《南方都市报》打造言论优势的启示

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1、一种实木外墙性能模拟试验研究山火袭击摘要 随着气候变化日益严重的威胁，有必要使用诸如木材的房屋建设可再生能源和绿色环保材料。木材是一般不被当作一个为在林火（或荒地火）易发区建设家园合适的材料。然而，我们对林火的实木条件下壁结构性能的了解仍然有限。这项研究的目的是要进行试点的实木墙系统，以评估典型的澳大利亚的灌木林地面积的攻击下严重林火条件下的性能试验研究。八条按照BRL公司与澳大利亚的有关测试标准水平的燃气辐射面板生产的墙板标本，在有保护或者没有各种保护涂层的条件下暴露于A40高速公路的热辐射场。暴露的表面上，并同时在暴露和非暴露表面温度热通量进行了测定。熊熊燃烧和自我消灭，观察的标本最而外部

2、的热辐射变化范围为40至16 kW/m2 kW/m2。墙板的墙壁也炭化深度测量。对固体木材墙性能进行了评价对有关标准。试点工作表明，带抗药性的固墙板组件有严重山火威胁，如果有够厚，密封性好木材可以作为在林火易发区的建设的合适材料。 关键词：煤焦火焰点火，辐射，抗火 1简介 随着对全球气候变化和灾难性的森林大火重点关注，对可再生资源，如使用木材作为建筑材料陷入一个窘境。可再生材料的使用是生命的建筑物1可持续发展周期管理的重要组成部分。木材是一种对环境有利的建筑材料;木材具有低能量体现，它有助于碳平衡，它减少二氧化碳排放量时，取代其他能源密集型建材，它是一种可再生资源2。然而，木材也是一种可燃材料

3、，目前在澳大利亚制定林火易发地区的标准，对其内部建筑严格限制使用木材。 澳大利亚丛林大火地区，实木墙的防火性能研究是非常有限的领域。为在林火易发地区建设家园，目前澳大利亚标准不考虑在高极端林火风险地区使用木材，除非它是作为阻燃（改性或自然）木材评级。这种结构形式，是指木材熔覆木螺栓墙（15-20毫米）。有一些实木墙建设考虑到澳大利亚标准AS 3959 3，但现在看来，澳大利亚的标准是指用经改性通常被称为 “木材源”的松木制造的实木墙。 过去的二十五年里，在北美出现了加工被称为“工程木材”起源原木的热潮。很多家庭使用的各种类型木材。主视图1是两个配置文件其中有一个TG公司的配置。这些木材不同厚度

4、从90毫米到200毫米，通常是在凸和凹槽密封可压缩聚氯乙烯闭孔泡沫填缝剂胶带。木材品种也各不相同，如西部红雪松（崖蚌）或松（松属植物。）软木橡树通过，如硬木（栎属）。这种建筑形式已经在澳大利亚日益普及，使用诸如怀特赛普里斯（卡利特里斯glaucophylla）的原生品种。大多数人熟悉的“木质屋”都用圆木构造板，通常用铜铬砷（CCA）改性。这是与TG公司所用相当不同的木材板，如图1所示。这些木材有细微的接触，但不不承重，通常是为防止开裂（裂纹）达10毫米而制造。本文的墙体系统是具有广泛的接触面的原木，用螺栓与自上而下的螺纹杆固定。因此该系统具有承重能力。只要角落榫接，并装有密封榫，以确保严密防水

5、。适合负载应用，墙系统是无间隙。 因为它精细表面干燥，所以白松木很容易检查，开裂一般小于1毫米，并会完全合拢，只要主要木材是干的。 密实木材防火性能取决于特定木材炭化率，曝光（一至四周）。在一个木质墙施工的情况下，如果有足够厚的木材，对热解和燃烧的进展减缓的炭层，屏蔽层的生长未燃尽。炭化在0.8 mm / min的速率顺序为轻型干燥木材，0.6毫米/中密度软木和0.4毫米/重潮湿木，这是引用美国ASTM E119 8标准测试条件的数据。它已经被森林产品实验室报道，对于一个物种的范围内，根据55 kW/m2外热通量炭化率0.78和1.38之间变化毫米/分钟。在AS 1530.8试验，试样具有对火

6、源的单双面曝光。为90毫米，报告的范围内炭化率厚度，记录修建隔离墙应该有足够的生存抗AS 1530.8测试。本次研究的目的是进行一项试验模拟下一个严重的林火攻击，在AS 1530.8提出的实验研究条件，以对一套标准的固体柏树TG的木质墙系统的性能进行评估。2背景 对林火易发地区使用木结构都涉及到由于木材燃烧而承载负荷的木材减少的问题。大量的研究已经解决木材的点燃，为了使木材点燃外部热通量必须达到一个临界水平，这为临界热通量（CHF）的简称（kW/m2）。一个简单的表达式之间的时间点火，氩弧焊（s）和外部热通量，由Tewarson提出。(1) 在火灾实木抗性方面的研究一直是钢架结构或轻木木材内部

7、的墙壁和天花板建筑火灾的重点。各种数值模式的研究已发展到热降解，成炭和木质材料燃烧时，接触到外部热过程。在对实木墙的整体性能另一方面研究相当有限，而且主要发生在其他地区，利用当地现有的木材，和“手工制作的”原木与各种密封胶的方法记录。 在由霍德克和Bahyl抄写员手工木墙是根据美国ASTM E119的条件下测试进行的一项研究，以评估其耐火等级。这墙的完整性和隔热性经受最少180分钟以及承载能力达到172分钟。高火木墙抵抗能力归因于烧焦层的形成，它提供了一个良好的绝缘性的未燃木质。现场没有任何证明这种木墙属性不足的证据。例如，飞利浦报道了用30小时扑灭席卷最初在1819年建成，并在20世纪70年

8、代恢复一洛格霍梅的灭火战斗。火灾后进行的一项调查显示，171年历史的木墙只有外层25mm被烧焦。只是简单的喷砂就恢复了木墙，而内部的墙壁和屋顶的现代框架结构被完全摧毁。 相反于建筑火灾情况，对林火对建筑的攻击标准并不仅限于透热性，完整性和承重能力，还包括燃烧特性及其对环境的直接影响。这些额外的标准被认为是对林火保护活动的宝贵财产。有关测试标准和性能标准，进一步讨论在下面一节。 3方法和标本 这项试验的实验研究涉及几个中等规模的木质组件修建的隔离墙的测试。在AS1530.8中有详细的基本测试程序，测试的八个各种饰面面板标本系列，然而试件尺寸比规定的3 3米小。在每次试验后，试样暴露在指定的热通量

9、热辐射场。较小的样本大小可能有助于建立在试样表面更均匀的辐射热通量分布。试验样品配置的详细说明载于本节以下部分。一对标本的条件概要载于表1。各种表面涂层代表在建筑施工的木墙典型精加工条件。Table 1. Test specimen panels. Specimen #Moisture contentSurface coatingDeck assembly112%NoNo (control run)210%Matador FR clear (intumescent)No39%Primer coat and top whether coatNo48%Feast Watson Woodshield

10、 (oil-based)No510%Quantum (oil-based water-borne)No69%Protim Raincoat UV PlusYes78%Protim Raincoat UV Plus (oilwax based)No88%NoNo林火攻击的特点是，大火穿越风景的速度很快。这种速度在18-20公里/小时常见类型的森林大火在澳大利亚是导致建设农村损失最多的。火焰的巨大正面辐射通常会持续几分钟，伴随着大火向前的脚步和燃料的燃尽是一段时间缓慢的衰退。火势严重程度也受天气条件，如风速，温度和湿度。林火袭击的确切条件难以在实验室中重现。为了评估建筑构件和组件，双方在AS153

11、0. 8的测试过程中采用瞬时上升，逐渐衰变剖面热通量。辐射热通量最大可设定（即，40，29，19或12.5 kW/m2）模拟各种不同层次规定的林火攻击（严重，非常高，高，中）。在测试中点火源是放置来模拟控制点火靠近试样暴露表面。点火源是木秣槽堆积不同尺寸的废墟。有三个火源类：A类为代表的碎片可能是聚集在建筑周围与居家合理的大小水平; B和C秣槽模拟碎片集合，是较大的碎片集合代表在结构没有定期保养。阻力线的森林大火（BRL）是由木秣槽堆分类以及在辐射热通量的峰值时使用。例如BRL公司A40公路转换为林火的阻力位使用A类型木秣槽，峰值40 kW/m2辐射热通量。 峰值40 kW/m2和A类辐射热通

12、量床燃烧中使用了这项研究。辐射热源是1320 1320 6mm气体发电厂CSIRO的北莱德消防设施检测辐射板。AS 1530.8第11.1条规定的样本为400毫米以下，宽400毫米小于辐射板高。小组850毫米宽7怀特赛普里斯日志（910毫米），构建以自然原木为2年的10或以下按标准的12条规定水分含量丰富。水分含量的测定是使用在表面和内部新鲜钻洞是用于安装用于测量辐射热通量型水分测定仪的探头。如在PVC胶带密封，用已知Willflex在凸和凹槽来模拟实际施工。木墙进行了10毫米的螺纹标准杆收紧。这是适用于扭矩模拟正常车顶载荷对现有的木质墙系统。特别是在木质房屋的着火边完成了各种各样的外部措施，

13、两个测试标本作为阻燃产品的成品。试样的面板配置是描绘在图2。其他详情载于表1。在测试运行中的仪器工作条件下，1标本是控制量。8测试标本是一个1的重复。 2试样涂有膨胀型涂料。3标本有两层涂料，丙烯酸底漆（其中有少附着力促进树脂）和腈纶毛条气候大衣。标本6小组，构建了一小部分来模拟装饰板直接接触与木质墙（见图。2）。这个标本是安装在底座上，提供一个平面来平衡配有19毫米厚的木材板。纤维水泥板是用来形成一个没有底板使用的秣槽。 标本安装在一个可移动的手推车上使用两个钢精托架来稳定仪器板。对手推车启用热通量规定调整。矿物纤维毯被用来屏蔽标本的辐射热直至试验开始。实验装置如图3所示。可见事件记录通过附

14、近的辐射热面板和满60分钟的测试数码摄影定位一台摄像机。 K型热电偶被安装在7个位置，包括中心和每个象限的墙后面，当加入木材和暴露于火面如2和图3所示。热电偶磁盘被钉在木材表面，以保持良好的接触。关于墙的接触面装热电偶通过钻沿中心线和矿棉保温。共热通量测量仪是用来加热轮廓。该表是安装沿中心线木材5钻了一个洞，使仪器的端部将与外墙表面齐平。该洞是挤满了矿棉。一个数据记录器（Datataker数据DT800）是用来记录仪和热通量在0.2 Hz或5秒的时间间隔频率的热电偶读数。 威盛秣槽堆燃烧碎片模拟设计符合A类的AS 1530.8火源。这种秣槽类被选为代表碎片预期的积累，为模拟建筑物或邻近建筑物在

15、一个合理的情况下起火作为推荐标准。点火秣槽堆在测试之前先在55 C恒温24小时，而后到空调烤箱中烘烤60-120分钟。使用天然气火炬在每个秣槽堆燃烧30秒总计3分钟。然后将秣槽堆集中在地板上或直接在纤维水泥板窗台对试样一个面热辐射15 S。 标准剖面辐射热在AS 1530.8规定有40 kW/m2高峰流量。由试样板辐射热随着不同的物理标本移动而改变，这些标本安装在一台车上，朝着或者远离辐射热板。仪器面板的辐射热通量随着不同距离而校正，辐射测试仪器分别安装在面板的中央位置和线路上指示要求的小车位置，以获得所需的地板辐射热通量的显著价值。在实验过程中，标本被转移到各种预标记，这样一个标准的辐射剖面

16、热通量近似可以得到，按实线图4显示。据悉，热通量的测量包括对流换热元件。提取后，剩余部分将辐射热通量是更接近规定的标准配置。 表14.3依据AS 1530.8性能标准，并在表2总结。准则第4号的辐射热通量，不能通过仪器直接测量。这一标准的目的是要解决火灾发生时，人们撤离建筑物所需要潜在的时间。 2.5 kW/m2的辐射热通量是在人类皮肤现有限制的基础上，利用相当简单的测试方法即放置一只手拿着仪器在指定位置30秒。对实验数据的整理进行了三个阶段。首先，录像和照片检查要注意对各小组的性能标准性能。第二，温度和热通量数据从数据中提取记录文件，导入到电子表格进行分析并转换为图形表示。最后，小组切片，照

17、相和图像分析用来记录字符的深度。 每个小组的木材行号标记从顶部1至底部7。试验后的四个试样木材沿垂直中心线分隔开，在象限一和象限二。其他小组进行分析，只有沿着垂直中心线切片制成样品，除2这个只是拍摄。每一部分的标记有面板数量，木材数量和易于识别的CL（中线），Q1（象限1）或Q2（象限2）。使用白色背景，每个标本切片木材记录使用高分辨率（2100 1900）数码摄影。 然后利用ImageJ软件测量这些部位烧成炭的深度。4结果 4.1一般观察和耐火评价 标本4测试的一系列照片为重要的场所提供了典型的时间线并可在图5找到。该小组一旦受到高辐射热便立即开始热解。热解或炭化模式有点不平衡由于辐射和对流

18、加热不均匀。由于在辐射面板视图因素的变化，面板上试样的辐射热通量略有分布不均。燃烧的着火源在面板底部强加额外的辐射和对流的热源。在实验的最初阶段，有一个半锥形烟羽在着火源。试样的面板面积揭示了熏黑的半锥形柱足迹，表明着火点在面板上协助表面成炭。 暴露在外部辐射热49秒后，着火点将被点燃。对试样4面板的辐射热显着减少时，施加辐射热通量为40 kW/m2最大减少到24 kW/m2。在辐射热减少的几秒内，有一个明显的燃烧急剧减少。在外加辐射热通量减少196秒到16 kW/m2，持续的木材燃烧就停止了。 196秒后的剩余火焰的不断产生，主要是从木材着火点和墙下面板。这一结果表明，白松木临界热通量，可在

19、16 kW/m2附近形成的炭层。替补的近似临界热通量和入式点火温度。 （1），热响应参数的估计是168千瓦s1/2/m2，这与实验室规模的木材产品得到的数值基本相符。随着外部辐射热通量德衰减，零星的火点留在试样表面，并逐步减少后。辐射热源被关闭约11分钟。在熊熊燃烧的秣槽停止约13分钟。从测试开始经过20分钟样品表面没有燃烧。届时，辐射热通量从木材面板的排放量低，有可能到达并保持距面板250毫米合适距离。 除了样品2和6标本，在其他小组的表现与上面所述的标本4相似。样本2有一个膨胀型涂层处理，有效地保护了面板，并防止炭化和试件表面燃烧。去除外部辐射源后，装饰标本6陷入熊熊燃烧并发光，在试样表面

20、250毫米范围内放出大量的热辐射。对耐火标准的面板进一步分析，在第4.4提出。 观察样本2至8从点燃到自我熄灭的时间列于表3。没有对试样1测试进行控制。试样2没有发生点燃，因为它是有膨胀型涂料的保护。一般来说，燃烧发生在其他所有木质面板暴露在40 kW/m2热辐射中1分钟。燃烧在250秒内熄灭这时对外辐射热通量逐渐减少到16 kW/m2。自熄灭时间在相对小的偏差内相当一致。严重的炭化发生在小组七分之4的试样上。对炭化测量结果列于第4.34.2温度测量 测试样品4的温度监测结果显示在图6。该小组外部表面温度的变化，主要反映了在外部辐射热。它大幅上升至641 C，那么逐渐降低，伴随着如图4的外辐射

21、热降低。在着火点被点燃时（49 s）表面温度读数约为320 C这与有记录的木材点火温度相吻合。温度测量误差估计将低于5。 在未曝光的表面（背面）小组温度升高最初是由周围环境温度的增加引起的，因为标本小组受辐射板温度的影响。暖空气样本充满于周围的面板，这可能导致比在中心象限略高记录温度读数，如图6所示。尽管如此，测量在不同地点的初始温度也会有 5范围内的误差。测得在背面由于在环境温度上升而初始温度上升了约4。当试样从辐射板面移走时，环境温度会降低，因此每个试样的测量温度将会降至低谷。第二个温度上升是由于从正面裸露的一面热渗透通过面板。在60分钟时间，平均增长约6 C。气温上升的不均匀造成的热传导

22、不均匀而这又可能是由于物体材料的分布不均，以及受热不均。 4试样测试温度结果是其他类型的典型代表。4.3炭化 炭化的深度分析对坚实的木质墙壁的表面有更深的理解以及表7显示了典型炭化对秣槽的结果。试样垂直切片小组是在三条线：中心线和两象限线。原来的木材配置文件是标有9个垂直位置对表面的影响。四个小组（标本4，5，7和8）切片和分析。 炭化的分析结果列于表4。每个象限的中心线结果来自所有9个测量中获得对各7原木形成的标本面板。该小组的平均结果是获得了所有象限和中心线剖面分析。这个标本1测试控制运行，没有采取了炭化测量。对标本2和3防止炭化，6的标本检测不满足耐火标准。因此，炭化分析，没有进行这些测

23、试。在字符使用ImageJ深入分析误差是由数字照片分辨率和估计为0.07毫米。 由于摄像技术的应用，对烧焦的深入分析证实，涂层板对防火性能木材有很大影响。所有的涂层是渗透的和含有油和色素，以保护受风化作用的木材。在初始暴露燃烧阶段，以油为基础的保护层会加速炭化。雨衣保护手段在标本7的应用包含一个油和蜡的混合物，似乎会产生更强的燃烧这是由于更深入的炭化引起的。标本8人无涂层，是表4中列出的四个标本最好的。样本的表面涂层描述在表1中。 4.4抗击林火水平评估 木质壁标本进行了评估，对抗林火性能应达到BRL公司A40公路林火阻力一级标准（见表2）。基于上述评估结果摘要载于表3。所有标本中只有标本6条

24、通过标准。在样本6装饰板是一个比其他受到较高水平的辐射热（接近辐射板）木质面板更薄的木材板。熊熊燃烧能够维持在这些炽热的薄板件上更长的时间。因此，标本6未达到表2的标准6由于装饰面板燃烧产生的辐射热量在距离试样250mm高于3 kW/m2。 装饰板与原木材料的相互作用需要引起注意，虽然木材炭化很深接近装饰板，并且开始起火的时间比比试验中木材起火时间要早，而火焰熄灭时间几乎一致（见表3）。这表明，在熊熊燃烧的木材主要是由于外加辐射热造成的，而不是只产生很少热辐射相邻碎片的燃烧引起的。 5讨论与结论 澳大利亚怀特赛普里斯TG木质墙的性能评价会被作为标准测试制度和评估标准。目前的实验工作表明了坚实的

25、木材墙在专为严重林火设置的条件下表现出显著的功效。尽管试点工作是一项试验研究，并可能结合当前的研究发现与发表在文献的个案，表示安装TG的木质墙壁格外抗林火攻击。 目前的试点工作表明，TG的木质墙单独使用，木质墙的熊熊燃烧由于大量短期高强度辐射热源，一旦辐射热减少，火焰就有一种强烈的熄灭趋势。在大火的蔓延和可燃物的燃烧后，怀特赛普里斯木墙可能不会对火焰蔓延到其他组件的房子起到显著的防护作用。不过，在木材墙元素和其他元素的建筑结构相互作用，如屋檐和角集会，需要进一步研究。 在目前的实验工作的条件下，温度测量结果表明，固体木材有非常高的热电阻。外部的温度在600以上，持续10分钟温度超过150以上时

26、，对未曝光侧的温度上升了不到10，这意味着，一个木质墙可以非常有效的屏蔽林火的攻击辐射热来保护生命和财产。 在目前研究对多数墙评估测试通过了相关测试标准，即模拟受严重林火攻击暴露在辐射热和木材着火源。木质墙开始时熊熊燃烧，但在外部辐射热减少时迅速自熄，正如测试标准的规定。炭化原木深度小于百分之4。这样的损坏程度低，可简单地修复和表面采用环保的可再生资源处理。不能低估易恢复破坏的房子结构，尽量考虑减少对环境造成的影响，以及保险成本。 目前研究的成果提供了进一步的证据，表明如果安装正确，木材材料可以达到足够的耐火能力。实木墙在林火时的出色表现是一种应对气候变化的挑战和需要，以减少在城市和农村地区的森林大火排放出严重温室气体并对环境有利的建筑材料。 由于烧焦层提供的保护形式原木木材，炭化可作为预防火灾的攻击防火措施。未来的研究可以被引导到研究发展炭化的木材产品的防火保护技术。