close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

290. Изучение обугленных остатков материалов при расследовании и

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»
Кафедра пожарной и промышленной безопасности
ИЗУЧЕНИЕ ОБУГЛЕННЫХ ОСТАТКОВ МАТЕРИАЛОВ
ПРИ РАССЛЕДОВАНИИ И ЭКСПЕРТИЗЕ ПОЖАРОВ
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
для студентов 5-го курса, обучающихся по специальности 2800104
«Пожарная безопасность»
Воронеж 2014
УДК 614.8(07)
ББК 38.96я73
Составители
К.А. Скляров, Е.А. Сушко, А.П. Паршина
Изучение обугленных остатков материалов при расследовании и
экспертизе пожаров: метод. указания к выполнению лабораторных работ по
дисциплине «Расследование и экспертиза пожаров» для студ. спец. 280104 /
Воронежский ГАСУ; составители: К.А. Скляров, Е.А. Сушко, А.П. Паршина. –
Воронеж, 2014. – 32 с.
Приводится последовательность выполнения лабораторных работ по всем
разделам курса «Расследование и экспертиза пожаров»: цель исследований,
теоретические сведения по данному разделу, описание применяемых установок
и приборов, методика проведения работы и оформление результатов.
Приведены справочные данные.
Предназначены для студентов специальности 280104 «Пожарная
безопасность» очной формы обучения.
Ил. 17. Табл. 5. Библиогр.: 7 назв.
УДК 614.8(07)
ББК 38.96я73
Печатается по решению научно -методического совета
Воронежского ГАСУ
Рецензент – Г.И. Сметанкина, полковник внутренней службы, к. т. н.,
начальник кафедры государственного надзора
2
Оглавление
Введение………………………………………………………………………….
4
1. Техника безопасности…………………………………………………….......
4
Лабораторная работа №1 «Исследование лакокрасочных покрытий»……….
5
Лабораторная работа №2 «Исследование полимерных материалов»..………. 12
Лабораторная работа №3 «Изучение горения металлов и сплавов»………… 17
Лабораторная работа №4 «Исследование обугленных остатков древесины
и древесных композиционных материалов»………………………………… 22
Библиографический список…………………………………………………...... 32
3
Введение
Методические указания для проведения лабораторных работ по
дисциплине «Расследование и экспертиза пожаров» предназначены для
слушателей высших учебных заведений пожарно-технического профиля при
обучении их инженерно-техническим аспектам мероприятий по установлению
очага и причины пожара. В работе кратко изложены основы исследования
обгоревших остатков основных отделочных и строительных материалов,
наиболее часто применяемых при строительстве общественных и
производственных зданий и сооружений. А также описана техника осмотра и
изъятия на исследование отдельных объектов с применением современных
методов и технических средств.
Методические указания разработаны в соответствии с рабочей
программой по дисциплине «Расследование и экспертиза пожаров».
Целью проведения лабораторных работ является обучение студентов
навыкам установления причины и места очага пожара. В результате изучения
курса студент должен изучить:
- цели, задачи и основной круг вопросов, решаемых при осмотре места
пожара, при исследовании обгоревших остатков отделочных и строительных
материалов, пожарно-технической экспертизе;
- основы методологии выявления очаговых признаков и установления
места возникновения (очага) пожара;
- методические основы определения причины пожара;
- современные инструментальные методы и средства исследования
вещественных доказательств, изъятых с места пожара.
В описании каждой лабораторной работы приводится последовательность
действий студента при выполнении работы. Прежде чем приступить к
выполнению лабораторной работы проводится инструктаж по общим правилам
безопасности, приемам работы с отдельными приборами и установками, мерам
пожарной профилактики. По окончании инструктажа студенты расписываются
в специальном журнале.
1. Техника безопасности
1. Приборы и установки должны быть заземлены.
2. Рабочие места должны удовлетворять санитарно-гигиеническим
требованиям.
3. Приступать к выполнению лабораторной работы необходимо только
после тщательного изучения методических указаний и разрешения
преподавателя.
4
Лабораторная работа №1
Исследование лакокрасочных покрытий
1.1. Цель работы: изучить состав, свойства, номенклатуру и
температурные диапазоны информативности лакокрасочных покрытий, цели,
задачи и порядок проведения визуального осмотра обгоревших лакокрасочных
покрытий, а также методы их исследования.
1.2. Теоретические сведения
Лакокрасочные материалы (ЛКМ) — это композиционные составы,
наносимые на отделываемые поверхности в жидком или порошкообразном
виде равномерными тонкими слоями и образующие после высыхания и
отвердения пленку, имеющую прочное сцепление с основанием.
Сформировавшуюся плёнку называют лакокрасочным покрытием, свойством
которого является защита поверхности от внешних воздействий (воды,
коррозии, температур, вредных веществ), придание ей определённого вида,
цвета и фактуры.
Лакокрасочные покрытия (ЛКП) обычно состоят из трех групп
компонентов (рис. 1.1).
Лакокрасочное
покрытие
Пленкообразователь
Наполнитель или
пигмент
Растворитель
Рис. 1.1. Схема состава лакокрасочного покрытия
Пленкообразователь – это обычно органический синтетический
полимерный материал, образующий пленку при высыхании краски.
Пигменты (красители) придают краске необходимый цвет. В красках и
эмалях на основе органических растворителей применяются в основном
неорганические пигменты, реже используются органические пигменты.
Наполнители в красках тоже в основном неорганической природы. В
водно-дисперсионных красках наполнитель – мел.
При нанесении лакокрасочного покрытия растворитель по мере
высыхания испаряется. На окрашенной поверхности образуется покрытие,
состоящее из пленкообразователя и пигмента.
Лакокрасочные покрытия классифицируются по типу растворителя и
маркируются по типу пленкообразователя (рис 1.2).
5
Лакокрасочное покрытие
Водно-дисперсионные
краски
Краски на основе
органических
растворителей
ВА (винилацетатные)
МА (масляные)
АК (акрилатные)
ПФ
(пентафталевые)
Латексные
ГФ (глифталевые)
НЦ
(нитроцеллюлозные)
Рис. 1.2. Схематическое изображение маркировки лакокрасочных покрытий
Изменение свойств ЛКП при нагревании
При воздействии температуры пожара органические составляющие ЛКП
(в первую очередь пленкообразователь, а также пигмент) подвергаются
термической деструкции.
Неорганический пигмент или продукт его разложения обычно остается. В
лаковом покрытии пигмент и наполнители отсутствуют, поэтому оно выгорает
полностью.
Визуальный осмотр окрашенных поверхностей после пожара
При визуальном осмотре обгоревшего ЛКП оценивается только цвет
обгоревшего покрытия.
Тенденции в изменении цвета лакокрасочного покрытия при нагревании
можно проследить на примере покрытия из белой водно-дисперсионной краски
по изменению при изотермическом нагреве относительной оптической
плотности в спектрах отражения (рис. 1.3.). Величина оптической плотности D
характеризует степень черноты слоя краски – чем больше D, тем краска темнее.
Любое красочное покрытие изменяет цвет по следующей схеме:
желтеет→коричневеет→чернеет→светлеет→достигает цвета наполнителя
(пигмента). При этом, после выгорания пленкообразователя красочное
покрытие меняет свои физико-механические свойства. Цвет ЛКП позволяет
6
оценить степень термического поражения окрашенных конструкций (табл. 1.1.,
табл. 1.2.).
Рис. 1.3. График изменения относительной оптической плотности спектра отражения белой
водно-дисперсионной краски при нагревании
Таблица 1.1
Изменение цвета НЦ, МА и ПФ покрытий при нагреве
Температура, оС
НЦ
МА, ПФ
200
Среднее потемнение
Легкое потемнение
300
Темный (черный)
Среднее потемнение
400
Черный цвет
500
Среднее потемнение
600
Цвет неорганических пигментов и наполнителей
Таблица 1.2
Изменение цвета белого водно-дисперсионного покрытия при нагревании
Температура, оС
Цвет
100
Белый
200
Светло-желтый
300
Бежевый - коричневый
400
Темно-коричневый – черный
500 и выше
Белый
Инструментальное исследование проб обугленных остатков ЛКП
Для выявления зон термических поражений на окрашенных конструкциях
и предметах на месте пожара сначала отбирают пробы обгоревших остатков
лакокрасочного покрытия. Обгоревшую краску аккуратно соскабливают,
стараясь не захватывать подложку (штукатурку и другие материалы с малой
механической прочностью). Отбор проб целесообразен на одной высоте по
7
периметру помещения. Масса пробы, в зависимости от метода исследования,
составляет от 1-2 мг до 0,5 г.
Исследование обугленных проб ЛКП можно проводить двумя методами:
- определение зольности обугленных остатков ЛКП и величины убыли
органической массы. Метод заключается в сравнении зольности проб одной и
той же краски взятых на одной высоте по периметру помещения. При этом, чем
выше зольность пробы, тем выше степень ее термических поражений.
- ИК-спектроскопия обугленных остатков ЛКП заключается в
определении спектральных критериев, позволяющие оценить степень
термического поражения красочного покрытия. Данный метод позволяет
достаточно точно определить температуру нагрева окрашенной конструкции.
Осуществляется это с помощью обработки результатов на ЭВМ, при этом
определяется максимальная температура нагрева с точностью до 10 оС.
Исследование обгоревших остатков ЛКП позволяет получать
информацию в зависимости от состава ЛКП в различных температурных зонах
места пожара. Так, например, НЦ – покрытие дает информацию в диапазоне
температур от 150 до 450 оС, МА, ПФ покрытия от 200 до 500 оС, а воднодисперсионные от 200 до 950 оС. У водно-дисперсионных красок верхняя
температурная граница выше – за счет того, что они содержат в качестве
наполнителя мел (карбонат кальция), который разлагается при нагревании на
окись кальция и углекислый газ при температуре 900-950 оС, таким образом, по
составу обгоревших остатков можно определить достигала ли в исследуемой
зоне температура 900-950 оС.
При температуре ниже 150 – 200 оС изменений в покрытиях, которые
можно зафиксировать, практически не происходит. Выше 450 – 500 оС
органическая составляющая ЛКП полностью выгорает.
Методика исследования обугленных остатков ЛКП хорошо дополняет
другие методики исследования строительных и конструкционных материалов в
низкотемпературном диапазоне. В целом различные объекты и методы
исследования хорошо дополняют друг друга, перекрывая практически весь
температурный диапазон возможный при пожаре (рис. 1.4).
ЛКП
окалина
200
300
400
500
600
700
800
900
1000 о С
Холоднодеформированные
изделия
Рис. 1.4. Температурные диапазоны информативности отдельных материалов (на примере
окрашенной стальной конструкции)
8
1.3. Приборы и оборудование
Самой простой и доступной разновидностью термического анализа
является весовой анализ проб в тиглях с нагревом в муфельной печи.
Данный метод требует навесок в количестве 0,5-1,0 г. Навеску,
взвешенную с точностью до 0,001 г, помещают в тигли - керамические или
стальные, лучше - первые. Керамические (фарфоровые) тигли для
лабораторных работ бывают высокие и низкие, с крышками и без. Тигли
различают по номерам - от 1 до 6; с увеличением номера возрастает емкость и
габаритные размеры тигля. Так, низкий тигель N1 имеет емкость 2 мл, диаметр
- 20 мм, высоту - 15 мм; тигель N 6 - соответственно, 126 мл, 72 мм, 54 мм.
При определении остаточного содержания летучих веществ в
карбонизованных остатках органических материалов нагрев на первой стадии
проводят без доступа воздуха (во избежание воспламенения карбонизованных
остатков), поэтому тигли используются высокие, лучше - N 4, с крышками.
Тигли с навеской нагревают в муфельной печи. Печь может использоваться любая, снабженная автоматическим регулятором температуры и
обеспечивающая нагрев в пределах 20-950 0С.
Рис. 1.5. Схема устройства для весового термического анализа проб.
1 – муфельная печь; 2 – тигель с крышкой; 3 – подставка к тиглям
1.4. Порядок проведения работы
1. Изучить теоретические сведения, устройство оборудования и порядок
проведения весового термического анализа проб, зарисовать схему муфельной
печи.
2. Изучить инструкцию по технике безопасности.
3. Рассчитать величину убыли органической массы проб.
4. Оформить результаты работы
5. Сформулировать вывод.
Навески ЛКП около 0,1 г, взятые с точностью 0,0001 г, загружают в
предварительно прокаленные и доведенные до постоянной массы тигли. После
этого тигли с навесками помещают в муфельную печь, нагревают до 550 0С и
9
выдерживают при этой температуре в течение 1,5 часов. Затем тигли вынимают
из печи, выдерживают на воздухе или в эксикаторе, пока они не охладятся до
комнатной температуры и повторно взвешивают. Зольность I покрытия (А1, %
масс.) находят, как частное от деления массы остатка после сгорания на
величину навески ЛКП, с умножением полученного результата на 100.
Большая доля в компонентном составе неорганической части
воднодисперсионных покрытий приходится на карбонаты Са или Мg, которые
также способны разлагаться при нагревании, но при более высоких
температурах. Поэтому при исследовании этого типа ЛКП имеет смысл
дополнительно определить значение зольности II. Для этого, после определения
зольности I, тигли с остатками покрытия еще раз помещают в муфельную печь,
предварительно нагретую до 850-900 0С, и выдерживают в ней в течение одного
часа. После этого тигли вынимают из печи, охлаждают в эксикаторе и
взвешивают.
Зольность II покрытия (А2, % масс.) находят, как частное от деления
массы остатка после нагрева при температуре 850-900 0С на массу остатка ЛКП
после определения зольности I (остаток после сгорания при температуре
550 0С), умножая результат на 100.
Для оценки температуры нагрева окрашенной конструкции следует также
в зоне, удаленной или защищенной от воздействия огня, отобрать пробу того
же лакокрасочного покрытия, но не деструктированную (пробу сравнения) и
определить для нее, наряду с другими пробами, величину зольности I
(обозначим ее А1исх.).
Затем для каждой из проб обугленного покрытия рассчитывают величину
убыли органической части покрытия М. Делают это по формуле:
M
( A1 A1исх. ) 10000
, (% масс.)
A1 (100 A1исх )
(1.1)
Полученными величинами зольности А1 и А2 оперируют при определении
зон термических поражений ЛКП. Для НЦ-, МА-, ПФ- и других покрытий на
гидрофобных растворителях пользуются величиной А1.
Для воднодисперсионных красок рассчитывают суммарный критерий по
зольности Sa, равный сумме А1 и А2. Можно, правда, вместо расчета
Sа провести определение зольности А одностадийным нагревом сразу до 850900 0С. Данный метод менее надежен и информативен, чем метод
двухстадийного нагрева, ибо последний позволяет проследить, сколь велики
качественные изменения отдельно в органической и минеральной
(карбонатной) частях воднодисперсионного покрытия.
Для выявления зон термических поражений на план места пожара с
отмеченными точками отбора проб наносят соответствующие значения
величины зольности А или А1, или величину суммарного критерия зольности
Sa. Затем на плане строят зоны с близкими значениями А или S a, которые и
будут соответствовать зонам термических поражений на месте пожара.
10
Для водно-дисперсионных покрытий в том случае, если в исследуемой
пробе определялись зольности I (А1), II (А2) и рассчитывалась величина S a,
примерный температурный диапазон нагрева конструкции в зоне отбора пробы
может быть оценен по данным табл. 1.3.
Таблица 1.3
Ориентировочные температурные диапазоны нагрева
окрашенной конструкции
Величина зольности или критерия S a, Температура нагрева
% масс.
поверхности, 0С
А1 << 100
менее 500
500-700
А1 100, А 2 < 100
800-900 и более
Sa 200
Экспериментальные данные, свидетельствующие о том, какие величины
М и зольности А2 имеют покрытия различных типов при различных
температурах изотермического нагрева (длительность нагрева - от 15 до 90
минут), приведены в табл. 1.4. Эти данные также можно использовать для
определения ориентировочной температуры нагрева проб ЛКП на пожаре.
Таблица 1.4
Температуры нагрева и соответствующие им значения убыли
органической массы (М, % масс.) и зольности (А2, % масс.) покрытий
Т, 0С Критерий
Тип краски
200
М
НЦ
ПФ
МА
Э-ВА
Э-АК
Бути-лакс
300
М
20-40
5-10
5-15
10-20
0-10
0-5
400
М
45-60
10-20
15-30
20-70
20-70
10-40
500
М
65-90
20-70
30-80
70-90
70-95
40-80
600
М
100
75-100 80-100 80-100 90-100
80-100
600
А2
100
100
100
100
100
100
700
А2
80-90
85-90
95-98
800
А2
80-90
85-95
97-100
900
А2
80-90
95-100
97-100
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите компоненты, входящие в состав ЛКП;
2. Опишите методы исследования обугленных проб ЛКП;
3. Изложите сущность метода определения зольности обугленных
остатков ЛКП;
4. Изложите сущность метода ик-спектроскопии;
5) Расскажите что такое величина оптической плотности.
11
Лабораторная работа №2
Исследование полимерных материалов
2.1. Цель работы: изучить термопластичные и термоактивные
полимерные материалы, их поведение в условиях пожара, влияние на динамику
и направленность распространения горения, возникновение вторичных очагов,
зон тления, а также методы инструментального исследования обгоревших
остатков полимеров в пожарной криминалистике.
2.2. Теоретические сведения
Полимерные материалы по своему поведению при пожаре,
принципиально различаются на две группы:
- термопластичные материалы (термопласты);
- термореактивные материалы (реактопласты).
Термопласты способны размягчаться при нагревании и переходить в
пластическое состояние, не подвергаясь при этом разрушению, термической
деструкции (например, полиэтилен, поливинилхлорид, полиметилметакрилат
(органическое стекло), полиамиды (капрон) и др.). При пожаре термопласты
размягчаются, плавятся, текут, горят. Это способствует образованию
вторичных очагов горения и распространению пожара.
Термореактивные полимерные материалы не способны переходить в
пластическое состояние без разрушения своей структуры. Происходит это
потому, что в отличие от термопластов, реактопласты имеют обычно не
линейную, цепочечную структуру полимера, а разветвленную, пространственно
сшитую. Типичными представителями термореактивных полимерных
материалов является резина, фенолформальдегидные пластмассы. К ним же
относится и природный полимер – древесина [6].
Реактопласты при нагревании в ходе пожара разлагаются с выделением
газоообразных продуктов пиролиза и образованием твердого углистого остатка,
способного к тлению. Именно способностью к тлению и опасны такого рода
материалы на пожаре.
Потеки термопласта обнаруженные на месте пожара позволяют
предположить, что температура нагрева в данной зоне была больше
температуры размягчения данного полимера или полимерной композиции.
Если вне зоны горения обнаружены оплавления изоляции на проводах, то
можно рассчитать величину токов перегрузки или короткого замыкания,
необходимых для разогрева провода до соответствующей температуры (есть
соответствующая компьютерная программа).
Больший объем информации можно получить с помощью специальных
(инструментальных, химических) методов исследования.
12
ИК-спектроскопия
Инфракрасные спектры полимерных материалов снимаются на
инфракрасных спектрофотометрах общего назначения.
Метод заключается в сравнении обугленных остатков полимерного
материала с пробами этого же материала, не подвергавшегося термическому
воздействию. По наличию в спектрах тех или иных полос отдельных
функциональных групп у несгоревшего полимерного материала можно
выяснить, что это за полимер. При этом у обгоревшего полимерного материала
представляется возможным оценить степень его термического поражения и
ориентировочную температуру нагрева в ходе пожара. Для этого необходимо
рассчитать спектральные критерии - отношения оптических плотностей
характеристических полос спектра.
Термический анализ
Существуют два варианта термического анализа, применяемых для
исследования обгоревших полимерных материалов:
а) весовой метод определения остаточного содержания летучих веществ.
Этот метод прост, но менее информативен. Он вполне пригоден для
определения степени термического поражения полимерных материалов,
образующих углистый остаток при термической деструкции.
б) термогравиметрический и дифференциальный термический анализ.
Термогравиметрический и дифференциальный термический анализ (ТГ- и
ДТА) проводится на специальных приборах, позволяющих нагревать пробу
вещества (доли миллиграмма - миллиграммы) в заданном температурном
режиме и необходимой атмосфере, и, фиксируя при этом, как происходит
убыль массы вещества (термогравиметрический анализ), а также экзо- и
эндоэффекты (дифференциальный термический анализ).
Анализ кривых ТG- и DТА (рис. 2.1) позволяет оценить степень
термического поражения полимерного материала на пожаре, а также получить
множество другой информации, полезной при экспертизе пожара, например,
имея микроколичества материала, оценить его горючесть, поведение при
различных температурах.
13
Рис. 2.1. Дериватограмма пенополиуретана мягкого мебельного “Eterlon 195”
1 - Дифференциально-термическая кривая (DТА);
2 - Дифференциальная кривая убыли массы (D TG);
3 - Кривая убыли массы вещества при нагреве (TG)
Химический анализ водных экстрактов
Метод этот применим для анализа галогеносодержащих полимеров
(например, поливинилхлорида), которые содержат в своей рецептуре активные
наполнители (мел). Такое сочетание компонентов имеет место, в частности, в
поливинилхлоридном линолеуме.
При нагревании в ходе пожара поливинилхлорид начинает разлагаться с
выделением хлористого водорода (происходит реакция дегидрохлориро вания).
И если в материале есть активный наполнитель, то последний реагирует с
хлористым водородом, связывая его:
2HCl + CaCO3 ----> CaCl2 + H2O + CO2
После пожара отобранные пробы карбонизованного линолеума
экстрагируют горячей водой и титрованием определяют содержание иона
хлора, по количеству которого судят о степени термического поражения
материала [6].
Недостатком этого метода является, во-первых, возможность
исследования только достаточно узкого класса материалов, а во-вторых,
возможность потери хлористого кальция за счет вымывания при тушении, что
неминуемо приведет к получению искаженных результатов.
Определение электросопротивления обугленных остатков
Это наиболее быстрый, простой и доступный метод. Правда, метод
применим только для материалов, образующих, как древесина, твердый
углистый остаток при пиролизе и неприменим, например, для некото рых
сортов пенополиуретанов.
Электросопротивление является функцией температуры и длительности
пиролиза (как и у древесины, влияние температуры при этом
преимущественно), и это обстоятельство позволяет использовать
электросопротивление как очень чувствительный и удобный критерий для
14
оценки степени термических поражений полимерных материалов на месте
пожара.
Для выявления зон термических поражений полимерного материала покрытия пола, стен и т.д. - отбирают пробы поверхностного слоя
карбонизованного материала, сушат их, измельчают и определяют величину
удельного электросопротивления (либо остаточного содержания летучих
веществ, спектральные характеристики).
Полученные результаты наносят на план места пожара и строят зоны
термических поражений.
Для определения температуры карбонизации материала необходимо взять
образец такого же материала, не подвергшегося термическому воздействию,
отдельные его навески нагреть в лабораторных условиях при различных
температурах, после чего исследовать полученные пробы и построить график
зависимости электросопротивления обугленных остатков данного материала от
температуры пиролиза.
Этот график можно использовать как калибровочный для определения
температуры карбонизации изъятых с места пожара проб.
2.3
Приборы и оборудование
В работе используется мегаомметр, схема которого приведена на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Схема устройства мегаомметра
В качестве образцов для исследования берутся 2-3 куска обугленного
линолеума, изъятые с места пожара, а также исходный (недеструктированый)
линолеум того же типа.
15
2.4
Порядок проведения работы
1. Изучить теоретические сведения, порядок проведения работы,
устройство мегаомметра, зарисовать схему прибора.
2. Изучить инструкцию по технике безопасности.
3. Измерить электросопротивление обугленных остатков линолеума.
4. Оформить результаты работы.
5. Сформулировать выводы.
От каждого из кусков изъятого с места пожара линолеума отбираются с 45 точек скальпелем пробы карбонизированного слоя в количестве по 0,1-0,2 г.
Пробы помещаются в ступку, где тщательно растираются и усредняются.
Подготовленные пробы помещаются в пробирки или пакетики и
подписываются.
Электросопротивление обугленных остатков полимерных материалов
определяют под давлением 3500-5000 кг/см2. Из подготовленных проб
карбонизованного слоя линолеума берется проба массой около 300-600 мг.
Навеску карбонизованного линолеума загружают в прессформу и
устанавливают прессформу в пресс. С помощью рукоятки пресса по показаниям
манометра создают давление равное 0,5 МПа. К клеммам розетки пресса
присоединяют контакты измерительного прибора и производят замер
электросопротивления. Во избежание порчи мегаомметра замеры следует
производить начиная с самого большого диапазона сопротивлений. После
проведенного измерения пресс-форму вынимают из пресса и тщательно
очищают от остатков порошка угля.
Электросопротивление обугленных остатков линолеума (ПХВ)
монотонно изменяется с увеличением температуры и продолжительности
пиролиза. Поэтому данный параметр может рассматриваться в качестве
критерия степени термического поражения материала. Исследованные образцы
следует расположить на основании полученных данных в ряд с
увеличивающейся степенью термического поражения.
Вопросы для самоконтроля
1. Как ведут себя на пожаре термопластичные полимеры?
2. Как ведут себя на пожаре термоактивные полимеры?
3. Какими лабораторными методами можно исследовать полимерные
материалы, отобранные на месте пожара?
4. Опишите проведение термического анализа.
5. Изложите сущность химического анализа водных экстрактов.
16
Лабораторная работа №3
Изучение горения металлов и сплавов
3.1. Цель работы: изучить основные структурные изменения,
сопровождаемые изменением физических и физико-химических свойств
металлов и сплавов, инструментальные исследования стальных конструкций и
изделий.
3.2. Теоретические сведения
Гореть способны щелочные и щелочноземельные металлы (K, Na, Mg). В
определенных условиях способны окисляться (т.е. взаимодействовать с
кислородом воздуха) металлы и сплавы, обычно не считающиеся горючими.
Примером в данном случае могут быть широко распространенные в качестве
конструкционных материалов алюмомагниевые сплавы.
В таблице
3.1
приведены
температуры
самовоспламенения
алюмомагниевых сплавов. Они получены методом ДТА для мелкодисперсных
порошков (диаметр частиц менее 50 мкм). На развившемся пожаре, при
хорошей пожарной нагрузке способны гореть и сплавы в виде элементов
конструкций. Алюминиевые сплавы горят, когда температура их нагрева на
пожаре приближается к температуре плавления, при этом подплавляется,
становится рыхлой и проницаемой для кислорода воздуха защитная пленка у
них на поверхности.
Таблица 3.1
17
775,0
885,0
990,0
995,0
1100
5500
5520
5510
5545
5560
334,8
5500
661,6
228,0
5540
4460
220,0
5555
449,9
115,5
5540
4470
9,1
560
445,4
0
не горит
4450
Содержание
Mg в
сплаве, %
масс.
Температура
самовоспл.,
0
С
Температуры самовоспламенения алюмомагниевых сплавов на воздухе
(порошки 0-50 мкм, ДТА)
Изменения структуры металла при нагревании происходят в довольно
широком интервале температур.
Наиболее распространенными сталями являются стали обыкновенного
качества, типа Ст.3, 20, 08 кп и др. Гораздо реже на месте пожара встречаются
легированные стали; они используются лишь при производстве специального
оборудования, инструмента.
Стали обыкновенного качества и изделия из них в свою очередь по
способу изготовления подразделяются на:
1) горячекатаные (прошедшие прокатку на вальцах при температуре 8000
900 С и выше);
2) холоднодеформированные стальные изделия (т.е. изделия, которые
подвергались в процессе изготовления холодной деформации - штамповке,
вытяжке, высадке и т.д.).
Горячекатаные стали
Горячекатаные стали широко распространены, т.к. именно они
составляют основную номенклатуру металлопроката (швеллеры, двутавры,
уголки, большая часть трубных изделий, горячекатаный листовой прокат и
т.д.), а также из них изготавливаются строительные металлоконструкции. До
600-700 0С изменений в структуре и физико-механических свойствах в
горячекатаных сталях практически не происходит.
Выше этих температур изменения в структуре металла начинают происходить и их можно зафиксировать классическим для металлов методом металлографией. Такое исследование позволяет определить ориентировочно
температуру нагрева стали в различных зонах пожара и выявить зоны, где
горение происходило наиболее интенсивно.
Для этого необходимо:
- выпилить из металлоконструкций образцы;
- сделать на образцах шлифы, протравить их, то есть обработать
специальными растворами кислот;
- провести исследование шлифов под микроскопом.
Использование метода металлографии в поисках очага не целесообразно.
В данном случае исследование окалины даст наиболее быстрый и достаточно
точный результат.
Отбор проб окалины проводят только в тех местах, где имеется плотный
ее слой, без пузырей. Окалину отбивают с помощью молотка и зубила, либо,
если конструкцию можно согнуть, ее деформацией - при этом окалина
осыпается.
Пробы привозят в лабораторию, где измеряют микрометром толщину
окалины, а затем проводят ее анализ.
Анализ окалины осуществляют:
18
а) химическим методом, то есть путем растворения в кислотах и
комплексонометрического титрования с определением содержания в пробе
двух- и трехвалентного железа;
б) методом рентгеноструктурного анализа с определением содержания в
пробе окалины вустита, гематита, магнетита.
Далее, исходя из полученных данных, с помощью специальных
номограмм определяется температура и длительность высокотемпературного
нагрева конструкций в зонах отбора проб окалины.
Полученные результаты наносятся на план места пожара - строятся
температурные и временные зоны.
В случае необходимости определения степени термического поражения
горячекатаных изделий непосредственно на месте пожара используют метод
вихретокового зондирования.
Выявить зоны более низкотемпературные можно путем анализа
карбонизированных остатков лакокрасочных покрытий [6].
Холоднодеформированные стальные изделия
К наиболее распространенным холоднодеформированным стальным
изделиям относятся: крепежные изделия – болты, гвозди, шурупы, скобы;
бывают холоднодеформированные трубы; холоднодеформированными
являются штампованные корпуса холодильников, стиральных машин и другой
бытовой техники, автомобилей и т.п.
Обработка изделий в процессе их изготовления методом холодной
деформации (холодной штамповки, высадки, волочения) приводит к изменению
структуры металла, сплава и соответствующему изменению его физикомеханических свойств. Металл приобретает упрочнение, так называемый
наклеп, но при этом находится в термодинамически неустойчивом состоянии.
Он стремится перейти в исходное состояние, но при нормальной температуре
это ему не удается. Реализуется стремление к переходу в исходное состояние
при нагреве металла, в частности, в ходе пожара.
При нагреве холоднодеформированных стальных изделий в них
протекают так называемые дорекристаллизационные и рекристаллизационные
процессы (возврат - полигонизация - рекристаллизация), при этом
последовательно
меняется
структура
изделия,
а
также
его
структурочувствительные физико-механические характеристики. Возникает
равновесная структура, и металл как бы возвращается в прежнее (присущее ему
до обработки холодной деформацией) состояние (рис.3.1).
Ценной для эксперта особенностью рекристаллизационных процессов
является то обстоятельство, что в отличие от свойственных металлу фазовых
переходов, они протекают не при фиксированной температуре, а в довольно
широком интервале температур. Чем выше температура и больше
продолжительность нагрева, тем полнее протекает процесс рекристаллизации.
19
Чтобы оценить степень термических поражений конструкций в зонах пожара,
необходимо определить степень рекристаллизации каждого изъятого с места
пожара холоднодеформированного изделия. Сделать это можно несколькими
инструментальными методами:
1. Определение твердости (микротвердости).
Одной из структурочувствительных характеристик является твердость
изделия.
У
холоднодеформированного
изделия
она
выше,
у
рекристализованного – ниже.
Существуют специальные методы определения твердости и приборы твердомеры и микротвердомеры.
Данный метод не достаточно эффективен, так как твердость резко
меняется при 500-600 0С, мало изменяясь в прочих температурных диапазонах.
Рис.3.1. Схема изменения структуры стали при холодной деформации
и при нагреве (в ходе рекристаллизации)
2. Определение коэффициента формы
В процессе рекристаллизации меняется форма зерна металла из
вытянутой она становится равноосной (рис. 3.1). Поэтому в качестве
количественного критерия для оценки степени рекристаллизации можно
использовать величину, называемую коэффициентом формы. Это соотношение
размеров зерен металла по горизонтали и вертикали, определяемое на шлифе
холоднодеформированного изделия под микроскопом. У болтов из Ст.3 этот
коэффициент по экспериментальным данным меняется при нагреве следующим
образом:
исходный болт - 0,33;
после нагрева при 600 0С - 0,49;
после нагрева при 700 -900 0С - 0,82-0,89.
3) Магнитные исследования
Одной из наиболее структурочувствительных характеристик у сталей
является коэрцитивная сила - величина напряженности магнитного поля,
которая необходима для полного размагничивания предварительно
намагниченного стального изделия. Величина коэрцитивной силы (или
пропорционального ей тока размагничивания) при рекристаллизации
холоднодеформированных стальных изделий последовательно уменьшается.
Причем происходит это в достаточно широких температурных пределах - от
200 до 600-700 0С (рис. 3.2). Это обстоятельство дает возможность, исследуя
20
рассредоточенные по месту пожара холоднодеформированные изделия,
выявлять там зоны термических поражений.
Рис. 3.2. График изменения твердости по Бринелю (НВ) и тока размагничивания (Jр)
холоднодеформированного изделия (болт М8) при нагревании в динамическом режиме.
Скорость нагрева: 1,3 - 8 град./мин, 2 - 4,5 град./мин
Исследование можно проводить как в лабораторных, так и в полевых
условиях, непосредственно на месте пожара. Для этого на месте пожара нужно
найти
однотипные
холоднодеформированные
металлоизделия,
рассредоточенные по зоне пожара. Длина изделия должна быть не менее 40 мм
(таково
расстояние между полюсами
датчика-преобразователя
у
коэрцитиметра).
Особая подготовка поверхности изделия перед измерением не требуется надо счистить лишь остатки краски и пузыри окалины.
3.3. Приборы и оборудование
Исследование проводится с помощью приборов, называемых коэрцитиметрами (КИФМ-1, КФ-3М (рис.3.3), структуроскоп МФ-31КЦ и др.). Приборы
указанных типов состоят из основного (измерительного) блока и выносного
датчика- преобразователя.
Рис. 3.3. Коэрцитиметр КФ-3М.
21
3.4 Порядок проведения работы
1. Изучить устройство коэрцитиметра КФ-3М, зарисовать схему прибора.
2. Изучить инструкцию по технике безопасности.
3. Измерить значения коэрцитивной силы.
4. Рассчитать среднее арифметическое значение коэрцитивной силы.
5. Оформить результаты работы.
Преобразователь устанавливается на изделие, и после нажатия кнопки
"измерение" прибором автоматически осуществляется цикл "намагничивание размагничивание" и определяется коэрцитивная сила. Обычно на одном
изделии проводится 6-10 параллельных измерений, после чего рассчитывается
среднее арифметическое значение коэрцитивной силы. Все это занимает 5-7
минут времени.
Результаты измерений коэрцитивной силы изделий, рассредоточенных по
месту пожара, наносятся на план места пожара, после чего вычерчиваются зоны
термических поражений, как при ультразвуковом методе исследования бетона и
железобетона.
Как и ультразвуковой метод, метод измерения коэрцитивной силы сравнительный. Поэтому, отметим еще раз, исследовать надо однотипные
изделия, одних размеров и, желательно, одной партии.
Вопросы для самоконтроля
1. Какова классификация стальных изделий обычного типа.
2. Назовите методы исследований горячекатаных стальных изделий.
Сущность, методы анализа.
3.
Опишите
свойства
и
основные
характеристики
холоднодеформированных стальных изделий.
4. Изложите сущность методов определения твердости изделия и
коэффициента формы.
5. Опишите магнитные исследования и метод измерения коэрцитивной
силы.
Лабораторная работа №4
Исследование обугленных остатков древесины
и древесных композиционных материалов
4.1. Цель работы: изучить основные структурные изменения,
сопровождаемые обугливанием древесины и древесных композиционных
материалов и основные методы анализа последствий процесса термического
разложения древесины.
22
4.1
Теоретические сведения
Механизм горения древесины под воздействием внешних тепловых
потоков изображен на рис. 4.1.
Предположим, что внешний тепловой поток воздействует на древесину
(рис.4.1а) - это приводит к пиролизу (термическому разложению) древесины и
выделению газообразных продуктов пиролиза. Как только скорость их
выделения возрастет до величины, которая позволит образоваться над
поверхностью древесины локальной концентрации этих газообразных горючих
продуктов выше НКПР, может произойти их воспламенение с последующим
горением над поверхностью древесины. Пламя над поверхностью вместе с
внешним тепловым потоком еще сильнее прогревает обугленную поверхность
древесины, фронт обугливания постепенно передвигается вглубь древесины,
при этом выделяются все новые порции горючих летучих веществ, которые
сгорают в газовой фазе. Рассмотренный процесс представляет собой I стадию пламенное горение древесины (рис. 4.1б.).
Когда древесина переуглится полностью или близко к этому и летучих
веществ начинает не хватать для поддержания пламенного горения, пламя над
поверхностью древесины затухает и начинается II стадия - беспламенное
(гетерогенное) горение угля – тление (рис.4.1в). Гетерогенным такое горение
называется потому, что газовая фаза (кислород воздуха) взаимодейс твует уже
не с газообразными продуктами пиролиза, а непосредственно с твердой фазой углем.
Рис.4.1. Схематичное изображение стадий горения древесины под воздействием внешнего
теплового потока:
а) нагрев, начало пиролиза; б) пламенное горение; в) тление угля
Уголь может гореть (тлеть) вплоть до полного сгорания - до золы, т.е.
пока участок деревянной конструкции не выгорит полностью.
При малоинтенсивном внешнем тепловом воздействии на деревянные
конструкции, когда количество выделяемых летучих веществ относительно
мало (ниже нижнего концентрационного предела распространения пламени),
пламенное горение может вообще не возникнуть. Выгорание конструкции
будет происходить в режиме тления.
В результате всех указанных процессов формируются следы термических
поражений древесины:
23
- обугливание на различную глубину;
- полное выгорание в отдельных зонах (прогары).
Внешний вид угля несет определенную информацию об условиях, в
которых он образовался.
При интенсивном пламенном горении образуется легкий, рыхлый уголь с
крупными трещинами. Уголь плотный, тяжелый, иногда с коричневатым
оттенком и даже 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.
Оценить степень термических поражений древесины можно измерением
глубины обугливания. При этом решаются следующие задачи:
а) оценивается изменение степени термического поражения по длине и
высоте конструкции;
б) определяется направленность теплового воздействия или более интенсивного теплового воздействия.
Пример определения направленности теплового воздействия показан на
рис. 4.2. Из результатов измерения глубины обугливания с разных сторон
деревянного столба следует, что наиболее интенсивному нагреву он
подвергался с левой стороны.
Рис. 4.2. Определение направленности теплового воздействия на
деревянный столб по глубине обугливания
Информация о глубине обугливания деревянных конструкций в различных зонах пожара обязательно заносится в протоколы осмотра места пожара.
Измерение глубины обугливания древесины проводится методом
пенетрации (протыкания). Производится это с помощью любого острого
металлического предмета, например, шила, гвоздя, спицы. Такой предмет
достаточно свободно протыкает уголь, но хуже входит в более плотную
древесину.
Лучше всего измерять глубину обугливания с помощью колумбуса штангенциркуля-глубиномера, который имеет выдвижной хвостовик. Схема
измерения глубины обугливания приведена на рис. 4.3.
24
Рис. 4.3. Схема измерения глубины обугливания
Кроме толщины слоя угля hу , в точке измерения следует определить
величину потери сечения конструкции hп. А глубина обугливания Н
рассчитывается как сумма этих двух величин:
H = hу + hп.
(4.1)
Измеренные на месте пожара величины Н можно и нужно использовать
как критерий степени термического поражения древесины в различных зо нах
пожара.
В условиях специальных испытаний (при сжигании деревянных
конструкций в огневых печах по стандартному температурному режиму
пожара) скорость обугливания ее вглубь составляет 0,6-0,8 мм/мин. Принимая
скорость обугливания для упрощения равной 1 мм/мин, длительность горения
рассчитывается исходя из следующего: если доска обуглилась на глубину,
например, 23 мм, а скорость обугливания 1 мм/мин, то значит, доска горела 23:
1= 23 мин.
Скорость обугливания древесины непосредственно зависит от теплового
потока, на нее воздействующего, и эта зависимость выражается формулой:
Rw = 2,2 10-2 I, мм/мин,
(4.2)
где I - тепловой поток, воздействующий на поверхность древесины,
2
кВт/м .
При температуре равной 1100 0С, которая достигается в отдельных зонах
помещения при пожаре, излучение черного тела составляет 200 кВт/м 2.
Подставив данное значение теплового потока (I) в приведенную выше формуле,
легко сосчитать, что в этом случае скорость обугливания Rw составит 4,4
мм/мин. А общий диапазон значений Rw на пожаре в зависимости от теплового
потока или соответствующей температуры пиролиза может составить: 0,3-4,5
мм/мин, т.е. различаться в 15 раз.
Недостаточная точность определения длительности горения визуальным
осмотром и простейшими измерениями вынуждает использовать
инструментальные методы и методики.
При визуальном осмотре места пожара могут быть выявлены сквозные
прогары или полное выгорание деревянных конструкций. Это признак
экстремально высоких термических поражений конструкций. Его необходимо
25
зафиксировать в протоколе осмотра места пожара и учитывать при
определении очага пожара.
Локальные прогары с четко очерченными границами образуются при
длительном низкотемпературном пиролизе (тлении).
Если уничтоженные огнем сгораемые конструкции (например,
деревянные) - крыши, покрытия, перекрытия - имеют несгораемые
металлические детали (крупные гвозди, болты, крепления), то при выгорании
конструкции они осыпаются вниз. За пределами участка, выгоревшего над
очагом, конструкции рушатся, еще полностью не сгорая, вместе с
несгораемыми деталями. Таким образом, скопление, например, гвоздей в
каком-то одном месте может иногда служить дополнительным признаком очага
пожара.
Любой инструментальный метод исследования материала после пожара
основан на фиксации с помощью приборов невидимых глазу изменений в
материале, его структуре, физико-химических свойствах, которые четко
взаимосвязаны с условиями теплового воздействия на материал в ходе пожара.
Чем выше температура и длительность горения, тем в древесном угле:
- меньше остаточное содержание водорода, азота и других гетероатомов
и, наоборот, больше процентное содержание углерода;
- меньше остаточное содержание летучих веществ;
- ниже электросопротивление проб угля.
Существуют и специфические признаки очаговой зоны, такие как
аномально низкая интенсивность люминесценции экстрактов углей, что
характерно для зон длительного пиролиза (более 1-1,5 часов). Таким образом,
по свойствам углей, как и по глубине обугливания, можно оценить степень их
термического поражения.
Современные методики позволяют определять не только степень
термических поражений, но и температуру, и длительность горения. Ведь одна
и та же степень термического поражения может быть следствием разного
сочетания этих параметров. То есть, доска обуглится на 20 мм как при
воздействии температуры равной 700 0С в течение 10 мин., так и 400 0С в
течение 40-50 мин. Следовательно, для получения достоверной информации о
температуре и продолжительности пожара, необходимо использовать методы,
которые основаны на исследовании результатов двух параллельно
протекающих процессов – обугливания древесины вглубь и изменений физикохимических свойств поверхностного слоя угля.
В 70-х годах американские ученые Ли, Хайкен и Зингер, изучая процесс
пиролиза древесины под воздействием лазерного излучения, показали, что
пиролиз древесины происходит под воздействием постепенно продвигающейся
внутрь материала температурной зоны - так называемой "волны обугливания"
(рис. 4.4.). Волна имеет температурные границы:
Тр – температура, при которой материал начинает пиролизоваться со
скоростью, поддающейся измерению;
26
Тс - характерная температура, при которой материал полностью
обугливается.
Внутри волны существует несколько зон, показанных на рис. 4.4; в
некоторых из них происходит поглощение тепла (эндотермические зоны), в
других - выделение тепла (экзотермические зоны).
Рис. 4.4. Схема «Волна обугливания» (по Ли, Хайкену, Зингеру)
Общая толщина волны обугливания составляет от десятых долей сантиметра до 1,0-1,5 см - чем больше тепловой поток и температура на поверхности
древесины, тем тоньше волна обугливания.
Экспериментальными исследованиями было установлено, что измеренная
методом пенетрации глубина обугливания древесины соответствует примерно
середине волны - температурной зоне 340-350 0С.
Как продвигается эта волна в зависимости от температуры и,
соответственно, как меняется глубина обугливания в зависимости от температуры и длительности нагрева древесины можно видеть на графике, приведенном на рис. 4.5.
Зависимость глубины обугливания Н от температуры и длительности
пиролиза древесины, показанная графически на рис. 4.5, может быть выражена
уравнением Аррениуса для химической реакции нулевого порядка, ко торое
после подстановки определенных экспериментальным путем коэффициентов
имеет вид:
ln (Н/ д) = 2,01 - 1730/ T,
(4.3)
где:
- длительность пиролиза древесины, мин;
Т - температура пиролиза, К.
Образцы древесины сжигались в различных условиях, отбирались и
анализировались пробы поверхностного слоя угля. Полученные результаты
показаны на графике (рис. 4.6).
Электросопротивление угля очень резко меняется с увеличением
температуры и длительности горения. Если при низких температурах пиролиза
оно порядка 1 108 -1 109 Ом см (десятичный логарифм удельного электросопротивления Р равен, соответственно, 8-9 ), то при высоких температурах
оно составляет единицы - десятки Ом см. (Р=0-1).
д
27
Рис. 4.5. График зависимости глубины обугливания древесины от температуры и
продолжительности пиролиза
Данная
графическая
зависимость
логарифма
удельного
электросопротивления Р от температуры и длительности пиролиза также может
быть выражена уравнением Аррениусова типа, но с иными коэффициентами:
ln [(10-Р)/ P
д]
= 4,16 - 6270/ Т
(4.4)
Рис. 4.6. График зависимости удельного электросопротивления угля от температуры и
продолжительности пиролиза (горения)
Экспериментальные точки для опытов со средневременными
температурами, 0С:
- 300-450;
- 450-550;
- 550-750.
Кривые построены для средних температур (375, 500, 650 С) по
уравнению (4.4). Получены два уравнения: кинетическое уравнение (4.3)
обугливания древесины вглубь и уравнение (4.4), описывающее изменение
электрических свойств угля.
При этом в уравнениях два неизвестных - T и .
Если измерение глубины обугливания Н и отбор пробы для измерения
электросопротивления (Р = lg R) проводились в одной точке, то можно считать,
что Т и τ в обоих уравнениях совпадают. В этом случае уравнения (4.3) и (4.4)
можно объединить в систему. Результатом решения системы двух уравнений с
28
двумя неизвестными являются уравнения для расчета температуры и
длительности
пиролиза
древесины
по
результатам
определения
электросопротивления угля и измеренной глубины обугливания в точке отбора
пробы:
Т= 4540/{ln[H P/(10 – P)] + 2,15}, К
(4.5)
д
= exp {1,38 lnH + 0,38ln[P/(10 – P)] –1,19}, мин
(4.6)
Аналогичным образом были получены уравнения для расчета температуры и длительности пиролиза на пожаре по результатам определения остаточного содержания в угле летучих веществ L и атомного соотношения в угле
атомов углерода и водорода F, которое определяется по результатам
элементного анализа:
Т= 3540/ [lnH (1/L2 - 4 10-4)] – 4,22 , 0C
(4.7)
д=
exp[1,49lnH – 0,49ln(1/L2 -4 10-4) – 4,07], мин
T= 3270/ {ln[H F/(0,7 – F)] + 0,29}, K
д=
exp[1,53lnH + 0,53ln[F/(0,7 – F)] - 1,86}, мин.
где F = 12 H/C
(4.8)
(4.9)
(4.10)
(4.11)
По существующей методике кроме продолжительности пиролиза
древесины (τ д), по специальным формулам рассчитывается продолжительность
индукционного периода, предшествующего пиролизу древесины, а в случае
сквозных прогаров еще и продолжительность выгорания угля. Общая
продолжительность теплового воздействия на деревянную конструкцию
рассчитывается как сумма указанных величин.
Пробы углей следует отбирать на обугленных участках деревянных
конструкций, там, где слой угля не нарушен (не сколот). С поверхности угля
кисточкой смахивают золу и остатки пожарного мусора, после чего аккуратно
срезают верхний, 3-5 миллиметровый слой угля. Для анализов необходимо не
более 1-2 граммов угля. Предварительно в точке отбора пробы угля измеряют
методом пенетрации толщину слоя угля hу , величину потери сечения
конструкции hп и результаты измерений заносят в протокол.
Пробы угля упаковывают в полиэтиленовые или бумажные пакетики,
нумеруют, оформляют изъятие проб в соответствии с процессуальными
нормами и отправляют на исследование в лабораторию.
Существуют два метода исследования древесных углей:
1) тигельный метод определения остаточного содержания летучих
веществ в углях;
29
2) определение электросопротивления углей.
Исследование обугленных древесностружечных плит
Для исследования ДСП существуют расчетные формулы и номограммы,
позволяющие по результатам анализа определить температуру и длительность
пиролиза плиты.
У обугленных ДСП очень плотный уголь, поэтому метод пенетрации не
используется. Для исследования используют в качестве критерия - величину
потери сечения плиты в точке отбора пробы угля h п.
На месте пожара целесообразно отбирать 10-15 и более проб углей. После
их исследования и расчета значений T и
целесообразно использовать
полученные данные следующим образом.
а) Данные по длительности пиролиза используются:
- для построения временных зон и определения зоны максимальной
длительности горения ( потенциального очага);
- для приблизительного расчета времени начала горения
б) Данные по температуре пиролиза в тех или иных зонах используются
для определения характера процесса горения (низкотемпературный пиролиз
(тление) или имело место интенсивное горение).
4.3 Приборы и оборудование
Для измерений необходим прибор, определяющий величину
электрического сопротивления постоянному току в пределах от 1-10 до 108 –
109 Ом. Могут использоваться мегаомметры (Е 6-16 и др.) (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Схема оборудования для измерения удельного электросопротивления обугленных
остатков древесины (мегаомметр Е6-16, пресс, пресс-форма)
4.4 Порядок проведения работы
1. Изучить устройство мегаомметра Е6-16, зарисовать схему прибора;
2. Изучить инструкцию по технике безопасности;
30
3. Провести измерение удельного электросопротивления обугленных
остатков древесины;
4. Рассчитать температуру и длительность пиролиза древесины;
5. Оформить результаты работы;
6. Сформировать выводы.
Электросопротивление проб углей определяется под давлением 35005000 кг/см2. Для этого существует специальный гидравлический пресс.
Предварительно высушенную пробу угля засыпают в пресс-форму, сжимают с
заданным усилием и измеряют в момент сжатия ее электросопротивление.
Расчет температуры и длительности пиролиза древесины производится по
результатам
анализа
углей.
Подготовку
углей,
измерение
электросопротивления и расчет Т, можно при необходимости проводить и
непосредственно на месте пожара; для этого существует специальный полевой
комплект оборудования.
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите стадии горения древесины под воздействием внешнего
теплового потока.
2. Опишите визуальное исследование угля.
3. Назовите инструментальные методы исследования.
4. Изложите сущность метода определения электросопротивления углей.
5. Опишите исследование обугленных древесностружечных плит.
Библиографический список
1.
Теребнев, Владимир Васильевич. Пожарная техника. Кн. 1:
Пожарно-техническое вооружение. Устройство и применение/ Теребнев В.В.,
Ульянов Н.И., Грачев В.А.; под общ. Ред. В.В. Теребнева. – М.: Центр
Пропаганды, 2007. – 323 с.
2.
Теребнев, Владимир Васильевич. Пожарная техника. Кн. 2:
Пожарные машины. Устройство и применение/ Теребнев В.В., Ульянов Н.И.,
Грачев В.А.; под общ. Ред. В.В. Теребнева. – М.: Центр Пропаганды, 2007. –
325 с.
3.
Теребнев, Владимир Васильевич. Пожарная тактика/ Теребнев
В.В., Подгрушный А.В. – М.: [б.и.], 2007. – 537 с.
4.
Однолько, Андрей Андреевич. Особенности тушения пожаров на
различных объектах: учеб.-метод. пособие: рек. ВГАСУ / Однолько А.А.,
Колодяжный С.А., Старцева Н.А.; Воронеж гос. архит.- строит. ун-т. – 2-е изд.,
перераб. и доп. – Воронеж: [б.и.], 2009. – 109 с.
5.
Теребнев, Владимир Васильевич. Пожарная тактика. Основы
тушения пожаров: учеб. пособие: допущено М-вом РФ по делам граждан.
31
обороны / Теребнев В.В., Подгрушный А.В.; под общ. Ред. М.М. Верзилина. –
2-е изд. – М.: 2010. – 510 с.
6.
Однолько, Андрей Андреевич. Теория горения и взрыва.
Возникновение и распространение горения. Оценка пожаровзрывобезопасности
веществ и материалов: курс лекций/ Однолько А.А., Колодяжный С.А.,
Старцева Н.А.; Воронеж гос. архит.- строит. ун-т. – 2-е изд., перераб. и доп. –
Воронеж: [б.и.], 2011. – 135 с.
7.
Федоров , Виктор Сергеевич. Противопожарная защита зданий.
Конструктивные и планировочные решения: учеб. пособие / Федоров В.С.,
Колчунов В.И., Левитский В.Е. – М.: АСВ, 2012.- 175 с.
ИЗУЧЕНИЕ ОБУГЛЕННЫХ ОСТАТКОВ МАТЕРИАЛОВ ПРИ
РАССЛЕДОВАНИИ И ЭКСПЕРТИЗЕ ПОЖАРОВ
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
для студентов 5-го курса, обучающихся по специальности 200105
«Пожарная безопасность»
Составители: Скляров Кирилл Александрович,
Сушко Елена Анатольевна,
Паршина Анастасия Петровна
Подписано в печать 27.06. 2014.Формат 60x84 1/16.
Уч.-изд. л. 2 . Усл.-печ. л. 2,1. 2.1. Бумага писчая. Тираж 70 экз. Заказ № 305.
____________________________________________________________________
Отпечатано: отдел оперативной полиграфии издательства учебной
литературы и учебно-методических пособий Воронежского ГАСУ
394006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
32
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
28
Размер файла
627 Кб
Теги
290, остатков, обугленных, материалы, изучения, расследования
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа