Pădure. Știință și tehnologie 2010; 12 (1): 11-24

comportarea

ARTICOL

COMPORTAREA INCENDIULUI LUCRILOR ȘI LEMNULUI DE RADIATA DE PIN CU ȘI FĂRĂ Vopsea ignifugă

PERFORMANȚA LA INCENDIU A PLĂCILOR ȘI LEMNULUI RADIATA DE PINE CU ȘI FĂRĂ Vopsea ignifugă

R. Garay 1, M. Henriquez 1
1 Departamentul de Inginerie a Lemnului, Facultatea de Științe Forestiere, Universitatea din Chile. Santiago, Chile

R ESUMEN

În aplicațiile pentru construcții, este necesar să se contribuie la cunoașterea comportamentului lemnului și a plăcilor pe bază de lemn împotriva acțiunii focului pentru a îmbunătăți condițiile de utilizare în exploatare. Efectul unei vopsele ignifuge și a controalelor nevopsite a fost comparat pe plăcile pe bază de lemn și pe lemnul de pin radiata, pentru a discrimina tipurile de plăci și a le compara cu lemnul solid...

Plăcile testate au fost: placaj structural Pino radiata D., placă orientată (OSB), placă din fibră de densitate medie (MDF), placă tare (HB) și plăci aglomerate, care au fost vopsite superficial cu vopsea ignifugă și comparate cu plăcile neprotejate. Pini radiata D. Don lemn cu și fără ignifug a fost inclus în studiu.

Analiza statistică a indicat diferențe semnificative în pierderea în greutate și indicele de carbonizare pentru toate plăcile cu ignifug în comparație cu plăcile fără protecție. Dintre plăcile structurale: placaj și OSB, placajul ignifug a fost cel care a prezentat cel mai bun comportament împotriva focului, iar HB a prezentat cel mai slab comportament.

S-a arătat că o vopsea ignifugă este eficientă în protejarea plăcilor studiate în comparație cu plăcile fără protecție.

Aplicarea acestui standard de testare a fost un bun indicator al comportamentului la foc și a furnizat informații semnificative pe plăci, recomandând utilizarea acestuia ca o completare a testelor de rezistență la foc efectuate la scară completă.

Cuvinte cheie: Plăci pe bază de lemn, vopsea ignifugă, comportament la foc, pierderea în greutate, indicele de carbonizare.

ABSTRACT

În construcția de locuințe, este necesară creșterea cunoștințelor despre comportamentul acestor materiale împotriva agenților de deteriorare. Securitatea opusă acțiunii de incendiu este fundamentală pentru a îmbunătăți utilizarea acestora în serviciu.

Plăcile testate au fost: placaj structural din pin radiata, placă orientată (OSB), placă de fibre de densitate medie (MDF), placă tare (HB) și plăci aglomerate, care au fost protejate cu vopsea ignifugă și au fost comparate cu plăcile fără protecție. Lemnul de pin Radiata cu și fără vopsea ignifugă a fost inclus în studiu.

Analiza statistică a arătat diferențe semnificative în pierderea în greutate și indicele de carbonizare pentru toate plăcile cu ignifug comparate cu plăcile fără protecție. Între plăcile structurale: placaj și OSB, placajul cu ignifug a fost cel care a prezentat cea mai bună performanță la foc, în timp ce HB a prezentat cel mai prost comportament.

S-a demonstrat că vopseaua ignifugă de se dovedește a fi eficientă în protecția plăcilor studiate în comparație cu plăcile fără protecție.

Implementarea acestui test standard a fost un bun indicator al performanței la foc și a contribuit cu informații semnificative ale plăcilor, utilizarea acestuia este recomandată ca o completare a testului de rezistență la foc efectuat la scară reală.

Cuvinte cheie: scândură de lemn, vopsea ignifugă, performanță la foc, pierderea în greutate, indicele de carbonizare.

INTRODUCERE

Comportamentul împotriva focului în materialele de construcție este evaluat prin parametri precum timpul de aprindere, pierderea în greutate, indicele de carbonizare, răspândirea flăcării, rata de căldură degajată și generarea de fum, printre altele. Rezistența la foc este măsurată în câteva minute și este capacitatea unui element de construcție de a-și păstra calitățile structurale în anumite limite de temperatură pentru o anumită perioadă de timp. Pe baza acestui ultim concept, cerințele privind rezistența la foc, condițiile de siguranță la incendiu, reglementările de rezistență la foc pentru materialele de construcție sunt definite de Ordonanța generală de urbanism și construcții (OGUC) a Ministerului Locuințelor și Urbanismului. Clasele de rezistență la foc variază de la F15 la F180, această codare indicând numărul de minute la care trebuie să reziste structurile (MINVU 2004).

OGUC definește Protecția pasivă ca fiind: acea care se bazează pe elemente de construcție care, datorită condițiilor fizice ale acestora, izolează structura unei clădiri de efectele focului pentru o anumită perioadă de timp, întârziind acțiunea acesteia și permițând astfel evacuarea ocupanților săi înainte de eventuala prăbușire a structurii și, de asemenea, acordând timp pentru sosirea și acțiunea pompierilor. "Elementele de construcție sau acoperirile lor pot fi realizate din materiale necombustibile, cu capacitate de izolare proprie sau datorită unui efect de intumescență sau de sublimare împotriva acțiune de foc (MINVU 2004).

Standardul chilian NCh 935/1-of.97, stabilește procedura de determinare a rezistenței la foc a vopselelor intumescente valabile numai pentru structurile metalice și nu pentru lemn, respectivul standard nu indică valorile necesare, care sunt inerente fiecărei vopsele și depinde pe grosimile aplicate pe o structură de oțel cu o masivitate determinată (Infante 2008). Vopselele intumescente, utilizate pe metale, sunt certificate în IDIEM conform protocolului nr. 238.148-238.378.

În lemn, rezistența la foc se realizează cu pătrate mari sau acoperindu-l cu produse minerale, cum ar fi gips-carton sau fibrociment. În ceea ce privește lacurile ignifuge și vopselele ignifuge, OGUC nu indică cerințe specifice în special; cu excepția pentru a stabili utilizarea standardului chilian NCh 1974.of. 86, relativ la prevenirea incendiilor în clădiri și determinarea întârzierii la incendiu. Din acest motiv, există doar modalități de a-i măsura caracteristicile, dar nu și natura obligatorie.

Standardul NCh 1974.of. 86, face posibilă determinarea cantitativă a proprietăților ignifuge produse de unul sau mai multe straturi de vopsea aplicate pe suprafețele din lemn prin determinarea pierderii de masă și a indicelui de carbonizare a eprubetelor acoperite cu vopseaua menționată. Această metodă este utilizată numai pentru a măsura și descrie proprietățile vopselelor ca răspuns la flacără, în condiții de laborator controlate. Prin urmare, nu trebuie utilizat pentru descrierea, evaluarea sau reglarea riscului real de incendiu.

Produsele din lemn și scândură sunt materiale care prezintă numeroase avantaje ca materiale de construcție, precum: caracteristici excelente de rezistență la habitabilitate și seismic, căldură, viteză de construcție, ușurință în transport, bună izolare termică și acustică și costuri mai mici. Cu toate acestea, acestea sunt încă considerate materiale ușoare și temporare în case, preferând materiale tradiționale precum zidărie și beton (Laboratorul de produse forestiere 1999)

Cu mulți ani în urmă, în țările dezvoltate cu venituri mari pe cap de locuitor și mai recent în țările în curs de dezvoltare precum Chile, s-au optat pentru sistemele de construcții bazate pe structuri din lemn sau metal, îmbrăcate extern cu plăci structurale (Neira 2001).

În cadrul acestor sisteme de construcție, plăcile structurale din placaj și OSB (Oriented Strand Board) sunt foarte utilizate pentru construcția de acoperiri precum: suporturi pentru acoperiș și diafragmă, pardoseli, placări de fațadă, pereți despărțitori, plafoane, pardoseli și chiar în fabricarea mobilierului (Garay et al. 2009, Peraza 1998). Aceste materiale sunt folosite de companiile de construcții care au încorporat alternative, altele decât cimentul, cărămizile sau blocurile la etajele a doua, precum și pentru construcția de locuințe sociale datorită caracteristicilor lor de confort termic excelent (Neira 2001).

Cu toate acestea, și în ciuda utilizării sale largi, există neîncredere în comportamentul structurilor și scândurilor din lemn împotriva acțiunii focului, deoarece frica de incendiu persistă (Ramírez și Di Pace 2002). Acest lucru nu ar trebui să fie un impediment pentru angajarea dvs. în construcția de case. Produsele din lemn, în comparație cu materialele utilizate în mod obișnuit, pot prezenta o siguranță și mai mare în comparație cu alte materiale necombustibile, care își pierd stabilitatea structurală atunci când sunt supuse anumitor temperaturi (Garay și colab. 2009).

Un exemplu de structuri rezistente la foc este sugerat de Lp Chile (2008) în a cărui compoziție consideră o partiție internă de pin radiata pătrat 2x3 "a cărui față exterioară are o placă de fibrociment cu grosimea de 15 mm, în timp ce fața internă are o OSB de 15 mm grosime Această structură, atunci când este testată pentru a-și măsura rezistența la foc pe o scară reală, rezistă la un timp de 30 de minute înainte de a se prăbuși, ceea ce conform standardului NCh 935 implică un index F30.

În anumite condiții, lemnul are o bună rezistență la foc datorită formării unui strat carbonizat; expus la temperaturi ridicate se descompune pentru a oferi un strat izolator de carbon care întârzie și mai mult degradarea lemnului. Capacitatea de rezistență la foc a unei structuri din lemn depinde de pătratul acesteia, astfel, cantitatea de carbonizare a secțiunii transversale este principalul factor în rezistența la foc a elementelor structurale din lemn. Pe de altă parte, în alte aplicații, comportamentul său împotriva focului este limitat, deoarece atunci când face parte din mobilier, acoperișuri de perete și tavan sau alte utilizări care utilizează piese mai subțiri, acesta arde ușor (Forest Products Laboratory 1999).

Testele de reacție la foc se efectuează de obicei într-un calorimetru conic (Harada și colab., 2003), măsurătorile ratei de căldură degajate sunt efectuate în conformitate cu standardul ISO 5660 și fumul specific din zona de stingere este evaluat conform ASTM E 1354-92. Fluxul de căldură incident este de obicei de 50 kW/m 2 pentru exemplarele de 100 mm x 100 mm. INFOR (1999) a comandat un test de reacție la foc de la laboratorul suedez AB Trätek în scopul testării diferitelor produse ignifuge aplicate prin impregnare pe lemn. În condiții de testare la scară completă pe lemn netratat, pierderea în greutate a fost de 81,4%, în timp ce în lemnul impregnat cu produse ignifuge, pierderea în greutate după test a fluctuat între 75,2 și 58,4%; Pe de altă parte, pe placa de gips-carton, procentul pierderii în greutate a fost de 14,9%, demonstrând cea mai bună reacție la foc.

Testele de rezistență la foc utilizează metode de ardere la scară largă și determină durata unei structuri specifice, cum ar fi o partiție de incendiu, construită din diferite materiale, grosimi și compoziții, iar utilizarea produselor ignifuge poate sau nu poate fi luată în considerare. picturi, deoarece acestea reprezintă doar o parte din componența totală a structurii (Garay și Ahumada 2008).

Vopselele ignifuge permit lemnului și plăcilor să reziste perioade mai lungi de timp în expunerea la surse directe de foc, îmbunătățesc proprietățile ignifuge ale acestor materiale, crescând punctul lor de aprindere și reducând deplasarea și pătrunderea flăcării. În plus, densitatea de substanțe volatile și excesul de căldură al mediului scade (Levow și Winandy 1998). Întârzierea focului este capacitatea unei vopsele de a întârzia răspândirea flăcării pe un substrat.

Majoritatea formulărilor pentru îmbunătățirea comportamentului lemnului împotriva focului includ produse chimice pe bază de fosfor, azot, bor, siliciu și alte combinații care produc sinergii cu cele anterioare (Decorespacio 2008).

Există o mare varietate de compuși chimici ignifugi utilizați în lemn și plăci pe bază de lemn, atât prin impregnare, încorporare în masă sau suprafață (Forest Products Laboratory 1999).

Formularea sa depinde de mulți factori, inclusiv caracteristicile substratului, prezența aditivilor în material, procesul de fabricare a produsului în raport cu variabilele și riscurile implicite în proces și condițiile de utilizare a materialului la care va fi trebuie să decidem pe baza acestor factori, încorporarea la masa fibrelor în plăci sau aplicarea unui produs de suprafață precum vopseaua (Garay și colab., 1996).

La efectuarea unei evaluări tehnice a încorporării ignifugilor pe bază de polifosfați de amoniu în plăci cu densitate medie, Garay și colab. (1996) au constatat că aceste produse au fost eficiente în reducerea suprafeței flăcării, în conformitate cu specificațiile ASTM Standard D 3806. - 90.

Jun-wei și colab. 2007 a analizat formularea unui strat ignifug preparat cu rășină poliesterică nesaturată și rășină epoxidică bicomponentă ca matrice de rășini și polifosfat de amoniu (APP) ca sursă de acid, melamină (Mel) ca agent de spumare și pentaeritritol (PER) ca un agent de suflare. carbon, grafit expandabil ca agent sinergic, cu adaos de dioxid de titan (TiO 2), solvenți și alți aditivi. Rezultatele au arătat că există proprietăți fizico-chimice excelente ale stratului. Când grosimea stratului de acoperire pe lemn a fost de 2,0 mm, limita de rezistență la foc a ajuns la 210 min. Prin diferite sisteme de detectare a imaginii, au fost studiate mecanismele de acțiune fizică în descompunere și rolul fiecărui compus chimic în timpul arderii, stabilind relevanța găsirii unor amestecuri bune între rășina de bază a vopselei și aditivii ignifugi care acționează pentru a forma un carbon dur acoperire pentru a întârzia flacăra.

Când lemnul a fost supus unor surse directe de foc, acesta poate pierde aproximativ 0,5 până la 1 mm de material pe minut de expunere, în funcție de tipul de lemn, care este cauzat de fenomenul de carbonizare. Când lemnul este tratat în prealabil cu o substanță ignifugă, acesta poate rezista o perioadă mai lungă de timp, ceea ce nu înseamnă că lemnul nu va fi supus carbonizării (Arquicity 2006).

Când substanțele ignifuge sunt aplicate pe substraturi, acestea sunt absorbite și elimină spațiul pentru oxigen pentru a opri focul și răspândirea acestuia. Când sursa focului continuă să fie în contact cu materialul impregnat de agentul de întârziere, obiectul este consumat mult mai lent decât de obicei, ceea ce permite stingerea focului (QuimiNet 2006).

Hashim și colab. (2009) au încorporat ignifugi pe bază de aluminat de sodiu, borat de zinc și trihidrat de aluminiu la masa fibrelor pentru panouri din fibră de densitate medie (MDF). Cele care au fost evaluate utilizând standardul ASTM D 1360-90 (1990). Rezultatele au arătat că indicele de carbonizare și pierderea în greutate au fost reduse cu toți agenții retardanți evaluați, umflarea grosimii și absorbția apei a plăcilor au scăzut. Modulul de rupere (MOR) nu a fost afectat de tratamentele ignifuge și tracțiunea internă (IB) a arătat o reducere mică comparativ cu controalele. Aluminatul de sodiu a prezentat cele mai bune performanțe în reducerea degradării termice, urmat de trihidrat de aluminiu și borat de zinc.

Într-o caracterizare a pardoselilor laminate (Garay și Ahumada 2008) fabricate pe bază de plăci de tip fibră de înaltă densitate (HDF), sa stabilit că podelele au un comportament slab împotriva focului atunci când au fost evaluate conform standardului ASTM D1360-90a (1994), determinând greutatea pierderi de 3,04 și 2,94% pentru ambele tipuri studiate (principalele diferențe dintre ambele au fost prețul, valoarea mai mică și mai mare și bobul de imitație de lemn pe care l-a prezentat la suprafață. Pardoselile laminate au prezentat o pierdere în greutate mai mare decât cea a modelelor din MDF care a fost studiat anterior, cu o deteriorare mai mare a carbonizării concentrate în zona testată, deși nu pătrunde în placă, datorită structurii sale interne și densității mari. Cel mai interesant lucru de observat a fost că lacul de acoperire cu rezistență ridicată la trafic (suprapunere ) nu a acționat pentru a inhiba arderea, dimpotrivă, a participat la proces și a ars semnificativ, mai mult decât în ​​modelele cu grund care a fost evaluat anterior (Garay 2003).

În studiul lui Chuen-Shii și colab. (2009), a fost investigat un nou ignifug pentru a formula un strat ignifug ignifug (FICR). Au fost utilizate diferite proporții de pulbere de grafit artificial (POP), sericită (Al 4 (OH) 4 (KAl - Si 3 O 10) 2) și amestec de grafit/sericită. FICR a constat din 19,8% ignifug, 15% agent de deshidratare, 18% agent de spumare, 7,2% rășină de bază și 40% solvent, care a fost preparat și aplicat deasupra unui placaj. S-a stabilit că, cu un procent de sericită mai mare de 75%, este posibil să se treacă cerința de întârziere necesară și că, în acest caz, nu este necesar să se încorporeze pulbere de grafit artificial: Cel mai important lucru a fost să fi găsit o alternativă de ignifug pe compuși naturali (sericită), care pot fi obținuți printr-un proces simplu și convențional de exploatare și nu necesită un agent de carbon.

Investigarea compușilor ignifugi, înțelegerea conceptelor de rezistență la foc, cunoașterea cerințelor impuse de OGUC, definirea adecvată a locului în care ar trebui utilizate structurile și diferitele tipuri de materiale, permite relevanța fiecărei soluții constructive să fie dimensionată mai adecvat și să ofere răspunsuri cu privire la posibilitățile reale ale lemnului și ale derivaților săi în domeniul construcțiilor.

Obiectivul acestei cercetări a fost de a compara comportamentul la foc al diferitelor tipuri de plăci comerciale pe bază de lemn cu și fără aplicarea unei vopsele ignifuge împotriva acțiunii unei cantități exacte de 5 ml de combustibil.

MATERIALE ȘI METODE

Tabelul 1 rezumă cele mai relevante caracteristici ale materialului de testat utilizat.

tabelul 1. Tipul substratului și caracteristicile acestuia