不同木屋燃燒特性試驗過程及結(jié)果分析

■ 陳兵 鄭錦 貴州省黔東南州消防救援支隊

一、試驗基本情況

（一）木屋制備

前期，完成13棟小木屋的制作及阻燃處理工序。(1)構(gòu)造及參數(shù)：①尺寸：長2m、高2m、寬1m；②四周有四根柱子、頂部有四根梁支撐的框架結(jié)構(gòu)，柱、梁的截面直徑為8cm左右；③各棟木屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)的板為堅向搭接，板與板之間、板與柱之間、板與梁之間無縫隙；④各棟木屋屋頂為斜屋頂，高度為0.5m，坡度為30%左右；⑤四周墻板及屋斜頂板厚度為2cm左右，各棟木屋底部懸空；圍護(hù)結(jié)構(gòu)一長邊正面的中間位置留有一個高1.5m、寬0.3m的門洞；⑥使用木材為黔東南本地的杉木。(2)阻燃處理情況：①不實施阻燃處理：4棟；②搭建后阻燃處理：分別噴涂2遍3種不同防火涂料的各2棟，噴涂2遍某阻燃液的2棟；③搭建前阻燃處理：通過真空高壓浸漬法，采用某阻燃液實施阻燃處理1棟。

（二）試驗場地及現(xiàn)場布置

本試驗場地選擇在周邊有大型仿古木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑群的貴州省凱里市某斗牛城內(nèi)?，F(xiàn)場預(yù)先放置13棟木屋，分為第一、二、三批次點(diǎn)火試驗?zāi)疚荩?1棟木屋內(nèi)分別提前放入0.5kg刨花和25kg木柴）。

（三）其他有關(guān)情況

本次試驗2021年6月17舉行，天氣晴，最高氣溫33 ℃。（1）高壓水槍應(yīng)用。常用高壓洗車水槍及相關(guān)設(shè)備提前進(jìn)場設(shè)置，準(zhǔn)備利用該水槍對1棟不阻燃木屋開展滅火。（2）簡易噴淋應(yīng)用。對另1棟不阻燃木屋設(shè)置簡易噴淋噴頭1具，并對該木屋預(yù)先設(shè)置熱成像儀等監(jiān)測設(shè)備并開展監(jiān)測。（3）試驗數(shù)據(jù)監(jiān)測。邀請國內(nèi)某知名高校的專業(yè)團(tuán)隊對不阻燃、經(jīng)噴涂某防火涂料和通過真空高壓浸漬法浸入某阻燃液的4棟木屋開展相關(guān)試驗數(shù)據(jù)的全過程監(jiān)測。

二、試驗過程

（一）第一階段阻燃試驗過程

此階段共點(diǎn)火5棟木屋，未安排試驗數(shù)據(jù)監(jiān)測。

14時54分，同時對編號為“A”開頭的相鄰5棟試驗?zāi)疚輧?nèi)刨花點(diǎn)火，其中2棟分別噴涂2種不同的防火涂料、1棟噴涂阻燃液、2棟不做阻燃處理。

14時54分30秒，5棟木屋內(nèi)的木柴被引燃。15時02分，5棟木屋內(nèi)的木柴已處于猛烈燃燒階段，且不做阻燃處理的2棟木屋本體已開始出現(xiàn)明火，但經(jīng)阻燃處理的3棟木屋本體還未被引燃……15時08分，不做阻燃處理的2棟木屋的梁、柱上無明火。經(jīng)阻燃處理的3棟木屋上的燃燒終止。

（二）第二階段阻燃試驗過程

此階段，因試驗數(shù)據(jù)監(jiān)測需要，對編號為“B”開頭的4棟試驗?zāi)疚蔹c(diǎn)火。15時19分，同時對4棟試驗?zāi)疚莸呐倩c(diǎn)火，其中1棟噴涂1種防火涂料（與第一階段的防火涂料不同，布置5個點(diǎn)位熱電偶）、1棟噴涂阻燃液（與第一階段的阻燃液相同）、1棟經(jīng)真空高壓浸入阻燃液處理（與第一階段的阻燃液相同，布置5個點(diǎn)位熱電偶）、1棟內(nèi)預(yù)先設(shè)置簡易噴淋系統(tǒng)的不做阻燃處理。

15時19分30秒，4棟木屋內(nèi)的木柴被引燃，其中2棟阻燃木屋的熱電偶數(shù)據(jù)開始增大。15時26分，除內(nèi)預(yù)先設(shè)置簡易噴淋系統(tǒng)的不做阻燃木屋滅火已熄滅外（具體情況在下文中詳述），經(jīng)阻燃處理3棟木屋內(nèi)的木柴已處于猛烈燃燒階段但木屋本體還未被引燃……15時31分，經(jīng)阻燃處理的2棟木屋均出現(xiàn)局部被燒穿的現(xiàn)象，另外1棟經(jīng)真空高壓浸入阻燃液處理的木屋基本保持完好，各棟木屋的明火處于衰減階段。2棟阻燃木屋熱電偶的數(shù)據(jù)開始下降。15時32分，經(jīng)阻燃處理的3棟木屋燃燒終止。

（三）第三階段阻燃試驗過程

此階段，增加無線感溫探測器和無線感煙探測器的測試。因試驗數(shù)據(jù)監(jiān)測需要，對其余編號為“C”開頭的2棟試驗?zāi)疚輧?nèi)的刨花點(diǎn)火。

15時34分，同時對2棟試驗?zāi)疚莸呐倩c(diǎn)火，其中1棟噴涂防火涂料（與第一階段和本階段第一時段的防火涂料均不同）、1棟不做阻燃處理，2棟木屋均分別布置5個點(diǎn)位熱電偶、1具溫光雙響應(yīng)火災(zāi)探測器、1具木材專用火災(zāi)探測器、1具無線感溫探測器和1具無線感煙探測器。15時34分3秒溫光雙響應(yīng)火災(zāi)探測器被觸發(fā)、15時34分6秒木材專用火災(zāi)探測器被觸發(fā)、15時34分7秒感煙探測器被觸發(fā)、15時34分13秒感溫探測器被觸發(fā)，15時37分21秒，2棟木屋熱電偶的數(shù)據(jù)開始增大。15時36分30秒，2棟木屋內(nèi)的木柴被引燃。15時39分，2棟木屋內(nèi)的木柴出現(xiàn)完全燃燒，試驗人員使用二氧化碳滅火器將2棟木屋內(nèi)的火撲滅。2棟阻燃木屋熱電偶的數(shù)據(jù)開始下降。15時40分，試驗人員將2棟木屋內(nèi)的火撲滅。隨后，2棟木屋內(nèi)的溫光雙響應(yīng)火災(zāi)探測器、木材專用火災(zāi)探測器、感煙探測器、感溫探測器等監(jiān)測儀器取出。2棟阻燃木屋熱電偶繼續(xù)保留。16時06分，再次放入0.5kg刨花后，試驗人員對2棟木屋進(jìn)行二次點(diǎn)火。16時06分11秒，2棟木屋熱電偶的數(shù)據(jù)開始增大……16時18分，不做阻燃處理的木屋的梁、柱上無明火，經(jīng)阻燃處理的木屋上的燃燒終止。試驗過程，詳見圖1。

圖1 各階段的不阻燃木屋（左）與阻燃木屋（右）燃燒情況變化

三、試驗結(jié)果分析

（一）木屋耐火時間

1.不阻燃木屋

各階段2棟不阻燃木屋的燃燒過程中，此類木屋從被引燃到其板材等維護(hù)結(jié)構(gòu)被完全燒毀，耗時11～12分鐘，說明其火災(zāi)發(fā)展迅速，耐火性能極差。

2.阻燃木屋

各階段3棟噴涂防火涂料木屋和1棟噴涂阻燃液的燃燒過程，此類木屋從被引燃到其板材等維護(hù)結(jié)構(gòu)局部被燒毀，耗時11～12分鐘。而截止該時間節(jié)點(diǎn)，經(jīng)真空高壓浸入阻燃液處理的木屋維護(hù)結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象不明顯，其耐火性能明顯要優(yōu)于通過噴涂方式實施阻燃處理的木屋。

（二）溫度變化

1.不阻燃木屋

第三試驗階段熱電偶對1棟不阻燃木屋的監(jiān)測數(shù)據(jù)，該木屋本體發(fā)生猛烈燃燒時，即16時13分段，5個監(jiān)測點(diǎn)位監(jiān)測到60次溫度的平均值在931～960.1℃之間，最高溫度達(dá)到971.6℃。

2.阻燃木屋

第二試驗階段，1棟噴涂防火涂料阻燃木屋局部被猛烈燃燒的木柴火引燃時，即15時27分段，5個監(jiān)測點(diǎn)位監(jiān)測到60次溫度的平均值為931～957.6℃之間，5個點(diǎn)位的熱電偶監(jiān)測到溫度為911.4～937.7℃之間，最高溫度達(dá)到971.6℃。另外，經(jīng)真空高壓浸入阻燃液處理的木屋在木柴火發(fā)生猛烈燃燒時，即15時28分段，5個監(jiān)測點(diǎn)位監(jiān)測到60次溫度的平均值在808.2～1023.6℃之間，最高溫度達(dá)到1025.9℃。原因是經(jīng)阻燃處理（防火涂料處理或高壓浸入阻燃液處理）的木屋的火焰蔓延更慢，需要更長的時間，火場才能達(dá)到較高的溫度，且能夠給人員逃生提供更多的時間。

3.高壓水槍、簡易噴淋、火災(zāi)探測器等測試及結(jié)果

（1）高壓水槍

第一階段的試驗過程中，15時04分20秒，消防員使用高壓水槍對其中一棟不做阻燃處理的木屋進(jìn)行滅火。15時04分56秒，該棟木屋被撲滅。該高壓水槍滅火耗時較短。

（2）簡易噴淋

第二階段的試驗過程中，點(diǎn)火后，15時19分38秒，熱成像攝像頭監(jiān)測到不阻燃處理溫度大于158度，刨花、木柴被引燃。15時19分59秒，簡易噴淋頭啟動噴水。15時20分44秒，在該木屋本體還未引燃的情況下明火被噴淋撲滅?？梢?，該簡易噴淋動作迅速。監(jiān)測過程，詳見圖2。

（3）火災(zāi)探測器

第三階段的試驗過程中，15時34分3秒溫光雙響應(yīng)火災(zāi)探測器被觸發(fā)、15時34分6秒木材專用火災(zāi)探測器被觸發(fā)、15時34分7秒感煙探測器被觸發(fā)、15時34分13秒感溫探測器被觸發(fā)。4種探測器均較為靈敏，能更早發(fā)現(xiàn)火情。

四、結(jié)論與展望

（1）經(jīng)真空高壓浸入阻燃液處理的木屋抗火性能最好。

（2）經(jīng)噴涂防火涂料或阻燃液的木屋具有一定的耐火性。

（3）高壓水槍、簡易噴淋、無線火災(zāi)探測器等對小火或初期火災(zāi)防控具有明顯作用。

（4）持續(xù)探索，逐步推動木結(jié)構(gòu)阻燃處理。鑒于此次木屋阻燃試驗取得的效果，試點(diǎn)先行，及時對貴州省凱里斗牛城、黎平府衙等大型仿古或新建木結(jié)構(gòu)建筑群實施阻燃處理，切實提升其耐火等級。