korolchenko_1

менение, а при другом — отказ.

Для веществ, пары которых не воспламеняются от искрового источника зажигания, проводят испытания со спиральным источником зажигания. Питание к спиральному источнику зажигания подают с таким расчетом, чтобы спираль накалялась до 1000 – 1050 °С за время не более 4 с.

За температурный предел распространения пламени принимают среднее арифметиче- ское не менее трех пар определений на воспламенение и отказ, полученных на трех образцах вещества.

Если при проведении опыта атмосферное давление отличается от 101,3 кПа, то полу- ченное в эксперименте значение температурного предела приводят к температуре при

в которой 9·10–4 — размерный коэффициент, кПа–1 .

31

3.9. Группа распространения пламени строительных материалов

Группу распространения пламени по поверхности строительных материалов определяют в соответствии с ГОСТ 51032–97 “Материалы строительные. Метод испытания на распространение пламени”, который аналогичен международному стандарту ИСО/ПМС 9239.2 “Основные испытания – Реакция на огонь – Распространение пламени по горизонтальной поверхности покрытий пола по действием радиационного теплового источника зажигания”.

Сущность метода заключается в определении критической поверхностной плотности теплового потока, величину которого устанавливают по длине распространения пламени по образцу в результате воздействия теплового потока на его поверхность.

Для испытаний готовят пять образцов материала размерами 1100 250 мм. Для анизотропных материалов готовят два комплекта образцов (например, по утку и по основе). Образцы готовят в сочетании с негорючей основой. Способ крепления материала к основе должен соответствовать используемому в реальных условиях. В качестве негорючей основы используют асбоцементные листы толщиной 10 или 12 мм. Общая толщина материала с негорючей основой не должна превышать 60 мм. В тех случаях, когда техническая документация не предусматривает использование материала по негорючему основанию, образцы изготавливают с основой и креплением к ней, соответствующими реальным условиям применения.

Образцы кондиционируют при температуре 20 5 °С и относительной влажности воздуха 65 5% не менее 72 ч.

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 3.13.

Установка состоит из испытательной камеры с дымоходом и вытяжным зонтом, радиационной панели, которая служит источником лучистого теплового потока, газовой горелки, держателя образца и устройства для введения держателя в испытательную камеру.

ÐÈÑ. 3.13. Установка для испытаний на распространение пламени:

1 — испытательная камера; 2 — платформа; 3 — держатель образца; 4 — образец; 5 — дымоход; 6 — вытяжной зонт; 7 — термопара; 8 — радиационная панель; 9 — газовая горелка; 10 — дверца со смотровым окном

32

Переднюю стенку испытательной камеры оборудуют дверцей со смотровым окном из термостойкового стекла. Размеры смотрового окна обеспечивают возможность наблюдения за всей поверхностью образца.

Электрическая мощность радиационной панели составляет не менее 8 кВт. Панель имеет длину 450 мм и ширину 300 мм. Угол наклона радиационной панели к горизонту составляет 30°.

Âкачестве источника зажигания применяется газовая горелка с диаметром выходного отверстия 1,0 мм, обеспечивающая формирование факела пламени длиной от 40 до 50 мм. Во время испытания пламя горелки должно касаться точки “ноль” продольной оси образца.

Измерение температуры внутри испытательной камеры осуществляется термопарой с пределом измерения до 600 °С и толщиной не более 1 мм.

При метрологической аттестации установки, а также после замены нагревательного элемента радиационной панели производят калибровку, целью которой является подтверждение требуемых величин поверхностного падающего теплового потока в контрольных точках калибровочного образца и распределения поверхностной плотности теплового потока по поверхности образца при скорости потока воздуха в дымоходе 1,22 м/с. Калибровку проводят на образце, изготовленном из асбестоцементных листов толщиной от 10 до 12 мм.

Испытания образцов осуществляют следующим образом. Включают радиационную панель и прогревают камеру до достижения теплового баланса, который считают установившимся, если температура в испытательной камере изменяется не более чем на 7 °С в течение 10 мин. Затем открывают дверцу камеры, зажигают газовую горелку и располагают ее так, чтобы расстояние между факелом пламени и экспонируемой поверхностью составляло не менее 50 мм. Устанавливают образец в держатель, фиксируют его положение с помощью приспособлений для крепления, помещают держатель с образцом на платформу

èвводят в камеру. Дверцу испытательной камеры закрывают и включают секундомер. После выдержки в течение двух минут приводят пламя горелки в контакт с образцом в точ- ке “0”, расположенной на центральной оси образца. Фиксируют факел пламени в этом положении в течение 10 мин. По истечении этого времени горелку возвращают в исходное положение.

При отсутствии воспламенения образца в течение 10 мин испытание заканчивают.

Âслучае воспламенения образца опыт заканчивают при прекращении пламенного горения или по истечении 30 мин от начала воздействия на образец газовой горелки.

Âпроцессе испытания фиксируют время воспламенения и продолжительность пламенного горения.

Испытания каждого последующего образца проводят после охлаждения держателя образца до комнатной температуры и проверки соответствия поверхностного падающего теплового потока требованиям стандарта.

Измеряют длину поврежденной части образца по его продольной оси для каждого из пяти испытанных образцов. Точность измерения составляет 1 мм. Повреждением считается выгорание и обугливание материала образца в результате распространения пламени горения по его поверхности.

Длину распространения пламени определяют как среднее арифметическое значение по длине поврежденной части пяти образцов. Величину критической поверхностной плотности теплового потока устанавливают на основании результатов измерения длины рас-

33

пространения пламени по графику распределения поверхностной плотности теплового потока по поверхности образца, полученному при калибровке установки.

При отсутствии воспламенения образцов или длине распространения пламени менее 100 мм принимают, что критическая поверхностная плотность теплового потока испытуемого материала превышает 11 кВт/м2 .

Горючие строительные материалы в зависимости от величины критической поверхностной плотности теплового потока подразделяют на четыре группы (табл. 3.6).

ТАБЛИЦА 3.6. Классификация горючих строительных материалов по группам распространения пламени

3.10. Температура тления

Для определения температуры тления нагревают образец вещества с обдувом его духом и визуально оценивают результаты испытания. Варьируя температуру, находят минимальную температуру реакционной зоны сосуда, при которой происходит тление вещества.

Для определения температуры тления используют установку ОТП (см. рис. 3.6). Помещают рабочие спаи термопар в фиксированные точки рабочей камеры, включают нагрев электропечи. При первом испытании температура в рабочей камере должна быть равна температуре разложения исследуемого вещества 300 5 °C. После установления в рабочей камере стационарного температурного режима, определяемого по постоянству показаний двух термопар, держатель извлекают из рабочей камеры, в контейнер помещают образец и возвращают держатель в исходное положение. Газовую горелку при этом используют в качестве магистрали для подвода воздуха, который подают в горелку от насоса. Горелку опускают внутрь рабочей камеры на расстояние 10 ± 2 мм от поверхности образца. Наблюдают за образцом при помощи зеркала.

Если обнаружено тление, то регистрируют тление при температуре испытания, и следующее испытание с новым образцом проводят при более низкой температуре (например, на 50 °С ниже). Если в течение 20 мин образец не тлеет, то считают, что при температуре испытания получен отказ. Следующее испытание с новым образцом проводят при более высокой температуре (например, на 50 °С выше). Изменяя температуру в рабочей камере, определяют такую наименьшую температуру, при которой наблюдается тление образца при двукратном повторении испытаний, а при температуре на 10 °С ниже наблюдаются два отказа.

За температуру тления принимают среднее арифметическое двух ближайших температур, различающихся не более чем на 10 °С, при одной из которых наблюдается тление двух образцов, а при другой — два отказа.

34

3.11. Температурные условия теплового самовозгорания

Условия теплового самовозгорания — это экспериментально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, массой вещества и временем до момента его самовозгорания.

При испытании листового материала его нарезают квадратиками, имеющими размеры корзиночки, и набирают в стопку, соответствующую высоте корзиночки. В образцах из монолитных материалов предварительно высверливают до центра отверстие диаметром 7,0 ± 0,5 мм для термопары. Волокнистые и сыпучие материалы укладывают в корзиночку с плотностью, соответствующей реальной плотности, с которой материал применяют на практике. Корзиночку закрывают крышкой с отверстием для термопары.

Первое испытание проводят при температуре рабочей зоны термостата 200 ± 5 °С или на 80 ± 20 °С ниже температуры самовоспламенения исследуемого вещества, если она известна. В центр термостата подвешивают корзиночку размером 35 35 35 мм с исследуемым веществом. Свободные концы термопары пропускают через верхнее отверстие термостата и подсоединяют к потенциометру. Скорость движения диаграммной ленты потенциометра устанавливают 20 мм/ч. Для наблюдения за изменением температуры в центре образца используют потенциометр.

Самовозгорание образца проявляется или в резком повышении температуры в его центре (до 450 ± 50 °С) или в плавном повышении температуры до величины, превышающей значение температуры самовоспламенения вещества.

Отмечают время от момента выравнивания температур образца и термостата до момента резкого повышения температуры в образце или (при плавном росте температуры) до момента достижения температуры самовоспламенения образца. После того, как процесс самовозгорания закончится (температура в центре образца снизится до первоначальной), термостат выключают и извлекают корзиночку с веществом.

Если при заданной температуре термостата самовозгорание не происходит в течение времени, указанного в табл. 3.7, то испытание с новым образцом вещества проводят при более высокой температуре (например, на 20 °С выше); если самовозгорание произошло, то испытание повторяют при более низкой температуре (например, на 20 °С ниже).

35

ÐÈÑ. 3.15. Зависимость условий теплового самовозгорания от удельной поверхности (à ) и времени до самовозгорания (á )

В процессе испытаний определяют такую минимальную температуру, при которой образец самовозгорается, а при температуре на 5 °С ниже минимальной самовозгорание не происходит. Аналогичные испытания проводят с образцами в корзиночках других размеров.

На основании полученных результатов испытания строят графики зависимости логарифма температуры самовозгорания от логарифма характерного размера корзиночки и логарифма времени до самовозгорания (рис. 3.15).

Удельную наружную поверхность материала S рассчитывают по формуле, м–1:

ãäå F — полная наружная поверхность образца, м2; V — объем образца, м3; à — линейный размер образца, м.

ТАБЛИЦА 3.7. Взаимосвязь времени, необходимого для испытания образцов различ- ных размеров на самовозгорание, и размеров корзиночек

Через точки на графиках проводят прямые линии и составляют уравнения этих прямых

ãäå Àð , Ïð , Àb , ïb — коэффициенты, определяемые по опытным данным.

Уравнения (3.15) и (3.15a) определяют условия теплового самовозгорания исследуемого вещества: при какой температуре нагрева вещества может произойти самовозгорание определенной его массы и какова длительность процесса до самовозгорания.

36

3.12. Минимальная энергия зажигания

Для определения минимальной энергии зажигания газо-, пароили пылевоздушную смесь оптимальной концентрации зажигают электрическим разрядом определенной энергии.

За минимальную энергию зажигания принимают электрическую энергию заряженного конденсатора, способную зажечь наиболее легко воспламеняющуюся газо-, пароили пылевоздушную смесь с вероятностью 0,01 при оптимальных параметрах искрового разряда.

Для определения минимальной энергии зажигания газов и паров применяют установку, схема которой показана на рис. 3.16.

Установка состоит из реакционного сосуда — взрывной бомбы из нержавеющей стали вместимостью 1 дм3 , рассчитанной на давление 2000 кПа. В боковые гнезда по центру сосуда герметично вмонтированы фторопластовые изоляторы с электродами зажигания в виде стальных стержней диаметром 1,0 ± 0,2 мм с полусферическими наконечниками диаметром около 1,5 мм, на которые при определении критического расстояния между электродами надевают стеклянные или фторопластовые диски диаметром 25 ± 1 мм. Расстояние между электродами регулируют индикаторной головкой или микрометрическим винтом. Один из электродов закрепляют неподвижно. В заземленном (подвижном) электроде имеется вакуумное уплотнение. При сборке установки должна быть обеспечена соосность электродов 0,2 0,1 мм. Реакционный сосуд оборудован клапанами для ввода испытуемой смеси и удаления продуктов горения, а также предохранительным клапаном для сброса избыточного давления при воспламенении смеси. Для визуального наблюдения за воспламенением смеси в сосуде предусмотрены смотровые окна, выполненные из кварцевого стекла.

ÐÈÑ. 3.16. Установка для определения минимальной энергии зажигания газов и паров жидкостей:

1 — смеситель; 2 — баллоны с горючим газом и воздухом; 3 — осушитель с хлоридом кальция; 4 — образцовый манометр; 5 — ртутный манометр; 6 — измеритель электрического заряда; 7 — реакционный сосуд; 8 — предохранительный клапан; 9 — микрометрический винт; 10 — вакуумный насос; 11 — пере- счетный прибор; 12 — ионизатор; 13 — электрод (неподвижный); 14 — фторопластовый изолятор; 15 — конденсатор; 16 — киловольтметр; 17 — ограничительное сопротивление; 18 — высоковольтный источ- ник постоянного тока; 19 — стабилизатор напряжения

37

Смеситель вместимостью 18 2 дм3 изготовлен из нержавеющей стали и рассчитан на давление до 500 кПа. Он снабжен образцовым манометром для измерения парциальных давлений компонентов приготовляемой смеси и осушителем с хлоридом кальция.

Электрическая система зажигания содержит: высоковольтный стабилизированный источник постоянного тока, обеспечивающий регулируемое рабочее напряжение до 20 кВ; набор вакуумных или фторопластовых конденсаторов с электрическим зарядом от 0,5 до 2,5·104 пФ; статический киловольтметр типа С-196 или аналогичный; измеритель электри- ческого заряда типа Е8-1 или аналогичный; ограничительное сопротивление зарядного тока от 109 äî 1012 Ом; пересчетный прибор для счета и регистрации количества искровых разрядов.

Перед проведением испытаний выполняют следующие операции:

реакционный сосуд проверяют на герметичность;

в смесителе приготовляют, исходя из парциальных давлений, измеряемых образ цовым манометром, газо-, паровоздушную смесь заданного состава. При подготовке паровоздушной смеси смеситель снабжается электроподогревающим устройством для предотвращения конденсации паров. Температуру в смесителе и реакционном сосуде поддерживают примерно равной верхнему температурному пределу воспламенения исследуемой жидкости;

определяют критическое расстояние между электродами. Для этой цели на концах электродов укрепляют фторопластовые или кварцевые диски, вакуумируют реакционный сосуд до остаточного давления 0,5 ± 0,1 кПа и затем впускают в него приготовленную в смесителе стехиометрическую смесь исследуемого газа или пара с воздухом (если испытания проводят при атмосферном давлении, то в сосуде необходимо установить давление 101,3 кПа);

из нулевого положения, определяемого по омметру, электроды с дисками устанавливают на расстоянии 0,1 мм один от другого. Затем к неподвижному электроду подключают вакуумный конденсатор с электрическим зарядом не более 400 пФ при испытании газов и не более 700 пФ при испытании паров, включают высоковольтный источник питания и плавно поднимают напряжение до пробоя разрядного промежутка, устанавливая по пересчетному прибору частоту искрения от 5 до

10 разрядов в минуту.

Испытания ведут до воспламенения смеси или до получения 100 разрядов, если воспламенение не происходит. Испытания на воспламенение повторяют четыре – пять раз с новыми порциями смеси из смесителя. После проведения каждого испытания реакционный сосуд поочередно наполняют воздухом и вакуумируют три – пять раз для удаления испытанной смеси или продуктов сгорания.

Если воспламенение не происходит, то увеличивают разрядный промежуток электродов на 0,1 мм и проводят аналогичную серию испытаний на воспламенение. Если воспламенение происходит, то это свидетельствует о достижении критического разрядного промежутка для стехиометрической смеси.

Таким же способом находят критический разрядный промежуток электродов для пяти – восьми смесей, содержащих горючего компонента меньше или больше, чем в стехиометрической смеси. По полученным данным строят кривую зависимости критического разрядного промежутка электродов (ось ординат в логарифмических координатах) от концентрации горючего компонента в смеси (рис. 3.17, à ). Величину разрядного промежутка, соответствующую минимуму на полученной кривой, принимают за критическое расстоя-

38

ÐÈÑ. 3.17. Условия зажигания газов и паров жидкостей:

à — зависимость критического расстояния от содержания горючего в смеси; á — зависимость вероятности воспламенения горючей смеси от энергии зажигания

ние между электродами, а соответствующую ему газо-, паровоздушную смесь — за наиболее легковоспламеняющуюся.

Затем приступают к определению минимальной энергии зажигания. Для этого с электродов снимают диски и под электродами устанавливают ионизатор. Испытания на воспламенение газо-, паровоздушной смеси выполняют точно так же, как при определении критического расстояния между электродами, при этом испытывают только наиболее легковоспламеняющуюся смесь. Каждую серию испытаний ведут при одном и том же напряжении перед разрядом U и одном и том же электрическом заряде Ñ конденсатора до полу- чения не менее 10 воспламенений смеси с вероятностью не менее 0,01. Если при заданных U è Ñ смесь не воспламенилась при 1000 разрядах (при этом число разрядов в одной и той же порции смеси в реакционном сосуде не должно превышать 100), то считают, что от данной энергии зажигания смесь неспособна воспламениться. В следующей серии увеличивают электрический заряд конденсатора и также испытывают смесь на воспламенение до получения не менее 10 воспламенений с вероятностью не менее 0,01 или до 1000 разрядов в отсутствии воспламенения.

Последовательно изменяя электрический заряд конденсатора и повторяя испытания, находят зависимость энергии зажигания W от вероятности воспламенения Ð.

Вероятность воспламенения смеси рассчитывают как

ãäå ò — число испытаний, при которых смесь воспламенилась; ï — общее число испытаний на воспламенение в данной серии.

Энергию зажигания W рассчитывают по формуле, Дж:

ãäå Ñ — электрический заряд конденсатора, Ф; U1 , U2 — напряжение на конденсаторе соответственно перед и после пробоя искрового промежутка, В.

39

ÐÈÑ. 3.18. Установка для определения минимальной энергии зажигания горючих пылей:

I — блок управления; II — счетный механизм; III — блок зарядки; 1 — реакционная камера; 2 — вибратор; 3 — стакан; 4 — кронштейн; 5 — электрод; 6 — киловольтметр; 7 — конденсатор; 8 — пылесборник

В логарифмических координатах строят кривую зависимости вероятности воспламенения от величины энергии зажигания (рис. 3.17, á ). Значение энергии зажигания, соответствующее вероятности воспламенения 0,01, принимают за минимальную энергию зажигания исследуемого вещества.

Измерение минимальной энергии зажигания пылей проводят на установке, схема которой показана на рис. 3.18. Реакционная камера установки имеет прямоугольную форму; камера изготовлена из листовой нержавеющей стали толщиной 4 ± 1 мм или из оргстекла толщиной 6 ± 2 мм, в которой распыляется и зажигается пылевоздушная смесь. На стенках камеры укреплены заостренные электроды диаметром 1,0 ± 0,1 мм в цилиндрических изоляторах (из любого диэлектрика) диаметром 15 ± 1 мм.

Виброситовой дозатор содержит вибратор и подвешенный на кронштейне стакан. Нижнее отверстие стакана закрыто легкосменяемой металлической сеткой с ячейками определенных размеров. Дозатор обеспечивает подачу в разрядный промежуток заданного количества исследуемого вещества (концентрация аэровзвеси от 10 до 1000 г/м3 ). Кроме того, установка содержит: пылесборник; блок зарядки рабочего конденсатора, состоящий из источника высокого напряжения постоянного тока, позволяющего подавать на электроны регулируемое напряжение от 0 до 30 кВ; киловольтметр; измеритель электри- ческого заряда; набор вакуумных или фторопластовых конденсаторов с электрическим зарядом от 50 до 25 000 пФ, которые должны быть рассчитаны на рабочее напряжение от 8 до 10 кВ; блок управления, обеспечивающий заданную последовательность включения и выключения приборов установки при ее работе в автоматическом режиме, а также блокировку дверцы защитного шкафа и сигнализацию о наличии напряжения на установке; счетный механизм для регистрации числа искровых разрядов.

До начала испытаний в стакан дозатора насыпают пыль исследуемого вещества, включают вибратор и проверяют возможность получения аэровзвеси различной концентрации.

Минимальную энергию зажигания пылевоздушной смеси определяют в несколько этапов, начиная с определения оптимальной концентрации исследуемого вещества. Для этого устанавливают зависимость вероятности воспламенения от подаваемого на вибратор напряжения. Эту зависимость определяют при заведомо зажигающей энергии (дающей вероятность воспламенения от 0,3 до 0,5) при разрядном промежутке электродов от 3 до 5 мм и наличии в разрядной цепи активного сопротивления R. Вероятность воспламенения смеси рассчитывают по формуле (3.17). При этом число воспламенений должно быть одинаковым во всех испытаниях и не менее десяти. Число разрядов определяют по показаниям счетного механизма, а число воспламенений — визуально.

40