РАССЛЕДОВАНИЕ И ЭКСПЕРТИЗА ПОЖАРОВ Раздел 1 Методика установления

РАССЛЕДОВАНИЕ И ЭКСПЕРТИЗА ПОЖАРОВ Раздел 1. Методика установления очага пожара Тема № 7. Лекция «Исследование после пожара обгоревших остатков полимерных материалов и лакокрасочных покрытий »

Учебные вопросы: • • • 1. Состав основных компонентов древесины и их поведение при термическом воздействии. 2. Визуальные признаки термических поражений на конструкциях из древесины. 3. Инструментальные методы и средства, применяемые для исследования после пожара древесных изделий.

1. Состав основных компонентов древесины и их поведение при термическом воздействии. • древесина – смесь природных полимеров с большой молекулярной массой, важнейшими из которых являются целлюлоза (около 50%), • гемицеллюлоза (около 25%), • лигнин (около 25%).

Стадии горения древесины под воздействием внешнего теплового потока а) нагрев, начало пиролиза (период индукции); б) пламенное горение; в) тление угля.

компоненты древесины распадаются с выделением летучих компонентов при различных характерных температурах: целлюлоза при 240 -350 о. С, лигнин при 280 -500 о. С. лигнин на 50 % преобразуется в летучие продукты и на 50 % в углистый остаток. целлюлоза дает только 5 % углистого остатка. В целом при сжигании или нагреве древесины на углистый остаток приходится 15 -25 % (в основном, за счет лигнина).

Для целей пожарно-технической экспертизы очень важно уметь устанавливать осуществлялось ли горение в режиме тления или в режиме пламенного горения. • Температура воспламенения большинства сортов древесины 240 -260 о. С. • Температура, при которой могут начаться процессы, способные привести к тлеющему горению при достаточной длительности теплового воздействия могут быть в пределах 120 о. С. • Если процесс горения начинался с тления, то источник зажигания мог иметь малую мощность.

2. Визуальные признаки термических поражений на конструкциях из древесины. • 1. Потемнение • 2. Обугливание на различную глубину. • 3. Полное выгорание в отдельных зонах деревянной конструкции (сквозные прогары), или полное выгорание всей конструкции.

Внешние признаки термического воздействия на древесину: • При достаточно длительном нагреве древесина может начинать темнеть с температур 120 о. С. • Интенсивное потемнение и обугливание начинается при температуре 200 -250 о. С • При температуре свыше 300 о. С начинается быстрое физическое разрушение древесины.

Внешний вид угля при обугливании. • Уголь рыхлый, с крупными трещинами образуется обычно при интенсивном пламенном горении. • Уголь плотный, с коричневатым оттенком и сохранившейся текстурой древесины (рисунком годовых колец) образуется при низкотемпературном пиролизе (тлении), когда процесс обугливания происходит медленно и летучие выделяются понемногу, уходя через мелкие трещины и не разрыхляя уголь.

Схема измерения глубины обугливания hп – величина потери сечепния h. У – глубина обугленного слоя H = h у + hп

Глубина обугливания Определение направленности теплового воздействия на деревянную конструкцию по глубине обугливания

• зависимость скорости обугливания от теплового потока, воздействующего на древесину выражается формулой: • Rw = 2, 2 * 10 -2* I, мм/мин • [Д. Драйздейл Введение в динамику пожаров], • где I - тепловой поток, воздействующий на поверхность древесины, к. Вт/м 2. • При температуре 1100 о. С излучение черного тела составляет 200 к. Вт/м 2. В этом случае скорость обугливания Rw составит 4, 4 мм/мин. • общий диапазон колебаний Rw на пожаре в зависимости от теплового потока или соответствующей температуры пиролиза может составить: 0, 3 -4, 5 мм/мин

3. Инструментальные методы и средства, применяемые для исследования после пожара древесных изделий. Увеличение температуры и длительности нагрева Глубина обугливания Относительное содержание углерода Относительное содержание водорода, азота, серы, кислорода Остаточное содержание летучих компонентов Электросопротивление угля

Отбор проб угля на пожаре. • Для анализов необходимо 1 -2 граммов угля с глубины не более 2 -3 мм. • Предварительно в точке отбора пробы угля измеряют толщину слоя угля hу, величину потери сечения конструкции hп и результаты измерений заносят в протокол.

Лабораторные инструментальные методы иследования карбонизованных остатков древесины • • Весовой термический анализ. Дифференциальный термический анализ. Элементный анализ на С, Н, N, S анализаторах. Метод измерения электросопротивления карбонизованых остатков углеродистых материалов.

Термический анализ –исследование процессов, происходящих в материале при непрерывном нагревании. Тигельный анализ – определение потери массы образца при прокаливании М 1 – вес тигля, г М 2 –навеска образца до нагрева в муфельной печи, г М 3 – вес тигля с навеской после нагрева в муфельной печи, г потеря массы образца: L = М 2 (М 3 М 1) ∙ 100 / М 2, %

Физические процессы: плавление, кристаллизация, испарение или кипение; химические процессы: разложение, термодеструкция, сшивка и т. п. сопровождаются экзо- или эндотермическими эффектами, то есть выделением или поглощением тепла. Величину этих эффектов можно зафиксировать с помощью дифференциального термического анализа (ДТА). Название процесса Физические процессы Кристаллизация Плавление Испарение (кипение) Возгонка Химические процессы Дегидратация Разложение Окислительная деструкция Горение Полимеризация Сшивка Каталитические реакции Эндопик Экзопик + + + - + + + +

Кривые ДТА образцов древесины: 1 - исходный материал, 2, 3, 4, 5, 6 – древесина, подвергнутая пиролизу при 200, 300, 400, 500 и 600 о. С

Метод измерения электросопротивления карбонизованых остатков древесины Уравнения, связывающие глубины обугливания древесины и удельное электросопротивление ее карбонизованных остатков с температурой и длительностью пиролиза: ln (Н/τg) = 2, 01 - 1730/T, где Т - температура пиролиза, К ln [(10 – lg. R)/lg. R∙τg] = 4, 16 - 6270/Т, где R –электросопротивление угля, ом. Решение этой системы уравнений, дает формулы для расчета температуры и длительности горения по результатам определения электросопротивления угля и глубины обугливания в точке отбора пробы: Т = 4540/{ln[Н ∙ lg. R/(10 – lg. R)] + 2, 15}, K τg = exp {1, 38 ln. H + 0, 38 ln[lg. R/(10 – lg. R)] – 1, 19}, мин. Продолжительность индукционного периода рассчитывают после определения температуры по формуле: τо = 77 – 0, 086 ∙ Т, мин. Общее время пиролиза составляет: τ = τ g + τ0

Методом исследования электросопротивления можно изучать любые углеродистые материалы, дающие при горении твердый углистый или коксовый остаток. К таким материалам относятся, в частности, термореактивные полимеры, а также тяжелые нефтепродукты (мазут, гудрон, минеральные масла). lg. R 12 10 8 6 4 2 0 0 100 200 300 400 500 600 t, о. С