Классификация неорганических строительных материалов для целей пожарно-технической экспертизы.

 

Наиболее распространенные на месте пожара неорганические строительные материалы можно для целей пожарно-технической экспертизы разделить на две большие группы:

материалы, при изготовлении которых используются высокие температуры обжига или плавления,

материалы, изготовленные без использования высоких температур (не выше температуры перегретого водяного пара).

Материалы, прошедшие высокотемпературную обработку 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:

А. Материалы, полученные путем обжига:

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)

Б. Материалы, полученные путем плавления:

стекла, шлакостекла, петростекла.

Материалы, изготовленные с использованием температур, не превышающих температуру перегретого пара (при производстве некоторых из них используется пропарка) могут быть объектами пожарно-технической экспертизы. Среди них различают:

А. Изделия на основе неорганических вяжущих материалов:

с применением воздушных вяжущих материалов - гипса, извести (способны после смешивания с водой затвердевать и сохранять довольно долго свою прочность на воздухе),

с применением гидравлических вяжущих материалов – различных цементов (при смешивании с водой застывают на воздухе и сохраняют свою прочность на воздухе и в воде).

Б. Силикатные строительные материалы:

силикатный кирпич, газосиликат, пеносиликат (изготавливаются из смеси негашеной извести и кварцевого песка).

Таким образом, можно констатировать, что цемент, известь, гипс - три главных минеральных связующих, три "кита", на которых держится вся мировая промышленность строительных материалов.

 

Поведение строительных материалов с различными видами неорганических связующих на пожаре.

Для того, чтобы понять, какие изменения могут происходить в этих материалах и изделиях из них при нагревании в ходе пожара, как их фиксировать и как использовать полученную информацию при поисках очага, рассмотрим, что собой представляют указанные связующие и какие физико-химические преобразования происходят с ними в ходе нагрева до высоких температур.

Цементы.

Под названием «цементы» объединяют вещества, которые совместно с песком образуют раствор, затвердевающий при взаимодействии с водой. Самым распространенным и наилучшим в настоящее время цементом является «портланд-цемент», получающийся прокаливанием известняка с глиной, содержащей определенные соотношения силикатов кальция алюмината кальция, феррита кальция. Тонко размолотые и хорошо перемешанные составные части обжигают в специальных трубчатых печах при 1400-1450 оС. Полученный материал (клинкер) подвергают очень тонкому размолу.

Основные компоненты цементного клинкера:

силикат кальция – (3СаО*SiO2 составляет 40-60% и 2СаО*SiO2 составляет 15-35%),

алюминат кальция (3СаО*Аl2O3 составляет 5-15%)

алюмоферрит кальция (4СаО*Аl2O3*Fe2O3 составляет 10-15%).

Затвердевание цемента при смешивании с водой происходит в результате гидратации, с образованием кристаллических:

гидроокиси кальция (Са(ОН)2)

гидроалюмината кальция

гидроферрита кальция.

В то время как силикаты превращаются в коллоидные гидросиликаты кальция, за счет которых осуществляется сцепление массы.

Известь

Гашеная известь представляет соббой гидроокись кальция Са(ОН)2 и является продуктом взаимодействия окиси кальция (СаО – негашеная известь) с водой. Гашеная известь, приготовленная с определенным количеством воды представляет собой коллоидную пасту, содержащую значительно больше воды, чем это соответствует формуле Са(ОН)2. Эта паста в смеси с песком образует штукатурный раствор, который схватывается сначала за счет потери воды в пористый кирпич и испарения воды. Через годы раствор затвердевает, взаимодействуя с углекислым газом воздуха, происходит реакция с образованием карбоната кальция.

Са(ОН)2 +СО2 ® СаСО3

При производстве силикатного (белого) кирпича негашеная известь смешивается с песком (SiO2) и прессуется в атмосфере насыщенного водяного пара. В результате образуется кальциевый гидросиликат

mCaO nSiO2 рН2О

очень близкий к цементному камню.

При нагревании в ходе пожара кальциевый гидросиликат, основной компонент цементного и известкового камня, начинает постепенно терять воду, причем тем больше, чем больше температура и длительность нагрева. Процесс потери кристаллизационной воды называется дегидратацией.

mCaO nSiO2 pH2O -----> mCaO nSiO2

Следует различать кристаллизационную воду, входящую в состав молекулы гадросиликата и воду «внешнюю», то есть влагу, впитанную в пористую структуру цементного и известкового камня.

Процесс дегидратации происходит в интервале температур от 120-150 до 600-700 оС.

Гипс

Гипс представляет собой сульфат кальция, встречающийся в природе в виде ангидрита СаSO4 а также в огромных количествах в виде собственно гипса СаSO4*2Н2О.

При нагревании до 100-125 оС гипс частично теряет кристаллизационную воду, образуя неустойчивый полугидрат сульфата кальция – алебастр

2СаSO4*H2O.

Порошок алебастра при смешении с водой быстро схватывается, образуя плотную массу с небольшим увеличением объема. При нагревании выше 200 оС гипс полностью теряет кристаллизационную воду.

При температуре 200 оС - 280 оС гипс существует в виде растворимого ангидрита Безводный сульфат кальция (γ-ангидрит), как и алебастр взаимодействует с водой, образуя гипс.

При последующем нагреве в диапазоне от 300-500оС до 1000-1200оС гипс существует в виде нерастворимого ангидрита (β-ангидрит),

а выше 1000-1200 оС образуется α-ангидрит и выделяется некоторое количество СаО.

Таким образом, изменения в результате нагрева изделий из искусственных каменных строительных материалов сводятся, в основном, к потере кристаллизационной воды (дегидратации) и переходу в различные кристаллические модификации.