Методика установления очага пожара

Учебные вопросы:
1. Характер изменений, происходящих с искусственными каменными материалами при термическом воздействии.
2. Визуальные признаки термических поражений искусственных каменных строительных материалов.
3. Инструментальные методы и средства, применяемые для исследования после пожара искусственных каменных строительных материалов.
4. Фиксация остаточных температурных зон на теплоемких конструкциях в пожарно-технической экспертизе.

Основная литература
Расследование пожаров: Учебник / В.С. Артамонов, В.П. Белобратова, Ю.Н. Бельшина и др. Под ред. Г.Н. Кирилова, М.А. Галишева, С.А. Кондратьева. СПб.: СПб Университет ГПС МЧС России, 2007. 544 с.
Дополнительная литература
Расследование пожаров. Методические рекомендации по изучению дисциплины. /Под ред. В.С. Артамонова. СПб.: СПб институт ГПС МЧС России, 2004. 140 с.
Осмотр места пожара: Методическое пособие /И.Д. Чешко, Н.В. Юн, В.Г. Плотников и др. –М.: ВНИИПО, 2004. -503 с.
Нормативно-правовые документы
Уголовный кодекс Российской Федерации. Издание официальное.
Уголовно-процессуальный кодекс Российской Федерации. Издание официальное.

1. Характер изменений, происходящих с искусственными каменными материалами при термическом воздействии.

красный кирпич (применяется для кладки наружных и внутренних стен и фундаментов)
кровельная черепица (применяется для кладки крыш жилых и производственных помещений)
плитка кафельная (применяется для облицовки стен, полов и перегородок внутри помещений)
тонкая керамика (различные изделия хозяйственно-бытового назначения)
огнеупоры (применяются для футеровки промышленных и бытовых печей)
стекла, шлакостекла, петростекла

Материалы, прошедшие высокотемпературную обработку, при вторичном нагреве в ходе пожара практически не меняют своего состава, структуры, свойств и после пожара экспертно-криминалистическому исследованию не подлежат

воздушные вяжущие материалы - гипс, известь (способны после смешивания с водой затвердевать и сохранять довольно долго свою прочность на воздухе)
гидравлические вяжущие материалы –цементы (при смешивании с водой застывают на воздухе и сохраняют свою прочность на воздухе и в воде)
силикатный кирпич, газосиликат, пеносиликат (изготавливаются из смеси негашеной извести и кварцевого песка).

Материалы, изготовленные с использованием невысоких температур (не выше температуры перегретого пара) могут быть объектами пожарно-технической экспертизы.

Цементы - вещества, которые совместно с песком образуют раствор, затвердевающий при взаимодействии с водой
Основные компоненты цементного клинкера:
силикат кальция 3СаО*SiO2 (40-60%)
2СаО*SiO2 (15-35%)
алюминат кальция 3СаО*Аl2O3 (5-15%)
алюмоферрит кальция 4СаО*Аl2O3*Fe2O3 (10-15%)

Затвердевание цемента при смешивании с водой происходит в результате гидратации, с образованием кристаллических:
гидроокиси кальция Са(ОН)2
гидроалюмината кальция
гидроферрита кальция.
силикаты превращаются в коллоидные гидросиликаты кальция, за счет которых осуществляется сцепление массы.

Гашеная известь - гидроокись кальция Са(ОН)2
Образуется при взаимодействии негашеной извести (окиси кальция СаО ) с водой.
Штукатурный раствор – смесь Са(ОН)2. с песком – содержит избыточное количество воды. Схватывается за счет впитывания воды в пористый кирпич и испарения.
Через годы раствор окончательно затвердевает, взаимодействуя с углекислым газом воздуха с образованием карбоната кальция:
Са(ОН)2 +СО2 → СаСО3

Силикатный (белый) кирпич получают, смешивая негашеную известь с песком (SiO2) и прессуя в атмосфере насыщенного водяного пара. В результате образуется кальциевый гидросиликат очень близкий к цементному камню.
mCaO*nSiO2*рН2О

При нагревании в ходе пожара кальциевый гидросиликат, основной компонент цементного и известкового камня, постепенно теряет воду, по мере температуры и длительности нагрева.
Процесс потери кристаллизационной воды называется дегидратацией.
mCaO nSiO2 pH2O -----> mCaO nSiO2

Следует различать кристаллизационную воду, входящую в состав молекулы гидросиликата и воду «внешнюю», то есть влагу, впитанную в пористую структуру цементного и известкового камня.
Внешняя влага теряется при просушке при температуре около 100 оС
Дегидратация происходит в интервале температур от 120-150 до 600-700 оС.

Гипс - сульфат кальция, встречается в природе:
в виде ангидрита СаSO4
в виде собственно гипса СаSО4*2Н2О

При нагревании до 100-125 оС гипс частично теряет кристаллизационную воду, образуя неустойчивый полугидрат сульфата кальция – алебастр
2СаSO4*H2O.
При нагревании выше 200 оС гипс полностью теряет кристаллизационную воду и до температуры 280 оС существует в виде растворимого γ-ангидрита, который как и алебастр взаимодействует с водой, образуя гипс.
При нагреве от 300-500 до 1000-1200 оС гипс существует в виде нерастворимого β-ангидрита.
При нагреве выше 1000-1200 оС образуется α-ангидрит и выделяется некоторое количество СаО.

2. Визуальные признаки термических поражений искусственных каменных строительных материалов.

Химические процессы потери кристаллизационной воды сопровождаются физико-механическими изменениями структуры и свойств материалов.
нагрев до 300 °С - розоватый оттенок;
400-600 °С - красноватый;
900-1000 °С - бледно-серый.
Изменение цвета бетона
Изменение цвета цементно-песчаной штукатурки
400-600 °С - розовый оттенок;
800-900 °С - бледно-серый

Изменение тона звука и механической прочности при простукивании
Определяется простукиванием бетонных и железобетонных конструкций при помощи
молотка Кашкарова
Неповрежденный бетон имеет тон звука высокий, звонкий. При нагревании бетон разрушается, в нем появляются микротрещины, и тон звука становится глуше.
При нагреве более 500 °С - часть сечения образца при ударе средней силы откалывается.
При нагреве более 600 °С - молоток при ударе сминает бетон на поверхности образца.

Отслоение штукатурки
В зоне достаточно длительного и интенсивного нагрева штукатурка отслаивается.
Это не всегда служит показателем экстремально высоких термических поражений.
Гидравлический удар и резкое охлаждение приводят к тому, что штукатурка может отвалиться не там, где была выше температура ее нагрева, а там, куда попала вода из пожарного ствола.

Зоны отслоения штукатурки необходимо фиксировать при осмотре места пожара. Особенно интересны зоны, где штукатурка отслоилась снизу у пола.

Визуальная фиксация трещин на бетоне
300-400 оС
образование микротрещин
> 500 оС
трещины фиксируются невооруженным глазом
(ширина трещин не менее 0,1 мм.).
600-800 оС
ширина раскрытия трещин
0,5-1,0 мм
700-800 оС
визуально фиксируются разрушения на бетоне (отслоение защитного слоя на железобетонных изделиях)

Визуальная фиксация трещин на гипсе

отложения копоти
На вертикальных и горизонтальных поверхностях копоть сохраняется только до температуры 600-630 оС, после чего выгорает. Поэтому ближе к очагу копоти может быть меньше, чем на некотором расстоянии.
Над очагом пожара и вторичными очагами копоть часто выгорает локальными пятнами

3. Инструментальные методы и средства, применяемые для исследования после пожара искусственных каменных строительных материалов.

Инструментальные методы и средства, применяемые для исследования после пожара неорганических строительных материалов
Полевые, используемые непосредственно на месте пожара с применением вывозимых приборов
Лабораторные, применяемые для исследования в лабораторных условиях отобранных на пожаре проб
ультразвуковая дефектоскопия (УЗД)
рентгеноструктурный анализ (РСА)
инфракрасная спектроскопия (ИКС)
весовой (тигельный) анализ
дифференциальный термический анализ (ДТА)

Ультразвуковой метод исследования бетонных изделий
Скорость поверхностной ультразвуковой волны в не нагретом бетоне составляет около 2000-2500 м/сек.
Скорость ультразвука в n точке (Сn) является функцией, как температуры, так и длительности нагрева конструкции:
Сn = f (τ, t)
При увеличении и τ, и t, Сn последовательно снижается. Это обстоятельство дает возможность, сравнивая скорость ультразвука на соседних участках стены, плиты, выявлять зоны термических поражений

Недостатки метода УЗД:
Метод УЗД относится к сравнительным методам исследования и не определяет конкретных значений температуры и длительности теплового воздействия на бетонную конструкцию, а лишь выявляет зоны относительно больших и меньших термических поражений.
Информативность метода УЗД ограничена температурным интервалом воздействия на бетонную конструкцию от ≈300 оС, когда в бетоне начинают образовывать микротрещины до ≈700÷800 оС, когда в бетоне фиксируются видимые крупные разрушения.
Метод ограничивается в применении лишь к относительно равномерным по исходным акустическим характеристикам конструкциям, какими являются, качественные бетонные изделия заводского производства.

Co – скорость в точке, не подвергшейся нагреву.
Сr/Со - отношение скорости в точке измерения к скорости в зоне, не подвергшейся нагреву.
На плане выделяют зоны с Cr/Co в пределах
1,0-0,9; 0,9-0,8; 0,9-0,7; 0,7-0,6 и т.д.

Отбор на месте пожара проб искусственных
каменных материалов для лабораторных исследований
На исследование отбирают:
пробы бетона и железобетона,
пробы силикатного (белого) кирпича,
пробы штукатурки, сухой штукатурки (гипсовые плиты),
со стен из красного кирпич отбирают пробы кладочного раствора.
Отбор проб необходимо осуществлять по горизонтальному уровню, расположенному параллельно полу, чтобы места отбора проб находились на одной высоте.
Пробы отбираются путем скалывания молотком из поверхностного слоя (3-5 мм.), очищенного от остатков краски, мусора, копоти.
Масса отбираемой пробы ~10 грамм

Весовой (тигельный анализ)
М1 – вес тигля, г
М2 –навеска образца до нагрева в муфельной печи, г
М3 – вес тигля с навеской после нагрева в муфельной печи, г
потеря массы образца: L = [М2 − (М3 − М1)] ∙ 100 / М2, % масс.

НА ИК-СПЕКТРАХ РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ
ОТДЕЛЬНЫМИ ГИДРАТНЫМИ ФОРМАМИ ГИПСА
СТРОГО ВЫРАЖЕНЫ

4. Фиксация остаточных температурных зон на теплоемких конструкциях в пожарно-технической экспертизе.