混凝土火灾现场痕迹的鉴别分析

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摘要：本文主要基于混凝土的物理和化学特性，就如何通过火灾现场混凝土外观、颜色、强度以及化学成份的变化来判断混凝土受热温度以及进一步确定现场起火点做了分析和说明。

关键词：火灾现场；混凝土；火灾痕迹；调查取证Abstract: This paper is mainly based on the physical and chemical properties of concrete, appearance, color, intensity and the chemical component changes to determine the concrete temperature field and further to determine the fire point is analyzed and explained how to pass the fire scene concrete.

Keywords: the scene of the fire; concrete; fire trace; investigation

中图分类号:

由于我国建筑大量采用钢筋混凝土结构，在大量火灾现场调查取证时，基于混凝土燃烧痕迹的鉴别很多时候可以为火灾的调查提供直接的证据并为案件判定提供依据，所以基于混凝土的物理和化学特性，加强在火灾现场的各种痕迹鉴别和取证将为火灾事故调查提供直接帮助。

一、混凝土主要物化组成及分析

混凝土是由水泥为凝胶材料，砂子为细骨料，鹅卵石或碎石为粗骨料，和水按一定比例配制而成的混合物，经硬化后形成的一种人造石材。为了增大混凝土的抗拉强度，加入钢筋形成钢筋混凝土 。我国的水泥按原料的来源不同可分为普通水泥(P)、矿渣水泥(K)、火山灰水泥(H)。混凝土、钢筋混凝土和水泥砂浆饰面之间只是骨料有所不同，其凝结过程和在火场中被烧后发生的物理、化学变化是相同的，都是凝胶材料水泥在起作用。

水泥在凝固过程中经过十分复杂的物理和化学变化，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、氢氧化钙、碳酸钙等组成。生成的这些水化物依靠CaO－SiO2 －H2O胶凝结构相连接，而且不断地增大化学键力。由上述物质中的各个原子、分子建立成复杂的网状结构，将骨料紧紧包住，而达到水泥凝固硬化。二、混凝土受热温度的痕迹鉴定

根据混凝土的物化特性，通常情况下，我们可以根据混凝土颜色变化、强度变化、外观变化、化学成分变化来对燃烧痕迹进行鉴定。

根据颜色变化痕迹判断

一般呈浅色的部位就是受火灾温度高、烧的重的部位。温度不超过200℃颜色无变化，随着温度升高，颜色由深色向浅色变化。300～600℃为淡红色，600～800℃为灰白色，800℃以上为草黄色。

根据强度变化痕迹判定

100～150℃时，混凝土通过自蒸作用失去自由水，导致Ca(OH)2晶体进一步结晶，未水化的进一步水化，使混凝土硬而致密，强度增加。在160～370℃，混凝土失去水化硅酸钙所吸附的物理水和水化铝酸钙中的水，使混凝土收缩。实际试验证明，混凝土受热温度低于300℃，温度升高对混凝土强度影响不大，甚至使强度增强[1]。受热温度高于300℃，混凝土的脱水收缩超过热膨胀，混凝土体积缩小，而砂子、石子等骨料受热时不断膨胀。两者相反作用的结果，使混凝土发生龟裂，强度下降；400～600℃，由于Ca(OH)2晶体失水，发生晶体破坏，使混凝土失去“骨架”，并且骨料中的石英在560℃由低温型相变为高温型，体积突然膨胀，使混凝土裂缝变大，强度急剧下降。普通混凝土都经不起600℃高温长时间作用，通常把600℃称为混凝土破坏性温度。700～900℃，混凝土中的CaCO3发生分解，使混凝土粉化，强度丧失殆尽。

根据外观变化痕迹判定

从混凝土不同的外观也可初步判断其受热温度。通常在100～300℃外观无变化，强度增加；300～400℃开始有微裂纹，强度不变；600～700℃裂缝增大增多，强度下降较多；800～900℃酥裂脱落，强度几乎全部消失；1000℃以上熔结、熔瘤。

根据化学成分变化判定

化学方法鉴定的主要依据是混凝土中的水泥在火灾中发生两种反应：

Ca(OH)2CaO＋H2O

CaCO3 CaO＋CO2

主要方法有中性化深度的确定、炭化化层中CO2含量的测定等。

1）测定中性化深度

混凝土中由于存在Ca(OH)2和少量NaOH、KOH，因而硬化后的混凝土呈碱性，pH值为12～13。混凝土经火灾作用后，碱性的Ca(OH)2发生分解，放出水蒸气，留下中性的CaO。现场勘查时，可以用1%酚酞的无水乙醇溶液用喷雾器喷于破损的混凝土表面，稍后会出现变红的界限。测量出不显红色部分的深度，即为中性化深度。现场勘查时还可以在混凝土构件表面凿取小块，放入1%酚酞的无水乙醇溶液中，测定混凝土中性化深度。其中呈红色变化的，说明Ca(OH)2存在，可以判定该水泥构件在火灾中承受温度不超过500℃，或者受火时间很短；如果不呈红色，或者红色相对浅淡，说明那里的Ca(OH)2已经分解或分解一部分，其承受温度在600℃以上。混凝土中性化深度随着加热温度的升高和加热时间的增长而加深。其深度深的部位，就是烧的“重”的部位。下表1为矿渣水泥混凝土中性化深度与受热温度、时间的关系。

表1矿渣水泥混凝土中性化深度与受热温度、时间的关系

2）测定炭化层中CO2含量

混凝土在水化凝结过程中会生成大量Ca(OH)2，当混凝土长期在空气中自然放置时，表面层中的Ca(OH)2就会吸收空气中的CO2形成CaCO3，通常把这种过程叫做混凝土的炭化作用，所形成的CaCO3层叫炭化层(一般厚度为2～3 mm左右)。炭化作用的速度随空气中CO2浓度的增大而加快。一般炭化层中CO2含量在20%左右。试验表明，当混凝土受热温度达550℃时，CaCO3开始分解，但分解速度很缓慢，随着混凝土受热温度的升高，其分解速度迅速增加。达到898℃时是（CaCO3）的分解温度。如果加热温度继续提高，仍会加剧CaCO3分解速度，混凝土炭化层中CO2含量将随加热温度的升高而降低。

所以可在现场勘查中凿取混凝土炭化层试样，采用国家标准碳酸盐中二氧化碳测定方法测定二氧化碳的含量，通过查表推算出燃烧时间和火烧温度。根据现场温度分布，分析判断火势蔓延方向和起火部位。三、用非破损法检测

此外，除上述中利用混凝土物化特性原理进行判断外，在一些混凝土火灾中受热后，针对外形变化不明显的情况，还可借助于 “非金属超声波检测仪”等仪器测出强度变化值或波形、脉冲速率，判定出受热最高、持续时间最长的部位，通过对比后确定出起火点。

用超声波检测判别时，遭受火灾作用的混凝土建筑构件，由于火灾所产生的短时间高温，使混凝土内部出现许多细微裂缝，对超声波在其内部的传播速度影响很大[2]。根据实验证明，超声波脉冲的传播速度随混凝土被烧温度的升高而降低。因此可以根据超声波在混凝土内部传播速度的改变定性地说明混凝土结构某部位的烧损程度，进而说明该部位的受热温度的高低。

总结：

混凝土具有特殊的物化特性及原理，利用其在不同温度状态下所呈现的颜色、强度、形态变化可判断混凝土的受热温度，从而对判断起火点提供重要依据。火灾痕迹检验人员必须对混凝土的物化特性十分了解，只有如此，才能充分利用火灾现场混凝土的物理变化快速判断受热温度，为案件的调查取证提供合理依据。

参考文献：

[1]余江滔,刘媛,陆洲导等.火灾后混凝土连续构件的损伤与加固试验研究[J].同济大学学报（自然科学版）,2012,40(4):508-514.DOI:10.3969/j.issn.0253-374x.2012.04.002.

[2]刘义祥,姚国库,胡建国等.混凝土受热痕迹的超声波检验方法研究[J].消防科学与技术,2009,28(2):141-143.DOI:10.3969/j.issn.1009-0029.2009.02.021.