Применение полевых приборов при исследовании бетонных конструкций в пожарно-технической экспертизе



В статье рассмотрены вопросы применения полевых инструментальных методов исследования бетонных конструкций для целей пожарно-технической экспертизы. Также приведены примеры современных приборов и оборудования, применяемых для данной цели в практике деятельности ФГБУ СЭУ ФПС ИПЛ по Калининградской области, кратко описана методика проведения испытаний, определены задачи для проведения дальнейших исследований.

Ключевые слова: пожарно-техническая экспертиза, безопасность, защита, пожар, инструментальные методы, ультразвуковая дефектоскопия.

Зачастую причиной гибели людей во время пожаров и высокого ущерба является обрушение строительных конструкций зданий и сооружений. Как указывают Л. В. Дашко, Г. В. Плотникова, Ф. В. Гольчевский, «в результате воздействии высоких температур при пожаре, происходит изменение физико-механических свойств строительные материала и конструкций в целом. При производстве пожарно-технической экспертизы и определении очага пожара и путей его распространения зачастую необходимо определить температуру на участках, поврежденных в результате теплового воздействия пожара строительных конструкций. Одним из самых распространенных строительных материалов является бетон. Поскольку бетон является композиционным материалом, его поведение при нагреве зависит от поведения цементного камня, наполнителя и их взаимодействия» 5.

Основной задачей пожарно-технической экспертизы бетонных конструкций является исследование технологических, технических, организационных и иных причин и условий возникновения, характера протекания пожара и его последствий, установление материального ущерба от пожара. Часто для решения данной задачи необходимо применять различные инструментальные методы исследования.

Сегодня область развития инструментальных методов происходит поразительно быстрыми темпами, они приобретают все более сложное оснащение, что значительно расширяет их перспективы использования. Появление новых технологий в сферах получения и обработки аналитической информации, требует постоянного совершенствования методов и методик, в том числе, используемых судебно-экспертными учреждениям Федеральной противопожарной службы МЧС России при исследовании пожаров. Многие методы в настоящее время могут быть реализованы непосредственно на месте нахождения подлежащего исследованию образца, а результат анализа выдается в реальном времени. Можно говорить о тенденции к переходу на методы измерения, действующие в реальном масштабе времени. Внедрение современных портативных аналитических приборов взамен существующих лабораторных — одно из основных направлений совершенствования методик пожарно-технической экспертизы. Расширение возможности получения объективной информации об изменении свойств конструкций и материалов под воздействием тепла пожара непосредственно на месте происшествия способствует сокращению времени на проведение экспертных исследований и повешению достоверности выводов об очаге и причине пожара.

Если еще недавно на месте пожара применялись в основном методы неразрушающего контроля, основанные на исследовании физических свойств материала, то в настоящее время появляется все больше различных сложных аналитических портативных приборов, позволяющих оценить химический состав материала. В сфере инструментальной аналитики еще никогда не удавалось измерять такой объем компонентов за столь короткое время, как это делается в настоящее время, при этом программное обеспечение, выполняющее функции экспертной системы, оказывает помощь при оценке результатов измерений. Поэтому одним из направлений совершенствования уже существующих методик применяемых при исследовании пожаров является разработка специального программного обеспечения, позволяющего проводить обработку аналитической информации с учетом специфики работы судебно-экспертных учреждений.

Рассматривать различные полевые методы, применяемые при исследовании пожаров целесообразно в привязке к тем материалов, для исследования которых они в основном применяются, с описанием методик анализа, включая способы обработки получаемой информации.

Прежде всего, необходимо рассмотреть физико-химические процессы, лежащие в основе формирования очаговых признаков.

На сегодняшний день основными инструментальными методами исследования бетонных конструкций после пожара являются: ультразвуковая дефектоскопия (УЗД), рентгенофлуоресцентный анализ (РФА), также хорошо известны метод Архимеда и метод термического анализа.

ФГБУ СЭУ ФПС ИПЛ по Калининградской области оснащена приборами для исследования широкого класса материалов: неорганических строительных материалов; холоднодеформированных металлических изделий и конструкций; окалины на металлических объектах; деревянных конструкции и предметов; отложений копоти на конструкциях и предметах; а так же поиска места локализации остатков горючей жидкости и их предварительной классификации. Имеющееся оборудование объединено в многофункциональный приборный комплекс модульного типа для инструментального обеспечения работы пожарно-технического эксперта на месте пожара «ПИРЭКС».

Одним из методов исследования бетонных конструкций в практике ФГБУ СЭУ ФПС ИПЛ по Калининградской области при производстве пожарно-технической экспертизы является ультразвуковая дефектоскопия, которая основана на измерении интервала времени, за который ультразвуковой импульс проходит по бетону от передающего преобразователя к приемному. Скорость прохождения ультразвука по конструкции напрямую зависит от состояния бетона. Под воздействиями высоких температур в условиях пожара происходит разрушение бетонной конструкции и, следовательно, скорость прохождения ультразвуковых волн замедляется [10].

Прибор, позволяющий производить данные замеры называется «Ультразвуковым дефектоскопом» (рис. 1).

Рис. 1. Ультразвуковой дефектоскоп ПУЛЬСАР 2.1

Прибор предназначен для оценки свойств и дефектоскопии твердых материалов по времени и скорости распространения ультразвуковых (УЗ) импульсов при поверхностном и сквозном прозвучивании. Прибор позволяет выявлять дефекты, определять прочность, плотность и модуль упругости строительных материалов, а также звуковой индекс абразивов по предварительно установленным градуировочным зависимостям данных параметров от скорости распространения УЗ импульсов.

Работа прибора основана на измерении времени прохождения ультразвукового импульса в материале изделия от излучателя к приемнику. Скорость ультразвука вычисляется делением расстояния между излучателем и приемником (база прозвучивания) на измеренное время. Для повышения достоверности в каждом измерительном цикле автоматически выполняется 5 измерений и результат формируется путем их статистической обработки с отбраковкой выбросов. Оператор выполняет серию измерений (в серии можно задать от 1 до 10 измерений), которая также подвергается математической обработке с отбраковкой выбросов и определением среднего значения, коэффициента вариации, коэффициента неоднородности.

Для исследований железобетонных конструкций после пожара могут быть использованы и более сложные приборы, например прибор ультразвукового зондирования «УЗ-01-ЭП», входящий в комплекс «ПирЭкс». В его состав входят: низкочастотный ультразвуковой дефектоскоп УД2Н-ПМ (рисунок 2), «шаблон» с преобразователями (ручка с двумя ультразвуковыми датчиками с конусообразными наконечниками) и штанга. Кроме того, в комплекте прибора имеется специальный датчик для измерения скорости ультразвуковой волны по глубине бетонной конструкции.

Основными частями дефектоскопа УД2Н-ПМ являются генератор сигналов и жидко-кристаллический индикатор (экран), на котором отображаются: зондирующий импульс, сигнал прошедший через материал (эхо-сигнал), селектирующий импульс (строб), используемый для измерения интервалов времени.

Рис. 2. Низкочастотный ультразвуковой дефектоскоп УД2Н-ПМ

Для выполнения измерений необходимо выбрать параметры работы: усиление, скорость сканирования и т. д.

Возможны варианты прозвучивания со смазкой и сухим контактом (конусные насадки) (рис. 3).

Рис. 3. Варианты прозвучивания

Прибор осуществляет запись принимаемых УЗ импульсов, имеет встроенные цифровые и аналоговые фильтры, улучшающие соотношение «сигнал-шум». Пользователь имеет возможность вручную изменять усиление измерительного тракта.

В качестве примера в научной статье Мануйлова В. В. 8 представлено помещение, в котором стены выполнены из железобетона или бетонных блоков. Очаг пожара расположен в углу помещения. Если пожарная нагрузка в помещении размещена равномерно и горючие материалы имеют одинаковые пожароопасные свойства, то сотруднику СЭУ ФПС ИПЛ методом ультразвуковой дефектоскопии не составит труда определить очаг пожара в помещении (рис. 4, a).

В результате пожара в здании или помещении могут возникать вторичные очаги пожара или находиться места с сосредоточенной пожарной нагрузкой. Эти факторы могут осложнить работу сотруднику СЭУ ФПС ИПЛ в вопросе определения истинного (первичного) очага пожара (рис. 4, b).

Рис. 4. Распределение коэффициента K в помещении пожара с равномерно распределенной пожарной нагрузкой (а) и с сосредоточенной пожарной нагрузкой (b) 8

На рынке выпускаемой продукции имеются достаточно много различных модификаций аналогов данных приборов в различных конструктивных исполнениях, но со схожим принципом работы и, следовательно, подходящих для проведения исследований для целей пожарно-технической экспертизы.

Следующим методом исследования бетонных конструкций в практике деятельности ФГБУ СЭУ ФПС ИПЛ по Калининградской области при производстве пожарно-технической экспертизы является рентгенофлуоресцентный анализ, который основан на анализе спектров, который получается методом воздействия на материал при исследовании рентгеновскими лучами. При облучении образца мощным потоком излучения возникает характеристическое флуоресцентное излучение атомов, которое пропорционально их концентрации в образце. Данный метод позволяет определять степень термических поражений материалов путем сравнения составов исследуемых образцов [6].

Подходящим оборудованием для проведения исследований бетонных и железобетонных конструкций является портативный спектрометр NITON XL2 (рис.5).

Рис. 5. Спектрометр NITON XL2

Niton XL2 гарантирует вам быструю и точную проверку металлического сплава для обеспечения качества. Благодаря стандартной встроенной фотокамере для точного позиционирования области анализа, анализатор XL2 обеспечивает немедленный, неразрушающий элементный анализ материалов сплавов от титана до никеля, а также анализ бродяжных и микроэлементов.

Прибор малогабаритный, что позволяет применять его непосредственно в полевых условиях при исследовании объектов пожарно-технической экспертизы.

Также одним из методов исследования бетонных конструкций в пожарно-технической экспертизе является метод термического анализа, который направлен на фиксацию физико-химических свойств веществ в процессе термических воздействий на исследуемый образец.

Термический анализ имеет ряд преимуществ перед другими методами исследований — гибкость постановки эксперимента, одновременное получение нескольких характеристик материала, быстрое снятие информации, возможность автоматизации при обработке данных, использование малого количества вещества, что позволяет сохранить вещественное доказательство.

Перечисленные полевые методы и приборы при исследовании бетонных конструкций в практике деятельности ФГБУ СЭУ ФПС ИПЛ по Калининградской области при производстве пожарно-технической экспертизы позволяют осуществлять оценку термических поражений материалов и широко применяются при проведении исследований материалов. На сегодняшний день нет комплексного наиболее информативного метода исследований, подходящего для работы в полевых условиях при исследовании бетонных конструкций, поэтому данные методы могут применяться как по-отдельности, так и взаимно дополнять друг друга.

Литература:

1. Федеральный закон от 22.07.2008 N 123-ФЗ (ред. от 30.04.2021) «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»
2. Федеральный закон от 21.12.1994 N 69-ФЗ (ред. от 16.04.2022) «О пожарной безопасности»
3. Федеральный закон от 31.05.2001 N 73-ФЗ (ред. от 01.07.2021) «О государственной судебно-экспертной деятельности в Российской Федерации»
4. Приказ Минюста России от 27.12.2012 N 237 (ред. от 28.12.2021) «Об утверждении Перечня родов (видов) судебных экспертиз, выполняемых в федеральных бюджетных судебно-экспертных учреждениях Минюста России, и Перечня экспертных специальностей, по которым представляется право самостоятельного производства судебных экспертиз в федеральных бюджетных судебно-экспертных учреждениях Минюста России» (Зарегистрировано в Минюсте России 29.01.2013 N 26742)
5. Дашко Л. В., Плотникова Г. В., Гольчевский В. Ф. Экспертные пожарно-технические исследования строительных материалов зданий при установлении очага пожара // Вестник Восточно-Сибирского института МВД России. 2014. № 4 (71). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ekspertnye-pozharno-tehnicheskie-issledovaniya-stroitelnyh-materialov-zdaniy-pri-ustanovlenii-ochaga-pozhara (дата обращения: 28.06.2022).
6. Дашко, Л. В. Экспертное исследование цементного камня после высокотемпературного воздействия / Л. В. Дашко, В. Д. Синюк, Г. В. Плотникова // Пожаровзрывобезопасность. — 2015. — Т. 24, № 12. — С. 22–32.
7. Зернов С. И. Задачи пожарно-технической экспертизы и методы их решения: Учеб. пособие / С. И. Зернов; М-во внутр. дел Рос. Федерации. Гос. учреждение «Экспертно-криминалист. центр М-ва внутр. дел Рос. Федерации». — М.: ГУ ЭКЦ МВД России, 2001. — 199 с.
8. Мануйлов В. В. Ультразвуковой метод исследования железобетонных конструкций после пожара // Безопасность техногенных и природных систем. 2018. № 3–4. URL: https://cyberleninka.ru/ (дата обращения: 29.06.2022).
9. Пожарно-техническая экспертиза: учебник / М. А. Галишев, Ю. Н. Бельшина, Ф. А. Дементьев и др. — СПб.: С. — Петерб. ун-т ГПС МЧС России, 2014. — 53 с.
10. Сикорова, Г. А. Изучение возможности использования метода ультразвуковой дефектоскопии для исследования стальных изделий в целях пожарно-технической экспертизы / Г. А. Сикорова // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. — 2016. — Т. 2, № 1 (7). — С. 323–325.
11. Соколова, А. Н. Инструментальные методы исследования места пожара/А. Н. Соколова, И. Д. Чешко // Пожарная безопасность. — 2012. — № 4. — С. 86–89
12. Чешко, И. Д. Анализ экспертных версий возникновения пожара. В 2-х книгах. Кн. 2 / И. Д. Чешко, В. Г. Плотников. — СПб: Береста, 2012. — 364 с.