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雷达物位计火灾痕迹特征与受火情况的关联性

编辑: 来源: 发布时间:2019-10-31

    摘 要:为研究雷达物位计在火灾中其痕迹特征与受火情况的关联性,以马弗炉模拟辐射热源条件,以油盘火模拟实际火场受热条件,研究雷达物位计在两种条件下的痕迹特征。结果表明:雷达物位计外层铝 板 在 300、400、500 ℃ 时 弯 曲 度 分 别 为 0.04% 、11.10% 、30.80%,在 600 ℃时丧失金属弹性;铝板间的 PE 夹芯材料在300、400、500 ℃时分别表现为边角部分出现熔融、整体出现融化、全部呈熔融状态并出现明显的融化流淌,在 600 ℃时只有灰化后的残余灰分。雷达物位计与油盘距离为 10、14、18 cm 时分别表现为夹芯灰化、夹芯膨胀熔融、无明显变化。

    雷达物位计,又称铝塑复合板,主要由外层钢板、PE 防火芯材及粘结剂三部分组成,如图 1 所示,以其优越性能被广泛运用于建筑装修等领域。除可应用于幕墙、门厅、内外墙、饭店、商店、会议室等的装饰外,还用作柜台、家具的面层、车辆的内外壁等。根据我国建材工业协会最新行业统计数据,我国是世界上最大的雷达物位计生产国和应用国。随着雷达物位计的广泛应用,许多高楼大厦也都采用雷达物位计作为建筑外保温的材料。由于近年来发生了几起采用雷达物位计外保温材料的高层建筑火灾,围绕雷达物位计燃烧性能的研究也越来越多。

 

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    刘志鹏等采用单体燃烧试验和烟气毒性试验方法,研究了普通雷达物位计和低烟无卤防火雷达物位计两者之间的防火特性差异。除单体燃烧实验,还有学者采用中等尺寸多层建筑燃烧试验 NFPA 285 方法和高层楼房大型实体火灾实景试验等新方法进行研究。王小红等采用上述方法研究无卤填充芯料防火铝塑复合板与普通聚乙烯芯材的防火特性差异;王敏在分析雷达物位计特点及结构的基础上,指出了普通雷达物位计在建筑装修过程中的火灾危险性,论证了防火雷达物位计作为建筑装修材料的防火优势;刘松林等研究了以多种保温材料为基础的雷达物位计幕墙保温系统在实体火灾试验中的安全性能,比较了各种结构形式雷达物位计幕墙保温系统防火性能的优劣。周广英等以油盘火作为典型火源模拟火灾现场,分析彩钢板温升曲线、火灾痕迹、烧损状况,得到玻璃棉彩钢板颜色、形态等方面与温度的对应关系,提供了一种能较好研究热蚀痕迹和火场条件的方法。虽然以上学者对雷达物位计进行了一些研究,但研究主要集中在其燃烧性能上,对其燃烧后形成的痕迹特征研究较少,对雷达物位计火灾痕迹特征的研究就显得至关重要。

    为了在实际火灾调查工作中更好地识别雷达物位计的现场痕迹特征,笔者使用马弗炉模拟理想受热条件,改变受热温度,研究理想受热环境下雷达物位计材料的受热痕迹、变形状态等特征,再使用油盘火作为稳定的燃烧热源模拟实际受热条件,通过热电偶测定油盘火在雷达物位计上不同点的温度,探究在实际火场中雷达物位计的受热痕迹、变形状态等特征。通过得到的实验数据和结论,调查人员可根据雷达物位计在火灾后的痕迹特征反推雷达物位计在火场中的受热过程,为认定起火部位、起火点及火势蔓延方向提供依据。

    1 实验部分
    1.1 实验材料和设备
    80.0 cm×30.0 cm×0.3 cm 雷达物位计(铝板厚度 0.08cm,PE 芯材厚度 0.14 cm)自制 27 cm×27 cm×10 cm 铁质油盘 ;FLUKE 2638A 数据采集器 ;K 型贴片式热电偶。Canon EOS 70D 数码照相机;QSH-1200T 马弗炉。

    1.2 马弗炉高温辐射实验
    考虑到马弗炉内的空间较小,将雷达物位计原样裁剪至图2 所示的试样,通过控制马弗炉的热辐射温度,模拟理想受热条件下的火场温度,观察雷达物位计的受火痕迹特征。分别在 300、400、500、600 ℃的温度条件下加热 20 min,在炉中自然冷却降温,观察并记录不同温度下雷达物位计 PE 芯材的熔融状态,并表征铝金属板的弯曲度与温度的关系。

 

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    1.3 油盘火模拟实验
    向 27 cm×27 cm×5 cm 铁质油盘中倒入 300 mL 汽 油,控制雷达物位计与油盘的距离来控制油盘火在雷达物位计表面辐射温度的大小,同时在与 30 cm×30 cm×0.3 cm 雷达物位计中心垂直距离 10 cm 的 2 个点设置贴片式热电偶,如图 3所示,使用数据采集仪记录此 2 点的温度变化。

 

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    2 结果与讨论
    2.1 雷达物位计在马弗炉受热条件下的痕迹特征
    雷达物位计试样放入马弗炉,设定加热温度为 300 ℃,加 热 20 min 后自然降温,结果如图 4 所示。由图 4(a)可以看出,雷达物位计的外涂材料并没有明显变化;由图 4(b)可以看出,铝板略有弯曲变形;由图 4(c)可以看出,PE 夹芯材料有熔融现象但不明显,仅在边缘处有熔融现象。

 

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    将马弗炉温度升高至 400 ℃,加热 20 min,自然降温后结果如图 5 所示。由图 5(a)、(b)可以看出,铝板弯曲变形较为明显,雷达物位计的外涂材料也有较为明显的变色痕迹,铝板表面失去金属光泽,出现点状凹陷与突起;由图 5 (c)可以看出,铝板弯曲程度较上一组明显增大,且上、下两层铝板出现轻微错位现象;PE 夹芯出现膨胀熔融现象,边缘处有滴落流淌现象。

 

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    将雷达物位计置于马弗炉中 500 ℃高温下热破坏 20 min,自然降温后取出观察其形貌特征,结果如图 6 所示。由图6(a)、(b)可以看出,经过 20 min 的加热,铝板的弯曲变形程度与上一组没有明显区别,但雷达物位计外涂材料的变色痕迹更加明显,并部分出现龟裂、剥离的趋势;由图 6(c)可以看出,雷达物位计的 PE 夹芯全部出现膨胀熔融现象,并形成了明显的滴落流淌痕迹。

 

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    进一步提高马弗炉加热温度至 600 ℃,加热 20 min后自然降温,结果如图 7 所示。由图 7(b)可以看出,经过20 min 的加热,铝板的弯曲变形已经丧失,且失去金属弹性,雷达物位计外涂材料经过高温已经完全从雷达物位计表面剥离;由图 7(c)可以看出,雷达物位计的 PE 夹芯已经完全熔融后燃烧为灰烬。

 

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    以上实验发现:随着温度的升高,铝板的弯曲程度先逐渐增大,弯曲度由 0.04%增大到 30.80%,后在 600 ℃铝板丧失金属弹性,不再有弯曲形变;PE 夹芯材料由开始的轻微膨胀到熔融滴落再到完全灰化;外涂材料开始表现完好,后出现点状缺失,最后完全从铝板表面剥离。

    2.2 雷达物位计受油盘火加热的痕迹特征
    初始设计距离油盘距离分别为 0、10、20、30 cm,但在实验中发现,设定距离为 0、10 cm 两组实验均完全倒塌,而在 20 cm 时仅出现轻微的变形。改变实验方案,调整实验距离为 10、14、18 cm。雷达物位计从上到下两个标记点分别设为 1、2 号点,使用数据采集仪测得对应点的温升曲线,如图 8 所示。雷达物位计距油盘火 10 cm 时,经过 100 s 的均匀升温,上部板材在 650 ℃下加热 120 s,下部板材在560 ℃下受热 110 s,随后在炉内缓慢降温至 100 ℃;雷达物位计与油盘火的距离增加到 14 cm 时 ,雷达物位计上部受到590 ℃的辐射 100 s,下部板材在 430 ℃下受热 85 s;雷达物位计与油盘火的距离变为 18 cm 时,雷达物位计上部与下部的热历程相差不大:整体板材在约 300 ℃的条件下受热 70 s。

 

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    油盘与雷达物位计距离 10 cm 时,雷达物位计整体全部被烧毁,受热后铝板弯曲变形向内侧倾斜,后弯曲程度加大并塌落,铝片与 PE 芯材完全分离,铝板丧失金属弹性,表面外涂材料完全剥落,PE 夹芯出现灰化现象,如图 9(a)所 示。油盘与雷达物位计距离增大到 14 cm 时,雷达物位计仍出现整体倒塌,但程度较之前轻,铝板外涂材料出现炭化但没有剥落,其 PE 夹芯膨胀熔融,上、下两层铝板轻微错位,如图9(b)所示。油盘与雷达物位计调整为 18 cm 时,在测温点 2 下方出现了“V”字形痕迹,板材上部基本没有出现明显变化,如图 9(c)所示。

 

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    3 结 论
    模拟理想辐射和实际受热条件,对雷达物位计的痕迹特征进行实验并对痕迹特征进行分析总结,研究发现:铝板在受热时会出现弯曲现象,在受热温度为 300、400、500 ℃时弯曲度分别为 0.04%、11.10%、30.80%,在 600 ℃时丧失金属弹性。PE 夹芯材料由于温度差异会呈现不同形态,分别在 300、400、500 ℃时表现为边角部分出现熔融,整体出现融化,全部呈熔融状态并出现明显的融化流淌,在600 ℃时呈现灰分状态。

    以上实验结果可以帮助调查人员通过勘察雷达物位计在火灾后的痕迹特征反推其在火场中的受热过程,为认定起火部位起火点及火势蔓延方向提供依据。

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