摘 要：為了使A類泡沫滅火劑在臨界膠束濃度（critical micelle concentration，CMC）下具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性，以表現(xiàn)出更好的防滅火性能，將納米二氧化硅與A類泡沫滅火劑相結(jié)合，研制了三相A類抑燃泡沫。利用析液體積與析液速率檢測(cè)三相A類抑燃泡沫的穩(wěn)定性，并將三相A類抑燃泡沫作用于木條以測(cè)試其阻燃效能。結(jié)果表明：三相A類抑燃泡沫的析液體積受納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響；浸有三相A類抑燃泡沫的木條的平均質(zhì)量損失率均低于浸水木條和浸A類滅火泡沫木條；盡管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%的三相A類抑燃泡沫試驗(yàn)組木條的平均質(zhì)量損失率略高于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的試驗(yàn)組木條，但其展現(xiàn)出更強(qiáng)的阻燃效能穩(wěn)定性；浸有三相A類抑燃泡沫的木條的“紅炭現(xiàn)象”較少且火焰輕微，能有效減少木條燃燒后的碳質(zhì)殘余物。加入親水型氣相納米二氧化硅的三相A類抑燃泡沫比A類滅火泡沫，具有更顯著的穩(wěn)定性能和阻燃效能，研究成果可為森林火災(zāi)高效防護(hù)泡沫的研發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：森林防火學(xué)；納米二氧化硅;三相A類抑燃泡沫;析液特性;質(zhì)量損失率;紅炭現(xiàn)象;阻燃效能

中圖分類號(hào)：X932" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" "文章編號(hào)：1008-1534（2024）06-0461-09

Study on stability and flame retardant performance of nano-silica three-phase Class A flame-retardant foam

CHEN Youcheng， DAI Zhangyin， JIANG Zebiao， HUANG Congbao， ZHONG Manyin

（Mining College， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025， China）

Abstract：

In order to make Class A foam fire extinguishing agent have stronger stability at critical micelle concentration （CMC） and show better fire prevention and extinguishing performance， a three-phase Class A flame-retardant foam was developed by combining nano-silica with Class A foam fire extinguishing agent. The stability of three-phase Class A flame-retardant foam was tested by the volume and rate of liquid separation， and the flame-retardant efficiency of the three-phase Class A flame-retardant foam was tested by acting on wood strips. The results show that the liquid separation volume of three-phase Class A flame-retardant foam is affected by the mass fraction of nanoparticles. The average mass loss rate of wood strips soaked with three-phase Class A fire flame-retardant foam is lower than that of soaked wood strips and soaked wood strips with Class A fire flame-retardant foam. Although the average mass loss rate of 2.0% three-phase Class A flame-retardant foam experimental group is slightly higher than that of 2.5% experimental group， 2.0% three-phase Class A flame-retardant foam shows more significant flame-retardant efficiency stability; The \"red carbon phenomenon\" of wood strips soaked with three-phase A flame-retardant foam is less and the flame is slight， which can effectively reduce the carbon residue after wood burning the strips. Compared with Class A fire-extinguishing foam， the three-phase Class A flame-retardant foam added with gas-phase hydrophilic nano-silica has obvious advantages in stability and flame retardant efficiency， and the research results can provide scientific basis for the research and development of high-efficiency forest fire protection foam.

Keywords：

forest fire prevention; nano-silica; three-phase Class A flame-retardant foam; liquid separation characteristics; quality loss rate; red carbon phenomenon; flame retardant efficiency

森林火災(zāi)具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、處置救助較為困難等特點(diǎn)，如不進(jìn)行合理預(yù)防和及時(shí)撲救通常會(huì)演變?yōu)檩^大規(guī)模事故，將給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)不可估量的損失。全球氣候變暖導(dǎo)致森林火災(zāi)頻發(fā)，使森林火災(zāi)的防治問(wèn)題更加突出且艱巨。因此，如何科學(xué)高效地防治森林火災(zāi)，成為當(dāng)前備受人們關(guān)注的問(wèn)題^[1]。滅火劑能有效破壞火災(zāi)事故中的火場(chǎng)燃燒條件，從而撲滅火災(zāi)。使用高效的滅火劑是有效應(yīng)對(duì)森林火災(zāi)的關(guān)鍵。在撲救森林火災(zāi)時(shí)，穩(wěn)定性較好的泡沫滅火劑能夠長(zhǎng)時(shí)間附著在樹木、植被等燃燒物表面，持續(xù)發(fā)揮隔熱和隔絕空氣的作用。然而，穩(wěn)定性較差的泡沫滅火劑在幾分鐘甚至幾秒鐘內(nèi)就破裂消失，火焰難以被徹底撲滅，容易造成火勢(shì)蔓延，極大地降低了森林火災(zāi)的撲救效率和成功率。

A類泡沫滅火劑適用于森林火災(zāi)^[2]，由A類泡沫原液與水混合后形成。A類泡沫原液配方中含有表面活性劑，在1.0%（體積分?jǐn)?shù)）的A類泡沫滅火劑中，表面活性劑的濃度已達(dá)到臨界膠束濃度（critical micelle concentration，CMC），僅僅增加泡沫原液濃度無(wú)法有效提升泡沫的穩(wěn)定性^[3]。納米顆粒相比一般顆粒具有更大的吸附表面，因此可用作A類泡沫滅火劑的穩(wěn)定劑。將納米顆粒與A類泡沫原液相結(jié)合，形成同時(shí)包含固、液、氣3種形態(tài)的泡沫，也被稱為三相泡沫^[4]。在三相泡沫中，納米顆粒與表面活性劑之間存在協(xié)同作用，有助于提高泡沫的穩(wěn)定性^[5]。此外，納米顆粒對(duì)泡沫的熱輻射吸收和散射能力產(chǎn)生積極影響^[6]，不僅增加了泡沫的吸熱表面積，還提高了其散熱能力，從而改善了泡沫整體的隔熱性能^[7]。由于抗燒性是體現(xiàn)泡沫穩(wěn)定性和隔熱性的綜合指標(biāo)，因此泡沫的抗燒性也被增強(qiáng)^[8]。

已有研究學(xué)者利用納米顆粒材料制備出不同類型的三相泡沫，為抑制火災(zāi)提供了多樣化的可能性。周日峰等^[9]使用微米級(jí)空心玻璃珠與兩性離子型水成膜泡沫制得三相泡沫，隨著顆粒濃度和水成膜泡

沫滅火劑（AFFF）原液濃度的增加，三相泡沫的穩(wěn)定性也隨之提升。邊云朋等^[10]以十二烷基硫酸鈉（SDS）為主體，加入納米氫氧化鋁制得三相泡沫，可以有效縮短煤炭燃燒時(shí)間，減少煙氣及有毒有害氣體的產(chǎn)生。LI等^[11]將玄武巖改性制得玄武巖三相泡沫，其析液半衰期高出兩相泡沫4倍以上。WANG等^[12]制備的三相納米二氧化硅無(wú)氟泡沫與AFFF相比具有更為卓越的抗燒性能。

雖然現(xiàn)有研究探討了不同顆粒材料對(duì)泡沫性能的影響，但在文獻(xiàn)和工程應(yīng)用中尚無(wú)關(guān)于三相A類抑燃泡沫的研究成果，且現(xiàn)有研究大多集中在煤礦或油盤火災(zāi)場(chǎng)景，對(duì)用于木材火災(zāi)的三相泡沫研究并不充分。因此，本文基于A類泡沫滅火劑和納米二氧化硅研制了三相A類抑燃泡沫，探究不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米二氧化硅對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響以及該泡沫在木條阻燃試驗(yàn)中的效果，以驗(yàn)證其在森林火災(zāi)防控中的應(yīng)用價(jià)值，為防火材料研究提供參考。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)材料

選用西南地區(qū)常見樹木云南松作為燃燒木材。云南松易分泌樹脂，容易燃燒^[13]，可確保三相A類抑燃泡沫應(yīng)用于其他樹木時(shí)同樣有效。

A類泡沫原液（小盾消防科技有限公司提供）通常與水以一定體積比進(jìn)行混合，形成體積分?jǐn)?shù)為0.1%～1.0%的A類泡沫溶液^[14]，其中最佳稀釋體積比為1∶99，即體積分?jǐn)?shù)為1.0%。當(dāng)A類泡沫溶液的體積分?jǐn)?shù)超過(guò)此值時(shí)，溶液表面達(dá)到飽和吸附狀態(tài)，無(wú)法容納更多的表面活性劑分子，即使增加A類泡沫原液濃度也不會(huì)改變泡沫的表面張力。試驗(yàn)用A類泡沫滅火劑為自制，理化性質(zhì)如表1所示。

對(duì)照《A類泡沫滅火劑》（GB 27897—2011）^[15]的規(guī)定可知，自配的A類泡沫滅火劑無(wú)腐蝕性和毒性，各項(xiàng)參數(shù)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

試驗(yàn)所用納米顆粒選用親水型氣相納米二氧化硅（HL-200，匯富納米材料股份有限公司提供）。它是通過(guò)氯硅烷與氧氣以及氫氣經(jīng)高溫水解制備而成，反應(yīng)式為SiCl4+2H2+O2=SiO2+4HCl。納米二氧化硅顆粒為近球形，其粒徑約為14 nm，具有多孔性、無(wú)污染、耐高溫等特性^[16]。由于硅羥基在二氧化硅表面形成了一層活性羥基，使得納米二氧化硅表面具有良好的親水性和溶解性，其理化性質(zhì)如表2所示。利用掃描電子顯微鏡（SEM，Sigma 300，蔡司公司提供）掃描納米二氧化硅，其表面形貌特征如圖1所示。

1.2 泡沫制備裝置

泡沫是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)，重力引起的泡沫排水和泡沫薄膜破裂導(dǎo)致的泡沫粗化是泡沫破壞的2個(gè)主要過(guò)程，以此可以評(píng)估泡沫的穩(wěn)定性。本文采用雙注射器發(fā)泡技術(shù)制備泡沫，裝置如圖2所示。

由圖可知，裝置由2個(gè)體積分別為60 mL的注射器（滄州龍之驛塑業(yè)有限公司提供）以及連接它們的膠管組成。每次試驗(yàn)，空氣和懸濁液的體積分別為40 mL和20 mL。該技術(shù)可以制備出初始體積一致、氣泡分布高度可重現(xiàn)的泡沫。

將A類泡沫原液與蒸餾水按照體積比1∶99混合倒入燒杯中，攪拌5 min，使二者完全混合，得到體積分?jǐn)?shù)為1.0%的A類泡沫溶液。稱取溶液質(zhì)量，將相應(yīng)質(zhì)量的納米二氧化硅顆粒加入溶液，使用磁力攪拌器（LC-MSB-D，力辰有限公司提供）攪拌均勻，呈懸濁液狀態(tài)。用注射器吸取20 mL懸濁液，將其與另一支吸取40 mL空氣的注射器通過(guò)膠管連接，反復(fù)推動(dòng)注射器30次后，分開連接的注射器。至此，泡沫制備完成。

1.3 阻燃試驗(yàn)裝置

阻燃試驗(yàn)裝置示意圖如圖3所示。

阻燃試驗(yàn)裝置主要包括：防火板（200 mm×100 mm×10 m），阿曼達(dá)公司提供；電子天平（BSA224S），賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司提供；置木架（不銹鋼材質(zhì)），自制；噴火槍（便攜式），那天戶外用品有限公司提供；攝像機(jī)（SX40），佳能公司提供；鼓風(fēng)干燥箱（WS-M110L），長(zhǎng)沙遠(yuǎn)光瑞翔科技有限公司提供。防火板上方的2個(gè)置木架用來(lái)放置松木條，噴火槍的槍口離置木架80 mm，固定火槍旋鈕，使火焰大小恒定。為了防止風(fēng)的影響，試驗(yàn)在一個(gè)封閉的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。

2 試驗(yàn)方案

2.1 析液試驗(yàn)

將“1.2”項(xiàng)中含有泡沫的注射器倒置，用攝像機(jī)記錄泡沫析液過(guò)程^[17]，得到泡沫析液體積，利用式（1）計(jì)算泡沫的析液速率。

g析=v析/t析，（1）

式中：g析為泡沫的析液速率，mL/min；v析為泡沫的析液體積，mL；t析為泡沫的析液時(shí)間，min。

泡沫的析液時(shí)間是評(píng)估泡沫滅火劑性能的重要指標(biāo)之一。中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《泡沫滅火劑》（GB 15308—2006）^[18]規(guī)定用25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）和50%的泡沫析液時(shí)間作為滅火劑穩(wěn)定性的評(píng)估指標(biāo)。泡沫的析液體積和析液速率均與其穩(wěn)定性密切相關(guān)，析液體積可以直接體現(xiàn)泡沫保持其液體含量的能力，而析液速率則描述了泡沫中液體流失的速度，析液速率越低，表明泡沫的穩(wěn)定性越高，泡沫結(jié)構(gòu)抵抗外界破壞（如溫度變化、機(jī)械振動(dòng)）的能力越強(qiáng)。因此，本文用析液時(shí)間為20 min時(shí)的泡沫析液體積與析液速率檢驗(yàn)三相A類抑燃泡沫的穩(wěn)定性。

本次試驗(yàn)在室內(nèi)常溫下進(jìn)行，制得體積分?jǐn)?shù)為1.0%的A類泡沫溶液，并通過(guò)改變納米二氧化硅的添加量，使三相A類抑燃泡沫溶液中的納米二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（下同）分別為0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，以此來(lái)考察三相A類抑燃泡沫穩(wěn)定性與納米二氧化硅添加量的關(guān)系。用攝像機(jī)每30 s記錄一次泡沫排水過(guò)程，得到不同泡沫溶液的排水量。每組試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次，觀察和記錄不同納米二氧化硅濃度泡沫的排水過(guò)程。獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，以穩(wěn)定并連續(xù)的3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，析液試驗(yàn)流程如圖4所示。

2.2 阻燃效能試驗(yàn)

為了準(zhǔn)確量化滅火劑性能，并且方便與其他類型滅火劑進(jìn)行比較，本文采用質(zhì)量損失率評(píng)估滅火劑的抑制效果。通常質(zhì)量損失率越小表明滅火劑對(duì)燃燒過(guò)程的抑制效果越顯著。

首先，將松木制成100 mm×10 mm×10 mm的松木條，放入鼓風(fēng)干燥箱于80 ℃烘干10 h，以保證木條中的水分被完全排出；其次，將木條放置在滅火劑溶液（圖5中簡(jiǎn)稱溶液）中浸泡15 min，取出后自然放置24 h，再用電子天平稱取木條質(zhì)量，記為m1；然后，將木條置于置木架，用噴火槍燃燒木條180 s后，再次稱取木條質(zhì)量，記為m2；最后，按照式（2）計(jì)算木條燃燒的質(zhì)量損失率。

F=m1-m2m1×100%，（2）

式中：F為質(zhì)量損失率，%；m1為木條燃燒前的質(zhì)量，g；m2為木條燃燒后的質(zhì)量，g。阻燃效能試驗(yàn)流程如圖5所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

3.1 泡沫穩(wěn)定性分析

3.1.1 析液體積

圖6顯示了A類滅火泡沫與三相A類抑燃泡沫在0 min與20 min時(shí)析液體積的變化。A類滅火泡沫析液體積為16.72 mL，分別含有0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%納米二氧化硅的三相A類抑燃泡沫（以下分別簡(jiǎn)稱為0.5%三相A類抑燃泡沫、1.0%三相A類抑燃泡沫、1.5%三相A類抑燃泡沫、2.0%三相A類抑燃泡沫、2.5%三相A類抑燃泡沫）的析液體積分別為11.68，12.16，12.93，11.25，10.99 mL。由此可知：三相A類抑燃泡沫的析液體積遠(yuǎn)低于A類滅火泡沫，這說(shuō)明三相A類抑燃泡沫具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性；三相A類抑燃泡沫的析液體積隨著納米二氧化硅含量的增加先上升后下降，分析后發(fā)現(xiàn)納米二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1.5%的三相A類抑燃泡沫隨著納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加會(huì)增大排水量，而高于1.5%的三相A類抑燃泡沫因納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加會(huì)減少排水量，這說(shuō)明納米二氧化硅顆粒的加入顯著提升了泡沫的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性的提升主要?dú)w功于納米二氧化硅顆粒在泡沫表面的吸附作用，它不僅增加了泡沫層的厚度，而且顯著增加了泡沫液膜的彈性。彈性的提高有效降低了液膜間的相互碰撞，從而對(duì)泡沫結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生了正面影響^[19]。然而，當(dāng)納米二氧化硅的添加量為0.5%～1.5%時(shí)，泡沫的穩(wěn)定性會(huì)因固體顆粒的重力作用而降低，導(dǎo)致析液體積的增加。此外，納米二氧化硅添加量大于1.5%時(shí)，納米顆粒容易形成團(tuán)聚體，這些團(tuán)聚體能夠包裹泡沫中的液體，減少液體的析出，從而在一定程度上抵消了穩(wěn)定性的下降^[20-21]。

圖7顯示了A類滅火泡沫與三相A類抑燃泡沫的析液體積隨析液時(shí)間的變化情況。A類滅火泡沫和三相A類抑燃泡沫的析液體積整體上均呈上升趨勢(shì)，并且上升階段的析液體積變化幅度較大，平緩階段的變化幅度較小。由圖7可知，A類滅火泡沫的析液體積在上升階段初期與0.5%三相A類抑燃泡沫相近，其余時(shí)刻都明顯大于三相A類抑燃泡沫，這表明三相A類抑燃泡沫較A類滅火泡沫具有更優(yōu)越的穩(wěn)定性。

三相A類抑燃泡沫中納米二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～1.0%時(shí)，納米二氧化硅加速了泡沫的析液過(guò)程，并隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，析液體積也隨之增加。雖然0.5%三相A類抑燃泡沫在上升階段相較于其他三相A類抑燃泡沫的析液

體積最大，但它在20 min時(shí)的析液體積卻比1.0%三相A類抑燃泡沫和1.5%三相A類抑燃泡沫小。這表明三相A類抑燃泡沫的初期穩(wěn)定性最低，隨著時(shí)間的推移其穩(wěn)定性逐漸提升，納米顆粒的吸附作用雖能增強(qiáng)泡沫液膜的彈性，但因?yàn)榧{米顆粒數(shù)量較少，泡沫結(jié)構(gòu)不完善，導(dǎo)致析液速度較快。這種快速析液現(xiàn)象是由于泡沫結(jié)構(gòu)脆弱，而非穩(wěn)定性低。當(dāng)納米二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至1.5%時(shí)，適量的納米顆粒促進(jìn)了泡沫結(jié)構(gòu)的完整性，在此濃度下泡沫穩(wěn)定性得到改善，但析液體積因沉降作用而增大。當(dāng)納米二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2.0%和2.5%時(shí)，過(guò)量的納米顆粒形成團(tuán)聚體，降低了析液速率，減小了析液體積，但由于它們干擾了泡沫結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致泡沫穩(wěn)定性減弱。

3.1.2 析液速率

圖8展示了A類滅火泡沫與三相A類抑燃泡沫的析液速率隨析液時(shí)間的變化情況。從圖中可以看出，除0.5%三相A類抑燃泡沫的析液速率在不穩(wěn)定區(qū)的開始階段高于A類滅火泡沫之外，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%三相A類抑燃泡沫的析液速率全程都低于A類滅火泡沫。A類滅火泡沫和0.5%，1.0%，2.5%三相A類抑燃泡沫的析液速率在不穩(wěn)定區(qū)起伏較劇烈；而1.5%，2.0%三相A類抑燃泡沫在不穩(wěn)定區(qū)的析液速率雖有波動(dòng)，但整體較穩(wěn)定。2.0%三相A類抑燃泡沫較1.5%三相A類抑燃泡沫在不穩(wěn)定區(qū)的析液速率變化相對(duì)平緩，且整體保持平穩(wěn)。對(duì)比2.0%三相A類抑燃泡沫與2.5%三相A類抑燃泡沫的析液速率曲線可發(fā)現(xiàn)，后者的析液速率在不穩(wěn)定區(qū)出現(xiàn)了明顯波動(dòng)，速率極差較大。相比之下，2.0%三相A類抑燃泡沫在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中表現(xiàn)出更為穩(wěn)定的析液速率，速率極差較小。綜合不同泡沫析液體積和析液速率的表現(xiàn)，可知2.0%三相A類抑燃泡沫具有更穩(wěn)定的阻燃效能。

3.2 阻燃效能分析

鑒于2.0%三相A類抑燃泡沫在析液速率上表現(xiàn)更穩(wěn)定，而2.5%三相A類抑燃泡沫的析液體積較小，本文進(jìn)一步對(duì)比這2種泡沫的阻燃效能。首先，將4段松木條烘干，排除水分，再分別放入4個(gè)燒杯中浸泡。這4個(gè)燒杯中分別盛有水、A類滅火泡沫、2.0%三相A類抑燃泡沫、2.5%三相A類抑燃泡沫，依次記為水試驗(yàn)組、A類滅火泡沫試驗(yàn)組、2.0%三相A類抑燃泡沫試驗(yàn)組、2.5%三相A類抑燃泡沫試驗(yàn)組。按照“2.2”項(xiàng)進(jìn)行阻燃效能試驗(yàn)，并記錄m1和m2。最后，計(jì)算松木條的質(zhì)量損失率F。通過(guò)觀察停止外部火焰時(shí)松木條的燃燒狀態(tài)及其冷卻后殘余的白色部分，分析不同試驗(yàn)組松木條的阻燃效能。木條在燃燒初期會(huì)釋放大部分水分和揮發(fā)性物質(zhì)^[22]，殘留的白色部分代表了木條在熱解反應(yīng)且失去揮發(fā)性物質(zhì)后所剩下的碳質(zhì)殘余物。碳質(zhì)殘余物越多，表明木條燃燒失去的物質(zhì)越多，其阻燃效能也越弱。

4個(gè)試驗(yàn)組的松木條燃燒后的質(zhì)量損失率如表3所示。水試驗(yàn)組松木條在3次試驗(yàn)中有2次燃燒時(shí)間未達(dá)到180 s就已坍塌，未能完成試驗(yàn)，不計(jì)入試驗(yàn)數(shù)據(jù)之中。由表3可知：2.0%三相A類抑燃泡沫試驗(yàn)組松木條的平均質(zhì)量損失率為31.36%，2.5%三相A類抑燃泡沫試驗(yàn)組松木條的平均質(zhì)量損失率為30.60%；A類滅火泡沫試驗(yàn)組松木條的平均質(zhì)量損失率為38.61%；而水試驗(yàn)組松木條的平均質(zhì)量損失率達(dá)43.04%。在4組試驗(yàn)中，水試驗(yàn)組松木條的平均質(zhì)量損失率高于其他滅火劑試驗(yàn)組，且只有一次試驗(yàn)成功，此現(xiàn)象表明水的阻燃效能相比其他3組滅火劑最差。A類滅火泡沫組松木條的平均質(zhì)量損失率高于2個(gè)三相A類抑燃泡沫試驗(yàn)組，說(shuō)明三相A類抑燃泡沫的阻燃效能比A類滅火泡沫更好。2.0%三相A類抑燃泡沫試驗(yàn)組松木條的平均質(zhì)量損失率比2.5%三相A類抑燃泡沫試驗(yàn)組松木條高0.76個(gè)百分點(diǎn)，但2.0%三相A類抑燃泡沫試驗(yàn)組松木條質(zhì)量損失率的方差為0.31，2.5%三相A類抑燃泡沫試驗(yàn)組松木條質(zhì)量損失率的方差為1.42，表明2.0%三相A類抑燃泡沫的穩(wěn)定性更高。在實(shí)際火災(zāi)場(chǎng)景中，2.0%三相A類抑燃泡沫將具有更高的應(yīng)用價(jià)值，更符合火災(zāi)防控對(duì)滅火劑穩(wěn)定性的嚴(yán)格要求。

當(dāng)木條燃燒時(shí)，木質(zhì)纖維和有機(jī)物質(zhì)在高溫下熱解，釋放可燃?xì)怏w并留下木炭^[23]。即便明火熄滅，木炭中仍留存燃燒產(chǎn)生的高溫，使其持續(xù)氧化。木炭富含碳元素，在高溫下氧化會(huì)產(chǎn)生“紅炭現(xiàn)象”，即木炭在高溫下與氧氣反應(yīng)形成紅色余燼，這種現(xiàn)象并非木炭燃燒，而是高溫氧化反應(yīng)所致。圖9表示停止外部火源時(shí)不同試驗(yàn)組松木條的燃燒狀態(tài)。由圖可知，不同試驗(yàn)組松木條的燃燒殘留狀態(tài)及熱量釋放程度差異顯著。水試驗(yàn)組和A類滅火泡沫試驗(yàn)組的松木條都有明顯的“紅炭現(xiàn)象”且伴有顯著火焰；2.5%三相A類抑燃泡沫試驗(yàn)組松木條的“紅炭現(xiàn)象”不明顯，僅伴有輕微火焰。這表明用2.5%三相A類抑燃泡沫浸泡過(guò)的松木條較水試驗(yàn)組和A類滅火泡沫試驗(yàn)組的松木條具有更好的阻燃能力。

圖10為不同試驗(yàn)組松木條冷卻后的外觀形態(tài)。如圖所示：水試驗(yàn)組的松木條在3次試驗(yàn)中僅有一次未坍塌；相比之下，A類滅火泡沫試驗(yàn)組和2.5%三相A類抑燃泡沫試驗(yàn)組的松木條在試驗(yàn)中均未發(fā)生坍塌，都表現(xiàn)出了較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。木條燃燒過(guò)程中質(zhì)量減少，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，使更多木質(zhì)暴露在火焰中，從而增加了碳質(zhì)殘余物的形成。由圖10可知：水試驗(yàn)組的松木條有最多的碳質(zhì)殘余物；其次是A類滅火泡沫試驗(yàn)組的松木條；而2.5%三相A類抑燃泡沫試驗(yàn)組松木條的碳質(zhì)殘余物最少。這表明三相A類抑燃泡沫試驗(yàn)組的松木條比A類滅火泡沫試驗(yàn)組的松木條擁有更為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出最佳的阻燃效能。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)泡沫析液試驗(yàn)和木條阻燃效能試驗(yàn)，考察了A類滅火泡沫及不同納米二氧化硅含量的三相A類抑燃泡沫的析液體積與析液速率，系統(tǒng)分析了納米二氧化硅添加量對(duì)三相A類抑燃泡沫穩(wěn)定性的影響，并驗(yàn)證了三相A類抑燃泡沫具有更強(qiáng)的阻燃效能。具體結(jié)論如下。

1）納米二氧化硅的添加量會(huì)影響三相A類抑燃泡沫的析液體積，納米二氧化硅顆粒的加入顯著提升了泡沫的穩(wěn)定性。

2）三相A類抑燃泡沫較A類滅火泡沫的析液速率更小，泡沫穩(wěn)定性更好。

3）三相A類抑燃泡沫能有效保護(hù)木條結(jié)構(gòu)的完整性，降低木條的平均質(zhì)量損失率；并能夠有效控制燃燒過(guò)程，使木條燃燒時(shí)無(wú)明顯“紅炭現(xiàn)象”且火焰微弱，冷卻后的碳質(zhì)殘余物也很少；三相A類抑燃泡沫較水和A類滅火泡沫具有更好的阻燃效能。

本文研究成果為森林火災(zāi)防護(hù)提供了高效、環(huán)保的技術(shù)方案，可幫助新型防護(hù)材料的研發(fā)和應(yīng)用。但是仍存在一定的局限性，主要在于尚未充分驗(yàn)證三相A類抑燃泡沫在不同環(huán)境和燃燒條件下的適應(yīng)性。因此，在未來(lái)研究工作中，需重點(diǎn)考察三相A類抑燃泡沫在極端條件下的性能表現(xiàn)，并收集更多的實(shí)際火災(zāi)案例以驗(yàn)證其應(yīng)用效果。此外，將探索泡沫成分的可持續(xù)性，確保防火效率的同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的不利影響。

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責(zé)任編輯：王海云

基金項(xiàng)目：貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目（黔科合支撐[2022]一般250）；貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目（黔科合支撐[2021]一般520）

第一作者簡(jiǎn)介：陳有成（1999—），男，苗族，貴州六盤水人，碩士研究生，主要從事防滅森林火災(zāi)方面的研究。

通信作者：代張音副教授。E-mail：zydai1@gzu.edu.cn

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