
脲NH 4H 2PO 4
NH 4Cl KI NaCl KBr
红松试样号
123456
阻燃剂含量
(%) 202020. 53627. 325. 6
最大烟密度(MSD) (%)
3589962636
3. 5 防腐剂对木材产烟
的影响
选择三种较为常用的防腐剂:CuSO 4、ZnCl 2和五氯酚钠, 对水曲柳进行处理后进行测定, 结果如表5所示。
从表5可以看出:经ZnCl 2和五氯酚钠处理的试样M SD 有所增加, 其中经Z nCl 260%水溶液处理的试样(6) M SD 达到83%(空白样的M SD 为12%) 。将M SD 与溶液浓度的关系作柱形图如图4
图3 光吸收率与时间关系图所示, 可以看出, 随着溶液
3. 4 抑烟剂处理木材的产烟情况浓度的增加其M SD 呈上升趋势。
选用钼酸铵对水曲柳进行处理。将按规格加工的试样分别置入不同浓度的浸渍液中浸泡4天后取出、沥干、烘干、测试, 其结果如表4。
从表4可以看出, 钼酸铵对木材具有良好的抑烟效果。经各种浓度钼酸铵水溶液处理的试样其M SD 与未经处理的试样(1) 比较均有所下降, 其中以试样(2) 和试样(3) 效果最好, 而试样(5) 则没有太大变化。说明木材中钼酸铵的含量并不是越大就抑烟效果越好, 可能是因为木材中钼酸铵含量增大之后, 填满木材中的空隙, 导致木材致密度增大, 使空气中的氧向木材内部的渗透更加困难, 木材由于不完全燃烧而生烟量增大, 其作用抵消了钼酸铵的抑烟作用。这个结论和实验1所得的结论是吻合的。所以建议将钼酸铵在木材中的含量控制在5%～10%比较适宜。
表4 抑烟剂与MSD 的关系
试样编号抑烟剂浓度(%) 抑烟剂含量(%) 最大烟密度(%)
10013
2105. 72
3207. 92
430114
54016. 212
1:ZnCl 2 2:五氯酚钠
图4 防腐剂浓度与M SD 关系
经CuSO 4处理的试样M SD 有所下降。我们发现CuSO 4对木材具有抑烟作用, 其抑烟性能可以和钼酸铵媲美。但由于CuSO 4处理的试样不多, 数据不足以说明问题, 所以CuSO 4在木材中的含量对木材产烟情况有何影响, 还有待进一步研究。4 结论
4. 1 不同种类的天然木材, 其最大烟密度随着密度的
五氯酚钠
表5 防腐剂与MSD 的关系
防腐剂种类试样号浓度(%) 防腐剂含量(%) 最大烟密度(%)
Cu SO 41102. 81
220
310
ZnCl 2420
540
660
增大而呈上升趋势; 天然木材最大烟密度出现在整个实验(4min) 的后期。
4. 2 随着木材中含水量的增大, 生烟量也增大, 但是含水量超过40%时, 产烟时间将大大推迟。
4. 3 经阻燃处理的木材, 其生烟量变化较大。经脲、N H 4Cl 、NH 4H 2PO 4处理后的木材, 生烟量极大增加, 产
710
820
5. 95. 98. 39. 038. 110. 37
12
17
22
83
37
43
烟时间提前, 生烟速度变快, 对于消防安全是极其不利的。在评价阻燃剂的性能时, 应将其对木材生烟的影响重点考虑。
4. 4 经抑烟剂(钼酸铵) 处理的木材, 生烟量有所下降。钼酸铵在木材中的含量对木材产烟影响较大, 其含量在5%～10%时效果较好, 含量再增大时, 抑烟效果反而不好。
4. 5 经ZnCl 2和五氯酚钠处理的木材生烟量有所增加, 且随着其在木材中的含量的增大而增大, 并通过实验发现CuSO 4对木材具有抑烟作用。参考文献:
[1] 于永忠等编著, 阻燃材料手册(第二版) , 群众出版社,
1997。
[2] 薛恩钰等编著, 阻燃科学与应用, 国防工业出版社, 1998。[3] 杨守生、陆金侯. 木材阻燃研究. 新型建筑材料, 2000
(2) :18～20。
[4] 李建章等. 改性木材研究. 新型建筑材料, 1997(8)
误灭火战机, 故此方式不可取。
二、几种自灌式吸水方式的比较。
1. 水泵轴线位于水池底部, 即h 吸=h 。这种做法
简单且安全性高, 能保证任意时间、任意水位均能实现自灌式吸水, 是最常用的一种方式。
2. 水泵轴线位于补水泵启泵最低液位以下, 即h 吸≥h 补, 这种方式需定期检查补水措施, 保证正常运行, 即可实现任何时间自灌式吸水。
3. 水泵轴线位于补水泵启泵最低液位之上, 即h 吸
综合上述, 实际工程中消防泵的吸水应优先采用第1种方式, 限止采用第2种方式, 禁止采用第3种方式, 已经采用第3种方式的工程, 应根据具体情况选择上述整改方式的一种。(上接第45页)
闭楼梯间, 其管道井、电缆井门未采用防火门, 管道井
关于消防泵自灌式吸水方式的探讨
邯郸市消防支队 郭秀艳
《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑设计防火规范》等技术规范都规定了消防泵宜(应) 采用自灌式吸水方式, 但在很多工程设计中, 自灌式吸水往往设计不科学, 造成消防供水系统实际使用中不能正常工作, 笔者列举工程设计中存在的问题, 并介绍几种自灌式吸水方式加以比较, 供读者参考。
一、工程中常出现的问题。
在变电站、液化气站等工程中, 往往将泵轴中心线设于液面以下较高部位, 且水池补水线低于泵轴中心线, 如图所示:
也未作防火封隔等9个方面的隐患。其后蓝田市场虽根据验收意见进行了部分整改, 将交易大楼每层分为两个防火分区, 安装了防火卷帘, 但其它问题依然存在。1994年1月8日, 市场在验收不合格情况下投入使用。从此, 消防机构对市场只好勤加检查, 督促整改, 并多次下发《消防安全检查意见书》和《关于整改重大火险隐患的通知》等法律文书, 在1998年甚至还将其列为涟源市十大重大火灾隐患。但隐患依然照旧, 违章也层出不穷。 公安部明令禁止“三合一”工厂, 而蓝田市场却是个典型的“五合一”市场, 集批发零售、加工、储存、住宅、办公于一体, 加之用火、用电混乱, 其间的火灾隐患可想而知。 整个市场原本有6个室内消火栓, 但其中4个或被损坏或被封堵, 只有2个可供使用, 且水压不足。 发生火灾的中栋二楼面积达二千多平方米, 仅配两只灭火器, 而且还是报废的, 其它楼层也只有几只灭火器, 也锈迹斑斑, 连铭牌也看不清楚。 诺大市场按照有关消防法规应该建立义务消防队、配备专职防火员, 并对从业人员进行消防知识培训, 但市场管理所并未履行其职责, 以致火势刚起, 就一片大乱, 未能有效地组织起来, 遏制初期火灾。
此外, 该市市政消火栓奇缺(应建98个, 实有18个, 其中6个且被圈占、埋压或遭损坏) , 消防车辆太少(只有三辆, 其中一辆已属报废之列) , 也是造成特大火灾的重要因素。
(摘自湖北《安全导报》消防版)
图中h 为水池有效深度
h 补为补水泵启泵液位
h 吸为水泵轴线与水池溢流水位的高差
表面上看该消防泵吸水方式为自灌式, 可以满足规范要求, 实际上当水池水位位于h 吸与h 补之间时, 便不能满足自灌式吸水, 势必影响火灾的及时扑救, 贻