13

6. Исследование неорганических строительных материалов

6.1. Номенклатура неорганических строительных материалов

и их превращения в условиях пожара

Наиболее распространенные на месте пожара каменные искусственные неорганические строительные материалы можно разделить на две группы:

- материалы, изготовленные обжиговым методом;

- материалы, изготовленные безобжиговым методом.

Материалы, изготовленные обжиговым методом, т.е. прошедшие высокотемпературную обработку (обжиг) в процессе изготовления на заводе, при вторичном нагреве в ходе пожара практически не меняют своего сос­тава, структуры и свойств. Получить путем их исследования какую-либо информацию о пожаре довольно сложно. Поэтому материалы этой группы после пожара экспертно-криминалистическому исследованию обычно не под­вергаются. К материалам и изделиям этой группы относятся красный кирпич, керамическая плитка. С некоторой долей условности к ней можно отнести и стеклоблоки.

Материалы, изготовленные безобжиговым методом, по типу использованного связующего можно условно разделить на три подгруппы:

- материалы на основе цемента;

- извести;

- гипса.

Цемент, известь, гипс - три главных минеральных связующих, три "кита", на которых держится вся мировая промышленность строительных материалов. Основные материалы и изделия, выпускаемые на основе этих вяжущих и их смесей, показаны на рис.6.1.

бетон

и

железо-бетон

Фасонные изделия, декоративные, звуко-изоляционные плиты перегородки и блоки пазогребневой конструкции гипс

Рис.6.1. Номенклатура строительных материалов на основе минеральных связующих.

Материалы, изготовленные безобжиговым методом, являются достаточно информативным объектом визуального и инструментального исследования после пожара.

Для того чтобы понять, какие изменения могут происходить в этих материалах при нагревании в ходе пожара, как их фиксировать и как использовать полученную информацию при поисках очага, рассмотрим, что из себя представляют указанные связующие с химической точки зрения.

Самый распространенный вид цемента, так называемый портландцемент, имеет, как известно, следующий состав:

- 42-60% - трехкальциевый силикат, алит

( химическая брутто-формула -3СаОSiO₂ или, как ее обозначают в химиии силикатов - С₃S )

- 15-35% - двухкальциевый силикат, белит

( 2СаОSiO₂; C₂S )

- 5-14% - трехкальциевый алюминат

( 3СаОAl₂O₃; С₃A )

- 10-16% - четырехкальциевый алюмоферрит

( 4СаОAl₂O₃Fe₂O₃; C₄AF )

После смешивания цемента с водой, изготовления цементного теста и затвердевания образуется цементный камень. Это комплексный кальциевый гидросиликат и алюмоферрит примерно следующей брут­то-формулы:

m CaO  nSiO₂  kAl₂O₃  rFe₂O₃  pН₂O,

Иными словамии, это сочетание гидратированных окислов кальция, кремния, с при­месью окислов алюминия и железа; при этом количество каждого из окис­лов в соединении (величина коэффициентов m, n, k, p, r) может быть различно.

Известковый камень образуется при смешении извести с песком и во­дой и последующем твердении этой смеси. Вот как это происходит, например, при производстве на заводе так называемого силикатного кирпича. Негашеная известь (CaO) смешивается с песком (SiO₂) и прессуется в атмосфере насыщенного водяного па­ра. В результате образуется кальциевый гидросиликат брутто- формулы:

mCaO  nSiO₂  pH₂O

Можно заметить, что по составу он очень близок к цементному камню, если не обращать внимания на небольшое содержание в последнем оксидов железа и аллюминия.

При нагревании в ходе пожара кальциевый гидросиликат начинает постепенно терять воду, и тем больше, чем больше температура и длительность нагрева:

mCaO  nSiO₂  pH₂O -----> mCaO  nSiO₂

Процесс происходит постепенно, в интервале температур от 120-150⁰С до 700⁰С.

По мере потери воды цементный и известковый камень разрушаются, в них появляются микро- а затем и макротрещины. В бетоне и железобетоне ситуация усугубляется разным коэффициентом расширения цементного камня, крупного заполнителя (щебня) и стальной арматуры. Чем выше температура и больше продолжительность нагрева, тем больше термические поражения цементного (известкового) камня, степень его разрушения.

В отличие от цементного и известкового камня дегидратация (потеря воды) гипсовым камнем происходит ступенчато, при строго определенных температурах. До пожара гипсовый камень в строительных изделиях представляет так называемый дигидрат – CaSO₄ * 2 H₂O. С увеличением температуры нагрева дигидрат сначала отщепляет полторы молекулы воды и переходит в полугидрат, а затем последовательно в так называемые гамма-, бетта-, и альфа- ангидриты (безводные формы гипса):

90-130 С

290 С

300-500 С

C aSO₄2H₂O CaSO₄0,5H₂O CaSO₄

1200 С

 CaSO₄  CaSO₄+ CaO

Переходы гипса из формы в форму сопровождаются, как и у цементного камня, изменением механических и физико-химических свойств и это обстоятельство дает возможность при исследовании места пожара получать информацию, необходимую для выявления его очага.

Начнем с признаков термических поражений, которые можно обнаружить визуально.