Badanie wpływu podwyższonej temperatury na wytrzymałość na ściskanie drewna sosnowego impregnowanego środkiem ogniochronnym zawierającym SiO₂

• Autorzy: Ogrodnik P. , Pieniak D. , Krzyżak A. , Walczak A.

Warianty tytułu

EN

Study on the Influence of High Temperatures on The Compressive Strength of Pine Timber Treated With the Flame Retardant Containing SiO₂

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Cel: Celem artykułu było zaprezentowanie wyników badań doświadczalnych wpływu podwyższonej temperatury na wytrzymałość przy ściskaniu drewna sosnowego impregnowanego środkiem ogniochronnym zawierającym nanocząstki SiO₂. Obecnie impregnaty tego typu są coraz częściej stosowane do zabezpieczenia elementów drewnianych. Metody: Próbki sosnowe do badań wytrzymałościowych, o wymiarach 40×40×60mm, zostały podzielone na dwie grupy. Część próbek została poddana impregnacji środkiem ognioochronnym, wodną dyspersją nanocząstek SiO₂ o rozmiarach 10-20 nm. Próbki zanurzone w zawiesinie umieszczono w komorze próżniowej na czas 20 min, stosując podciśnienie rzędu (0,7 atm). Następnie próbki impregnowane i nieimpregnowane przetrzymywano przez 10 dni w temperaturze pokojowej. Mikroskopem SEM wykonano zdjęcia impregnowanych i nieimpregnowanych próbek. Przed przystąpieniem do badań wytrzymałościowych próbki zostały poddane obróbce termicznej. Podstawowym urządzeniem na stanowisku do wygrzewania próbek był średniotemperaturowy piec komorowy typu PK 1100/5. Regulowanie pracą pieca odbywało się przy użyciu sterownika programator PSP 1 wraz z komputerem pomiarowym i oprogramowaniem ThermoPro. Próbki były wygrzewane w piecu komorowym aż do osiągnięcia temperatury 250ºC, przetrzymane w zaplanowanej temperaturze przez 10 lub 20 minut, a następnie schładzane do temperatury otoczenia. Badania wytrzymałościowe przeprowadzono na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej Zwick/Roell Z100, badania realizowano ze stałą prędkością przesuwu trawersy wynoszącą 2 mm/min. Wyniki: Przedstawione wyniki badania są ściśle związane z bezpieczeństwem konstrukcji drewnianych poddanych oddziaływaniu podwyższonej temperatury, a także z możliwością stosowania nowoczesnych preparatów ogniochronnych zawierających nanocząstki. W wyniku przeprowadzonych badań można stwierdzić, że szybka dekohezja struktury drewna w warunkach oddziaływania podwyższonych temperatur następuje w zakresie od 220 do 250ºC. Proces degradacji struktury drewna najszybciej postępuje w warstwie wierzchniej, przyczynia się do tego m.in. wysoka izolacyjność cieplna drewna. Wpływ impregnacji środkiem ogniochronnym na bazie krzemionki na wytrzymałość doraźną drewna przy ściskaniu jest jednoznaczny. Obserwowano wyższą wytrzymałość drewna nieimpregnowanego we wszystkich przedziałach temperatur. Wnioski: Impregnacja wodną dyspersją cząstek SiO₂ w nieznacznym stopniu pogarsza wytrzymałość na ściskanie drewna. Podsumowując, należy stwierdzić, że impregnacja środkiem ogniochronnym na bazie SiO₂ pogarsza właściwości wytrzymałościowe w warunkach drewna pracującego na ściskanie. W badaniach nie wykazano korzystnego wpływu impregnacji na wytrzymałość drewna przy ściskaniu po ekspozycji w podwyższonych temperaturach.

EN

Objective: The aim of the article was to present the results of a study on the influence of high temperatures on the compressive strength of pine timber treated with the flame retardant containing SiO₂ particles. Nowadays, this type of retardant is used more and more frequently for the purposes of wooden elements protection. Methods: Samples for strength investigations with dimensions of 40x40x60 mm³ were divided into two groups. Some of the samples were impregnated with the use of the method of aqueous dispersion of SiO₂ nanoparticles in 10-20 nm range. Samples were immersed in the liquid and placed in a vacuum chamber for 20 min. at about 0.7 atm. Then, the impregnated and non-impregnated samples were stored for 10 days at room temperature. The impregnated and non-impregnated samples were photographed with the use of SEM microscope. Before the strength tests, the samples were heated. The main instrument of the heating test equipment used to heat the samples was an average-temperature chamber furnace – type PK 1100/5. The temperature in the furnace was controlled by PSP 1 programmer together with a measuring computer and ThermoPro software. The samples were heated up to 250ºC and stored in such temperature for 10 or 20 minutes. Afterwards, the samples were cooled down to the room temperature. Strength tests have been conducted with the use of Zwick/Roell Z100 universal testing machine with crosshead speed of 2 mm/min. Results: The research subject is closely related to the safety of wood constructions under high temperatures as well as the possibility of the usage of modern flame retardants containing nanoparticles. Based on the conducted studies, it may be said that the fast degradation of wood structure occurs in the temperature range from 220 oC to 250ºC. Degradation process of wood is faster in the top layer than in lower layers due to e.g. high thermal insulation of wood. Timber treatment with silica-based fire retardants has a significant impact on compressive strength. In each temperature interval the strength of non-treated timber has been higher than in case of treated timber. Conclusion: Treatment with the aqueous dispersion of SiO₂ particles influences on the decrease of compressive strength of timber. To sum up, it should be stated that treatment with silica-based flame retardants has negative influence on the strength of wood under compression. The presented studies do not show positive influence of flame retardant treatment on compressive strength of timber after high temperatures exposure.

Słowa kluczowe

PL

drewno sosnowe; wytrzymałość; impregnacja ogniochronna

EN

pine timber; strength; flame retardant

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2014
• Tom: Nr 3
• Strony: 115--122
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., il.

Twórcy

autor

Ogrodnik P.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej, 01-629 Warszawa ul. Słowackiego 52/54

autor

Pieniak D.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej, 01-629 Warszawa ul. Słowackiego 52/54

autor

Krzyżak A.

• Wyższa Szkoła Ekonomii i Innowacji w Lublinie, 20-209 Lublin, ul. Projektowa 4

autor

Walczak A.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej, 01-629 Warszawa ul. Słowackiego 52/54

Bibliografia

• 1. Gunduz G., Aydemir D., Karakas G., The effects of thermal treatment on the mechanical properties of wild Pear (Pyruselaeagnifolia Pall.) wood and changes in physical properties, “Materials and Design” Vol. 30, 2009, pp. 4391-4395.
• 2. Korkut S., Akgul M., Dundar T, The efects of heat treatment on some technological properties of Scots pine (Pinussylvestris L.) wood, “Bioresource Technology” Vol. 99, 2008, pp. 1861-1868.
• 3. Bednarek Z., Kaliszuk-Wietecka A., Analysis of the fireprotection impregnation influence on wood strendht, “Journal of Civil Engineering and Management” Vol. 13 Issue 2, 2007, pp. 79-85.
• 4. Bednarek Z., Ogrodnik P., Pieniak D., Wytrzymałość na zginanie i niezawodność kompozytu drewnianego LVL w warunkach podwyższonych temperatur, „Zeszyty Naukowe SGSP”, Issue 40, 2010.
• 5. Oszust M., Pieniak D., Ogrodnik P., Dec L., Badanie spadku wytrzymałości drewna świerkowego modyfikowanego termicznie w warunkach temperatur pożarowychm, „Drewno” Vol. 54, 2011, pp. 97-108.
• 6. Pieniak D., Ogrodnik P., Oszust M., Niewczas A., Badania wytrzymałości w podwyższonych temperaturach materiałów drewnopochodnych stosowanych w mostownictwie, Rozdział w monografii wydanej przez Politechnikę Lubelską 2012, 88-116.
• 7. Nagrodzka M., Małozięć D., Impregnacja drewna środkami ogniochronnymi. BiTP Vol. 23 Issue 3, 2011, pp. 68-76
• 8. Fengel D., Wegener G., Wood chemistry, ultrastructure, reactions, Berlin, Walter de Gruyter, 1989.
• 9. Mazela B., Zakrzewski R., Grześkowiak W., Cofta G., Bartkowiak M., Resistance of thermally modified wood to basidiomycetes, „Wood Technology” Vol. 7, 2004, pp. 253-262.
• 10. Kartal S.N., Hwang W.J., Imamura Y., Combined effect of boron compounds and heat treatments on wood properties: Chemical and strength properties of wood, “Journal of Materials Processing Technology” Vol. 198, 2008, pp. 234-240.
• 11. Obataya E, Tanaka F, Norimoto M, Tomita B., Hygroscopicity of heat-treated wood 1. Effects of after-treatments on the hygroscopicity of heat-treated wood, “Journal of Wood Science” Vol. 46, 2000, pp. 77-87.
• 12. Gunduz G., Aydemir D., Karakas G., The effects of thermal treatment on the mechanical properties of wild Pear (Pyrus elaeagnifolia Pall.) wood and changes in physical properties, “Materials and Design” Vol. 30, 2009, pp. 4391-4395.
• 13. Korkut S., Akgul M., Dundar T., The effects of heat treatment on some technological properties of Scots pine (Pinus sylvestris L.) wood, “Bioresource Technology” Vol. 99, 2008, pp. 1861-1868.