Тема: «Исследования конструкций после пожаров»

 

1.5.1 Вопросы лекции:

 

1. Возникновение и развитие горения

2. Физические закономерности формирования очагов пожаров

3. Исследование металлоконструкций, древесины и других строительных материалов 4.Правовые требования применения инструментальных экспресс - методов и специальных

технических средств.

 

1.5.2 Краткое содержание вопросов

 

1. Возникновение и развитие горения

 

Горение представляет собой сложный физико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в продукты горения, сопровождающиеся выделением тепла и света.

Для возникновения и развития горения необходимо наличие трех объединенных факторов:

- горючего материала; - окислителя;

- источника зажигания.

Причем эти факторы должны сочетаться в определенных количественных соотношениях. Окислители в процессе горения могут быть кислород, хлор, бром и некоторые другие вещества, в том числе сложные, такие как азотная кислота, бертолетова соль и перекись

натрия.

Наиболее часто встречаемые окислители является кислород, содержание которого более 14% в воздухе.

При снижении содержания кислорода до 10% процесс горения переходит в процесс тления.

Источники зажигания при возникновении пожара принято делить на открытые (пламя, искры, наколенные предметы, световое излучение) и скрытые (тепло теплохимических реакций, адсорбций микробиологических процессов, адиабатического сжатия, трения, удара и т.п.)

При вспышке сгорает часть горючей смеси, успевшей образоваться при нагреве открытым огнем. В этом случае процесс горения ограничивается временем вспышки. Дальнейшее нагревание горючего вещества увеличивает образование горючей смеси, которая после вспышки продолжает гореть, если даже убрать источник огня.

 

21

Температурой вспышки называется самая низкая температура горючего вещества, при которой над его поверхностью образуется пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания. Но скорость их образования еще недостаточна для последующего горения.

Температура, при которой горючее вещество воспламеняется и продолжает гореть без источника открытого огня, называется температурой воспламенения.

Особенностями горения на пожаре являются способность самопроизвольного распространения огня по материалам, интенсивное дымообразование, выделение больших количеств продуктов неполного сгорания, обладающих повышенной токсичностью.)

Горение может проявляться в виде процессов самовоспламенения и стационарного горения (распространения пламени).

Самовоспламенение – это самопроизвольное возникновение пламенного горения предварительно нагретой, до которой критической температуры горючей смеси.

Процесс самовоспламенения может проявиться лишь в виде кратковременной вспышки и не обязательно сопровождается устойчивым горением.

В отличие от самовоспламенения стационарное горение характеризуется образованием устойчивого пламени (факела при диффузионном горении).

Пламя – это видимая зона горения, характеризующаяся свечением и излучением тепла. Возникшее в результате воспламенения (зажигания) или самовоспламенения пламя само

становится источником непрерывного потока тепла и химически активных частиц в прилегающие слои свежей горючей смеси.

Возникновение и развитие процесса горения зависят от скорости химического превращения горючей смеси и процессов тепломассообмена между пламенем, еще несгоревшем горючим материалом и окружающей средой.

Многие материалы обладают склонностью самовозгоранию, т. е. способностью самопроизвольно загораться при отсутствии внешнего источника зажигания.

Самовозгорание – процесс самовоспламенения, который возбуждается теплотой, накопленной в веществе от внутренних экзотермических процессов.

В зависимости от первоначальной причины процессы самовозгорания подразделяются на химические, микробиологические и тепловые. К химическим относятся случаи самовозгорания, связанные с взаимодействием горючего материала с сильным окислителем (загорание древесных опилок при контакте с крепкой азотной кислотой) или со способностью некоторых веществ интенсивно окисляться воздухом (самовозгорание промасленной ветоши).

К микробиологическим относятся случаи самовозгорания материалов, которые являются питательной средой для микроорганизмов, жизнедеятельность которых имеет экзотермический характер (самонагревание сена).

К тепловым относятся случаи самовозгорания, обусловленные возникновением самовозгорания в массе материалов при их умеренном нагреве извне.

При этом начало самонагревания связано с увеличением скорости экзотермического окисления материала воздухом, содержащимся в порах материала.

Наибольшее самонагревание происходит в том месте, где достигаются наилучшие условия аккумуляции тепла. Этим условиям соответствуют глубинные области материалов, наиболее удаленные от его внешней поверхности (загорание тепловой изоляции отопительных коммуникаций).

Основным видом действий по тушению пожаров является прекращения горения. Основное внимание необходимо обратить на параметры и условия, за границами

которых горение не может протекать. К этим параметрам относят: - концентрационные пределы распространения пламени;

- температурные пределы распространения пламени.

На основе этих параметров можно сформулировать основные направления и способы прекращения горения:

 

22

Снижение скорости тепловыделения или увеличения скорости теплоотвода от зоны горения.

Основой является снижение температуры зоны горения до значений ниже температуры потухания.

Достигнуть этого можно на основе четырех известных принципов прекращения горения:

- охлаждения реагирующих веществ;

- изоляции реагирующих веществ от зоны горения;

- разбавления реагирующих веществ до негорючих концентраций, не поддерживающих горение;

-химического торможения реакции горения.

Для этих целей применяются различные огнетушащие вещества.

Огнетушащих веществ в природе много. Кроме того, возможно, получать такие вещества искусственно. Однако не все огнетушащие вещества принимаются на вооружение пожарных подразделений, а лишь те, которые отвечают определенным требованиям, так то: они должны:

- обладать высоким эффектом тушения при сравнительно малом расходе; - быть доступными, дешевыми и простыми в применении;

- не оказывать вредного воздействия при их применении на людей и материалы, быть экологически чистыми.

 

2. Физические закономерности формирования очагов пожаров

 

Установление очага пожара осуществляется при визуальном осмотре или посредством инструментальных исследований. Последние могут производиться как непосредственно на месте пожара (полевыеметоды), так и путем отбора проб на месте пожара и исследования их в лаборатории (лабораторные методы).

Признаки очага пожара можно разделить на:

-признаки, формируемые на участке его возникновения; -признаки направленности распространения горения.

Определенный вклад в формирование признаков очага пожара вносят все три известных процесса теплопередачи (конвекция, кондукция, излучение). Рассмотрим, как это происходит.

Конвекция возникает сразу, как только начинается горение и в очаговой зоне повышается температура. Причиной возникновения естественной конвекции является перемещение нагретых и холодных частиц, происходящее вследствие разной их плотности. Действие конвекции стимулирует подсос воздуха в зону горения,он же способствует развитию начинающегося пожара.

Конвективные потоки с высокой температурой нагревают на путях своего распространения конструкции, предметы и материалы, что может вызвать их воспламенение, а также деформацию и разрушение негорючих элементов и частей здания. Именно поэтому в зоне конвективной струи от очага образуются, часто имеющие локальный характер, термические поражения материалов и конструкций.

Эти термические поражения мы рассмотрим отдельно для различных материалов. Все они происходят в локальной зоне. Форма этой зоны специфическая. В спокойной атмосфере конвективный поток направлен вверх и локальные термические поражения образуются над очагом, на боковых ограждающих конструкциях (стенах).

Над очагом, на потолке, эти термические поражения имеют в идеальном случае форму круга, а на боковых форму конуса, вершина которого обращена вниз, в сторону очага.

Необходимо отметить, что очаговый конус классической формы формируется далеко не на каждом пожаре и тем более, не всегда сохраняется:

-элементы конуса часто отклоняются от вертикали под влиянием воздушных потоков в помещении;

23

-в низких помещениях конус выражен хуже, так как разность температур по высоте незначительна. Кроме того, конвективный поток быстро "упирается" в потолок и как бы "размазывается" вширь;

Лучше всего конвективная струя формируется в высоких помещениях, высотой более 8-10м. Соответственно, здесь и лучше выражены очаговые признаки (следы конуса). Формируется очаговый конус и на наклонных конструкциях, например по мере прогара крыши из сгораемых материалов (рубероидной).По мере развития пожара коэффициент теплообмена конвекцией сначала увеличивается, а затем уменьшается. На стадии развившегося пожара преобладающее значение приобретает теплообмен излучением.

Признаки очага пожара, формируемые излучением.

Излучение тепла пламенем и продуктами горения не зависит от направленности движения воздушных потоков, конвекции. Источником наиболее сильного излучения является пламя. Однако пожары внутри зданий характеризуются, как правило, излучением, в основном, нагретых продуктов горения, которые сравнительно быстро заполняют объем помещения и настолько изолируют пламя, что его лучистая энергия практически не оказывает влияния на нагревание окружающих конструкций и предметов.

И тем не менее излучение вносит свой вклад в формирование очаговых признаков. Под действием лучистой энергии может происходить заметный односторонний ( со стороны очага) нагрев и разрушение конструкций. Это признак направленности распространения горения. Те части конструкций, которые направлены в сторону очага в результате получают большие термические поражения. У сгораемых материалов это проявляется в более глубоком обугливании со                       стороны          более интенсивного теплового воздействия. У 34 металлоконструкций деформация происходит преимущественно в сторону источника тепла.

Признаки очага пожара, формируемые кондукцией.

Кондукция может играть существенную роль в возникновении и развитии пожара, особенно при наличии материалов с достаточно высокой теплопроводностью (прежде всего, металлов).

За счет прогрева металла кондукция может формировать очаговые признаки на внешней поверхности кузова автомобиля, на борту морского судна и в других подобных ситуациях. Проявляется это в выгорании краски на обратной стороне металлоконструкции, деформации металла и т.д. Иногда эти признаки внешне напоминают "очаговый конус", хотя у собственно очагового конуса природа, как было указано выше, конвективная.

Теплопроводность, кроме того, играет основную роль в формировании следов горения в очаге. Ведь, как известно, горение любого твердого материала есть постепенное продвижение фронта горения (фронта пиролиза). За счет теплопроводности впереди зоны горения материал прогревается (возникает так называемая зона подготовки) и,в конечном счете, воспламеняется. Так происходит продвижение фронта пламени (или тлеющего горения) по материалу.

 

3. Исследование металлоконструкций, древесины и других строительных материалов

 

 

К пожароопасным материалам относят те, которые могут возгореться от малокалорийных источников зажигания и способствовать быстрому развитию пожара.

Пожарная опасность твердых веществ и материалов характеризуется температурой тления, воспламенения, самовоспламенения, склонностью               к возгоранию, тепловому, химическому и биологическому самонагреванию; скоростью выгорания и распространения пламени по поверхности материала, выделением горючих, токсических паров и газов.

Теплоемкость – способность материала поглощать теплоту при нагревании. Она характеризуется коэффициентом теплоемкости С.

Строительные материалы (кирпич, бетон) имеют коэффициент теплоемкости – с = 0,75-0,92; сталь с = 0,48; древесина – с =2 ,38-2,72 КДж/кгºС.

 

 

24

Количество теплоты Q, необходимой для нагревания единицы массы вещества m = 1 кг на один градус, называется удельной теплоемкостью.

Материалы с меньшей удаленной теплоемкостью быстро прогревается до критической температуры, при которой снижается их механическая прочность, и они скорее разрушаются.

Теплопроводимость - способность материала передавать теплоту через толщу от одной своей поверхности к другой вследствие разности температур на поверхностях.

Строительные материалы, имеющие λ<0,8 кДж/м. чºС, называют теплоизоляционными. Их используют для теплоизоляции зданий и сооружений.

К теплоизоляционным материалам относятся асбест (λ=0,42…0,63), Минеральная вата (λ=0,18…0.20 кДж/м.чº.с) и др.

Газопроницаемость – способность материалов конструкций пропускать через свою толщу газ (воздух).

Газопроницаемость зависит от пористости, плотности, влажности и оценивается коэффициентом газопроницаемости.

Коэффициент газопроницаемости кирпича – 0,35, штукатурки – 0.02, рубероида – 0.01м²/ Па.ч.

Химическая стойкость – способность материалов сопротивляться разрушающему действию кислот, щелочей, растворов солей и газов.

Строительные материалы, которые не противостоят действию кислот и щелочей, подлежат специальной защите, например керамическими материалами или природным камнем.

Строительные материалы и вещества по их способности возгораться под действием источника зажигания подразделяются на несгораемые, сгораемые и трудносгораемые.

Несгораемые материалы не способны к горению, тлению и обугливанию под действием источника зажигания.

К ним относятся материалы природного происхождения: гранит, известняк, песок и др. И искусственные (кирпич красный и силикатный, бетонные и железобетонные конструкции, сталь и др).

Трудносгораемые материалы и конструкции под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются, тлеют, обугливаются. Они продолжают гореть или тлеть только при наличии источника огня, а после его удаления горение и тление прекращается.

К ним относят: ксилобетон, пенопласт, асфальтобетон и др.

Сгораемые материалы и конструкции под действием огня или высокой температуры воспламеняются, тлеют и продолжают гореть или тлеть даже после удаления источника огня.

К этой группе относятся: битум, линолеум, войлок т.д.

Использование горючих газов, легко воспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) и образование взрывоопасных пылей при которых технологических процессах какого-либо производства может приводить к взрывам.

Взрывоопасность – состояние при котором исключается возможность взрыва, или в случае его возникновения предотвращается воздействие на людей вызываемых или опасных и вредных факторов и обеспечивается сохранность материальных ценностей.

Взрыв – быстрое превращение вещества (взрывное горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить работу.

Взрывной средой являются смеси веществ (газов, паров, пылей) с воздухом и другими окислителями (кислородом, озоном, хлором, окислами), способные к взрывчатому превращению.

Взрывоопасными являются смеси пыли с воздухом. Пыль может находиться во взвешенном состоянии в воздухе (аэрозоль) и осевшая на стенах, потолках, поверхностях оборудования и т.д. (аэрозоль).

По пожарной и взрывной опасности все пыли подразделяются на взрывоопасные в состоянии аэрозоля и пожароопасные в состоянии аэрогеля.

По степени взрывной опасности пыли делятся на 4 класса.

25

I. класс – наиболее взрывоопасные пыли с нижним пределом воспламенения (взрываемости) до 15 г/м³. К ним относятся пыль сахара, торфа, серы, канифоли и др.

II. класс – взрывоопасные с нижним пределом воспламенения (взрываемости) от 16 до 65 г/м³. К ним относятся пыль алюминия, крахмала, мучная, сланцевая и др.

Пыли III и IV классов имеют нижние пределы воспламенения при концентрации выше 65 г /м³. температура воспламенения пылей III класса 250ºС, а IV более 250ºС.

Разработка эффективных пожаро-профилактических мероприятий и успешное тушение возникающих пожарах зависят от полноты оценки пожарной опасности материалов, а также от правильности применения получаемых показателей пожароопасности.

При разработке систем обеспечения пожаробезопасности следует устанавливать перечень показателей, необходимых для оценки пожарной опасности в конкретных условиях. При      оценке пожарной опасности строительных материалов необходимо учитывать возможность изменения физико-химических свойств при длительном хранении. В условиях эксплуатации, при нагреве и контакте с химически активными веществами.

Пожароопасность веществ так же характеризуется линейной (выраженной в cм/с) и массовой (ч/с) скоростями горения (распространения пламени) и выгорания (ч/м²с), а так же предельным содержанием кислорода, при котором еще возможно горение. Для обычных горючих веществ (углеводородов и их производных) это предельное содержание кислорода составляет 11-14%, для веществ с высоким значением верхнего предела воспламенения (водород, сероуглерод, окись этилена и др.) предельное содержание кислорода составляет 5 % и ниже.

Основным классификационным показателем для строительных материалов является горючесть (сгораемость веществ). В зависимости от этой характеристики вещества и материалы делят на горючие (сгораемые), трудногорючие (трудносгораемые) и негорючие (несгораемые).

 

4. Правовые требования применения инструментальных экспресс - методов и специальных технических средств

 

Ультразвуковой импульсный метод исследования бетонных и железобетонных конструкций основан на измерении скорости прохождения ультразвуковых волн в поверхностном слое бетона. Прибор, который называется ультразвуковым дефектоскопом, имеет два выносных датчика. Первый датчик испускает ультразвуковые импульсы, другой принимает, при этом фиксируется время, за которое ультразвуковая волна проходит расстояние между двумя датчиками, и рассчитывается ее скорость.

Конструкции из бетона и железобетона заводского производства, у которых исходные акустические характеристики позволяют работать в зонах нагрева от 200-400°С и выше. Метод ультразвуковой дефектоскопии на материалах на основе извести и цемента может быть применен только для выявления зон нагрева выше 700°С.

Потолок в помещениях, сделанный из железобетонных плит перекрытия, - самый распространенный объект исследования по данной методике. На пожаре он, в отличие от стен, не загорожен мебелью и как зеркало отражает, фиксирует все, что происходит в комнате.

При исследовании пожаров в настоящее время используются дефектоскопы для бетонных и железобетонных конструкций типа УКБ, УК-10ПМ, УК-10ПМС, УК-14П, "Бетон-12", "Бетон-22", УК-1401. Кроме самого прибора, в его комплект входят так называемые электроакустические преобразователи (ЭАП, датчики) (рис. 12.1). Для работы на пожаре датчики должны иметь точечные контакты, не требующие смазки. Расстояние между датчиками (так называемая база прозвучивания) обычно составляет 60-100 мм. ЭАП полезно закрепить на специальной раздвижной штанге, чтобы на пожаре можно было легко дотянуться до потолка.

На месте пожара:

а) намечаются конструкции для обследования;

26

б) составляется план конструкции (потолка, стены) в масштабе;

в) на конструкции намечаются участки, в которых будет производиться прозвучивание. Обычно расстояние между участками (так называемый "шаг прозвучивания") составляет 25-50-100 см (в зависимости от размеров конструкции и конкретных обстоятельств).

Далее включается дефектоскоп, шаблон с датчиками прижимается к конструкции на первом намеченном участке и производится измерение времени прохождения ультразвукового импульса от датчика к датчику (в микросекундах) или скорости импульса.

Использование специальных технических средств и применение инструментальных методов при работе на месте пожара должно соответствовать правовым требованиям.

При этом с правовой точки зрения возможны три различных ситуации.

Применение технических средств и инструментальных методов в отношении определенных признаков материальных объектов окончено непосредственно в ходе осмотра, использование расчетных методик для получения результатов не требуется. В этих случаях фиксации результатов в протоколе осмотра достаточно для того, чтобы сделать выводы об обстоятельствах, которые необходимо установить.

Это относится как к применению простейших измерительных средств (рулетка, штангенциркуль и т.п.), так и к использованию на месте пожара некоторых приборов, например, пирометров. Показания пирометра (температура) и пространственные координаты точек, соответствующих каждому измерению, отражаются в протоколе осмотра (или приложении к нему в виде схемы) и не требуют дальнейшей научной обработки.

В указанном случае при соблюдении правовых требований применения технических средств полученные результаты будут иметь доказательственное значение.

Конечные результаты применения технических средств могут быть получены лишь после обработки результатов измерений расчетными методами.

В этом случае выполнение измерений также осуществляется непосредственно в ходе проведения осмотра, что отражается в протоколе. Дальнейшая обработка измерений может проводиться в рамках подготовки специалистом заключения в порядке ч. 3 ст. 880 УПК РФ. Это относится, например, к методу ультразвуковой дефектоскопии.

Получение конечных результатов связано с лабораторным исследованием изъятых объектов (магнитный метод исследования холоднодеформированных изделий в лабораторных условиях, исследование обугленных остатков древесины и др.).

Результаты таких исследований будут иметь доказательственное значение только в случае, если они проводились в рамках судебной экспертизы. Соблюдение этого условия особенно важно, когда применялись разрушающие методы воздействия на объекты исследования.

 

 

1.6 Лекция № 8 (2 часа)

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: