不同木屋燃燒特性試驗過程及結果分析

陳兵 鄭錦

摘要：為進一步探索我州城鄉仿古木結構建筑和少數民族木質建筑連片村寨火災防控的新方法、新措施，通過開展“黔東南州2021年木屋阻燃試驗”活動，從木結構建筑實施不同方式的阻燃處理等方法及路徑，不斷探索提升木質建筑抵御火災的能力。

關鍵詞：木結構建筑;阻燃;試驗

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）構造及參數：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構，柱、梁的截面直徑為8cm左右;③各棟木屋圍護結構的板為堅向搭接，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;圍護結構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）試驗場地及現場布置

本試驗場地選擇在周邊有大型仿古木質結構建筑群的貴州省凱里市某斗牛城內?，F場預先放置13棟木屋，分為第一、二、三批次點火試驗木屋（11棟木屋內分別提前放入0.5kg刨花和25kg木柴）。

（三）其他有關情況

本次試驗2021年6月17舉行，天氣晴，最高氣溫33 ℃。（1）高壓水槍應用。常用高壓洗車水槍及相關設備提前進場設置，準備利用該水槍對1棟不阻燃木屋開展滅火。（2）簡易噴淋應用。對另1棟不阻燃木屋設置簡易噴淋噴頭1具，并對該木屋預先設置熱成像儀等監測設備并開展監測。（3）試驗數據監測。邀請國內某知名高校的專業團隊對不阻燃、經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棟木屋開展相關試驗數據的全過程監測。

二、試驗過程

（一）第一階段阻燃試驗過程

此階段共點火5棟木屋，未安排試驗數據監測。

14時54分，同時對編號為“A”開頭的相鄰5棟試驗木屋內刨花點火，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棟木屋內的木柴被引燃。15時02分，5棟木屋內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明火，但經阻燃處理的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，因試驗數據監測需要，對編號為“B”開頭的4棟試驗木屋點火。15時19分，同時對4棟試驗木屋的刨花點火，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個點位熱電偶）、1棟內預先設置簡易噴淋系統的不做阻燃處理。

15時19分30秒，4棟木屋內的木柴被引燃，其中2棟阻燃木屋的熱電偶數據開始增大。15時26分，除內預先設置簡易噴淋系統的不做阻燃木屋滅火已熄滅外（具體情況在下文中詳述），經阻燃處理3棟木屋內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，經阻燃處理的2棟木屋均出現局部被燒穿的現象，另外1棟經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據開始下降。15時32分，經阻燃處理的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。因試驗數據監測需要，對其余編號為“C”開頭的2棟試驗木屋內的刨花點火。

15時34分，同時對2棟試驗木屋的刨花點火，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個點位熱電偶、1具溫光雙響應火災探測器、1具木材專用火災探測器、1具無線感溫探測器和1具無線感煙探測器。15時34分3秒溫光雙響應火災探測器被觸發、15時34分6秒木材專用火災探測器被觸發、15時34分7秒感煙探測器被觸發、15時34分13秒感溫探測器被觸發，15時37分21秒，2棟木屋熱電偶的數據開始增大。15時36分30秒，2棟木屋內的木柴被引燃。15時39分，2棟木屋內的木柴出現完全燃燒，試驗人員使用二氧化碳滅火器將2棟木屋內的火撲滅。2棟阻燃木屋熱電偶的數據開始下降。15時40分，試驗人員將2棟木屋內的火撲滅。隨后，2棟木屋內的溫光雙響應火災探測器、木材專用火災探測器、感煙探測器、感溫探測器等監測儀器取出。2棟阻燃木屋熱電偶繼續保留。16時06分，再次放入0.5kg刨花后，試驗人員對2棟木屋進行二次點火。16時06分11秒，2棟木屋熱電偶的數據開始增大……16時18分，不做阻燃處理的木屋的梁、柱上無明火，經阻燃處理的木屋上的燃燒終止。試驗過程，詳見圖1。

三、試驗結果分析

（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結構被完全燒毀，耗時11～12分鐘，說明其火災發展迅速，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結構局部被燒毀，耗時11～12分鐘。而截止該時間節點，經真空高壓浸入阻燃液處理的木屋維護結構破壞現象不明顯，其耐火性能明顯要優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棟不阻燃木屋的監測數據，該木屋本體發生猛烈燃燒時，即16時13分段，5個監測點位監測到60次溫度的平均值在931～960.1℃之間，最高溫度達到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個監測點位監測到60次溫度的平均值為931～957.6℃之間，5個點位的熱電偶監測到溫度為911.4～937.7℃之間，最高溫度達到971.6℃。另外，經真空高壓浸入阻燃液處理的木屋在木柴火發生猛烈燃燒時，即15時28分段，5個監測點位監測到60次溫度的平均值在808.2～1023.6℃之間，最高溫度達到1025.9℃。原因是經阻燃處理（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、火災探測器等測試及結果

（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，點火后，15時19分38秒，熱成像攝像頭監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。監測過程，詳見圖2。

（3）火災探測器

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

四、結論與展望

（1）經真空高壓浸入阻燃液處理的木屋抗火性能最好。

（2）經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、無線火災探測器等對小火或初期火災防控具有明顯作用。

（4）持續探索，逐步推動木結構阻燃處理。鑒于此次木屋阻燃試驗取得的效果，試點先行，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構建筑群實施阻燃處理，切實提升其耐火等級。

參考文獻：

[1]鄭錦，傅勤勇，孟繁茂.某阻燃液對木質結構房屋應用探討[J].消防科學與技術，2012，31（11）：1207-1209.

作者簡介：

陳兵（1980—），男，漢族，貴州思南人，現為貴州省黔東南州消防救援支隊副支隊長，工程師，主要從事消防監督等工作。