水泥制品上的汽油燃烧痕迹分析

水泥制品上的汽油燃烧痕迹分析

胡超龙

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摘要：根据放火火灾现场实际，以水泥砖为载体，分析汽油在水泥制品上燃烧痕迹的宏观与微观形貌规律。结果表明，汽油少量加载时，宏观上水泥砖出现由重到轻的炭化痕迹，微观上裂纹数目增多，水泥凝胶浆体数目增加；汽油大量加载燃烧时，宏观上水泥砖中央部分形成清洁燃烧痕迹，边缘出现浓重炭化痕迹，微观上中间清洁燃烧区域裂纹数目减少，出现整长条断裂带，边缘炭化浓重区域出现小的凸起。

关键词：汽油；燃烧痕迹；水泥砖；微观形貌；放火；火灾调查

0引言

放火案件中，汽油燃烧痕迹十分常见。一方面由于汽油易燃烧且易得、价格低廉的特点，放火犯常选择汽油作为助燃剂；另一方面，水泥是常见的建筑材料，在建筑汽油放火火灾中，汽油常常会流淌并附着到水泥制品上。付师晗等得到了汽油影响杉木燃烧痕迹的微观形貌规律。BureauofJusticeStatistics对汽油等易燃液体在地毯及木拼花地板的燃烧痕迹和热释放速率进行了研究。梁国福等研究了汽油在瓷砖、水泥地面及泥土地面的宏观燃烧痕迹规律。刘万福等就汽油在地毯、地板革、瓷砖及木板等室内铺地材料上的燃烧痕迹形状、颜色等燃烧特点进行了研究。在水泥相似材料的微观形貌研究中，李阳等对辐射加热后不同冷却条件下的混凝土显微痕迹进行了描述[1]。

1实验方法

本实验分为实体火、辐射加热与扫描电镜观察三个部分，在实体火中设计了少量汽油（20mL）和大量汽油（800mL）倾倒在水泥砖上两组实验工况[2]。对于汽油燃烧时在水泥制品上造成的痕迹规律进行研究，一方面可以通过少量汽油产生的痕迹规律进行研究；另一方面，火灾中纵火犯通常会使用较多汽油进行放火。大量汽油燃烧时将对水泥制品产生高温，而非汽油纵火导致建筑火灾中也会对水泥制品产生高温辐射热作用，故增加设置了辐射加热水泥砖作为对比实验样本。通过水泥砖原貌、水泥砖加载少量汽油燃烧、加载大量汽油燃烧及辐射加热四组对比实验，得出水泥制品上汽油燃烧痕迹的宏观与微观痕迹特征[3]。

实验时，将水泥砖平直地放置在适当大小的油盘上，然后将汽油均匀倒置在水泥砖上，利用点火器点燃汽油，同时录像，利用热电偶和数据采集仪采集温度数据。在少量汽油加载实体火中，用50mL烧杯量取了20mL汽油，汽油倾倒后立即点火，持续燃烧时间达到105s；在大量汽油加载实体火中，用1000mL烧杯量取了800mL汽油，汽油倾倒后立即点火，持续燃烧时间为891s。待水泥砖自然冷却后采集宏观形貌。如图1所示，在水泥砖上从上到下每隔6cm布置K型铠装热电偶，标号分别为1、2、3、4号。其中，2、3号为水泥砖中间两处，1、4号为边缘两处。每1s采集一次温度值。

将原始水泥砖、辐射加热水泥砖及汽油燃烧水泥砖进行拍照固定，得到充足的宏观燃烧痕迹以后，使用工具将水泥砖砸碎，提取其表面碎块，制成适合扫描电镜观察的样品，制样时，保证水泥小块下表面的平齐，便于获取上表面的清晰微观形貌图。利用显微分析室中TM3030plus扫描电镜对样品进行扫描，选取适当区域以不同倍数拍照，分析其微观规律。

2实验内容

由实验可知，，汽油燃烧时水泥砖上各点温度分布并不均匀，存在着较大的温度差值。当加载20mL汽油时，最高温度不超过250℃，燃烧不猛烈处温度最高时刚超过50℃。中间两处温度值（最高温度分别为224℃与178℃）高于边缘两处温度（最高温度分别为110℃与72℃），说明汽油燃烧时对水泥砖中央部分的破坏程度要强于边缘部分。

辐射加热实验中将水泥砖平直地放入马弗炉中，调整炉内温度从室温逐渐升至700℃，并稳定15min，然后降至450℃左右，这整个实验过程持续约7500s。随后打开炉门，取下水泥砖进行拍照。在辐射作用下，水泥砖升温较慢，但达到了火场中水泥砖表面可能的最大温度值，具有一定参考意义。

根据火灾实验实际，汽油燃烧痕迹以正面研究为主，待水泥砖自然冷却后，取下热电偶进行宏观形貌拍照，燃烧区集中在水泥砖正面，与油盘紧贴的水泥砖底面则保持了原貌。当加载少量汽油时，由于汽油的浸润性及水泥表面多孔的特点，汽油没有完全流淌。水泥砖正面上呈现由深到浅的汽油燃烧变色痕迹，总体呈现不规则的矩形燃烧痕迹，长边长度25cm，短边长度13cm，燃烧面积约为325cm2，占总的水泥砖正面面积的72.2%。矩形燃烧区域中间黑色较重，边缘处的变色痕迹及汽油炭黑层则较浅，形成汽油燃烧的晕轮区。如图8（b）所示，当汽油加载量为800mL时，在水泥砖上形成了另一种炭化痕迹，即水泥砖正面中心的炭化区域由于燃烧时间过长，反而形成了“清洁燃烧”痕迹，在边缘处则形成了浓重的炭化痕迹，其中，“清洁燃烧”痕迹部分呈现亮白色与灰色相互交错，整体呈现长方形，如图中所框，该长方形长边长19cm，短边长8cm，面积约为152cm2，占整个正面面积的34.6%。该长方形“清洁燃烧”痕迹可能是由于汽油燃烧时间长，导致汽油在水泥砖上的炭化层也被基本烧掉。经过马弗炉700℃高温加热后，取下水泥砖，对其正面进行拍照。水泥砖表面颜色由灰色偏暗变为灰白色，表面变得光滑，且无裂纹出现，这种情况可能与辐射加热下水泥砖内硅酸盐等材料化学反应有关。

3结论

笔者利用常见的建筑材料水泥砖和助燃剂92#汽油，借助实体火、马弗炉加热和扫描电镜观察，得到了水泥制品在原始状态、辐射加热状态、少量汽油加载燃烧状态和大量汽油加载燃烧状态的宏观与微观形貌。从宏观形貌的结果来看：水泥面包砖的原貌有正面与底面之分，正面均匀较暗，底面则暗孔、凹陷较多，这是由于正面需要美观而底面无此需求，汽油燃烧主要发生在正面。少量汽油燃烧将在水泥制品上形成从重到轻的痕迹变化，大量汽油燃烧则将形成“清洁燃烧”痕迹。高温短时辐射加热使水泥制品表面形貌变得灰白。

从微观形貌的结果来看，汽油燃烧、辐射加热对水泥砖的燃烧中心区域（辐射加热中心区域）与边缘区域造成痕迹规律并不相同，经过分析比较可知，水泥面包砖在底面及正面的微观形貌无显著差距。汽油加载燃烧后，无论汽油的数量是多还是少，都会使水泥砖燃烧区边缘出现凹凸不同的小碎块，这些小碎块是汽油燃烧后炭黑在水泥砖上的痕迹反映，碎块的大小与数量与汽油量无关。少量汽油加载燃烧后，在中心形成炭化浓重区域，微观形貌上反映为裂纹数目增多，但由于燃烧程度较浅，并未形成大块裂纹；大量汽油加载燃烧后，在中心形成的清洁燃烧痕迹则形成了整条的断裂纹，破坏程度明显加重。辐射加热后在中心区的微观痕迹形成规律与少量汽油加载燃烧在中间形成痕迹规律相似，虽然宏观现象不同，但在微观上都是裂纹数目增加，有小块形成。侧边缘区域则是裂纹数目减少而凹陷程度增加。

参考文献

[1]梁国福,王广慧,鲁志宝,等.汽油在材料表面燃烧痕迹特征规律的研究[J].消防科学与技术,2010,29(10):876-884.

[2]刘万福,葛明慧,王建伟,等.铺地材料表面泼洒汽油燃烧试验[C]//中国工程热物理学会燃烧学2009年学术会议，2009.

[3]李阳,胡建国.不同冷却条件混凝土显微痕迹研究[J].消防科学与技术,2010,29(4):272-275.