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普通磨砂玻璃火灾痕迹的SEM分析

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 摘 要:本实验制备了普通磨砂玻璃在机械破坏条件下样品及热炸裂条件下、热变形条件下以及高温遇水炸裂条件下的热破坏实验样品。观察磨砂玻璃宏观形貌的同时,用扫描电镜观察其微观形貌特征。实验表明,锤击条件下普通玻璃以敲击点为中心产生放射状裂纹,断面弓形纹由较为均匀一致的白点组成,呈带状裂纹,且有白色雪花状物质。凹贝纹弧线内外两侧均有大量径向微裂纹并行排列;热炸裂条件下,磨砂玻璃炸裂碎片边角圆滑且不规则,断面呈断层状分布,内部有大量平行裂纹,表面存在缺陷及裂沟;700℃时,磨砂玻璃严重变形,表面有凹坑状条形裂纹、少量缺陷及鱼鳞状纹路。喷雾水冷却的磨砂玻璃产生连续排列的不规则裂纹,柱状水冷却时表面呈大量细密的方格状裂纹。柱状水冷却的磨砂玻璃表面有雪花状白色物质,裂纹放大发现多为裂缝。喷雾水冷却表面为颗粒状物质,裂纹较少且非裂缝。

关键词 磨砂玻璃; 机械破坏; 热破坏; 扫描电镜

SEM Analysis on Fire Traces of Normal Frosted Glass

Abstract: In this experiment, the samples of frosted glasses were made in the mechanical damage conditions, thermal cracking conditions, thermal deformation conditions and high temperature conditions. Observing the Macroscopic morphology of frosted glass and the microstructure characteristics of frosted glass by Scanning electron microscope. Experimental results show that in the hammer damage conditions, the radial cracks were produced from the beat point of frosted glass. Section arch of radial cracks composed of a series of uniform white spots and filled with white snowflake substances. A large number of radial micro-cracks were arranged in parallel on both sides of the concave shell pattern arc. In the thermal cracking conditions, the fragments corner of frosted glasses are smooth and irregular, the section is fault-like distribution and the internal is filled with a large number of parallel cracks. In addition, defects and fissures were existed in the surface of the section. At 700 degrees, frosted glasses deformed seriously, crater-like strip cracks, a small amount of defects and scaly textures appeared in the surface of glasses. The glasses which were cooled by spray water produce a continuous distribution of irregular cracks and the surface is covered with Particulate matters while the glasses which were cooled by columnar water produced a continuous distribution of grid-like cracks and the surface is filled with white snowflake substances.

Keywords normal frosted glass; mechanical damage; thermal damage; scanning electron microscope


目 录

摘要…………………………………………………………Ⅰ
Abstract…………………………………………………………Ⅱ
目录…………………………………………………………Ⅲ

1 前言 1
2 实验部分 3
2.1 实验设备 3
2.2 实验材料 3
2.3 实验内容 3
2.3.1 机械破坏实验 3
2.3.2 热炸裂实验 3
2.3.3 热变形实验 4
2.3.4 高温遇水炸裂实验 4
3 实验结果与分析 5
3.1 机械破坏实验结果及分析 5
3.1.1 宏观形貌及分析 5
3.2.2 微观形貌及分析 6
3.3 热炸裂实验结果及分析 9
3.3.1 宏观特征及分析 9
3.3.2 微观特征及分析 11
3.4 热变形实验结果及分析 14
3.4.1 宏观特征及分析 14
3.4.2 微观痕迹及分析 15
3.5 高温遇水炸裂实验结果及分析 17
3.5.1 宏观形貌及分析 17
3.5.2 微观形貌及分析 19
4实验结论 27
参考文献 29
致谢 32

1 前言

磨砂玻璃又称毛玻璃,也称漫射玻璃。通常采用机械喷砂、手工研磨或者氢氟酸溶蚀等物理或化学方法将普通平板玻璃的单面或双面加工成均匀的粗糙表面,使透入的光线产生漫射而造成透光不透视的效果,并且光线柔和不刺目,多用于建筑物中办公室、浴室等有遮蔽形象要求的门窗、隔断等。
在建筑火灾中,窗户作为潜在的开口,严重影响着火势的蔓延发展。这是因为在火场中窗玻璃破裂的同时将导致大量新鲜空气进入,火势加速发展,使火灾提前进入猛烈燃烧阶段。另外,玻璃破裂后窗户还极可能成为火势蔓延的新通道,改变火灾的蔓延方向,使火势难以控制,甚至形成假起火点,使后续的原因调查产生分歧。作为常用的建筑材料,玻璃宏观力学性能本身相对较脆,受力时易破碎,因此在火灾事故调查中,窗玻璃破坏痕迹作为常见的火灾物证被提取,并进行下一步的鉴定。在玻璃的鉴定工作上目前主要以宏观观察为主,没有明确提出微观形貌观察的鉴定标准。然而在微观上观察火场玻璃的破坏痕迹不仅更加清晰,而且能更加严谨细致的区别各个现象、解释各种特征。此外,随着人们生活水平的提高,磨砂玻璃在各类建筑中的应用也很广泛。因此,研究火场磨砂玻璃痕迹微观形貌是极其重要的,也是查明火灾原因必不可少的因素。探讨玻璃在火灾中的破坏痕迹特点,分析其特征形成原因,对促进火灾调查工作的顺利开展有着重要意义。
目前,在国外火灾中玻璃的受热情况及热炸裂行为引起了人们的关注, 并进行了一些研究[1]。葛利菲斯(Griffith)从能量平衡的角度对玻璃微裂纹扩展问题进行了研究,得出了扩展裂纹所必须能量的公式。用Griffith 理论揭示了玻璃发生热炸裂时其表面出现的树枝状裂纹以及裂成许多块等现象[2]。S.Fakhfakh等人利用扫描电镜对不同玻璃的微观形貌进行了研究[3]。Sincaglia和Barnett[4]等发展了一个可在区域模拟程序中执行的玻璃破裂计算模型, 传热的数值方法采用了Gaardon的方法, 玻璃厚度方向的温度分布求解方法基于标准的显示有限差分法。模型己运用于区域模拟软件BRANZFIRE中。
在国内,火灾事故调查中窗玻璃破坏痕迹作为常见的火灾物证,普遍应用于判断火灾燃烧速度、火势猛烈程度,进而分析判断出起火点的位置[5]。目前在宏观方面对玻璃火灾痕迹的证明作用方面已有了较为全面的研究。一是玻璃在机械应力下产生裂纹时,裂纹主要有放射状裂纹和切向裂纹[6]。机械破坏的发生主要是玻璃在外力的作用下其弯曲抗拉强度超过其应力承受极限。由于机械破坏不同于热破坏,其外力作用多种多样,因此其破裂特征没有热破裂明显[7]。二是致使玻璃发生热炸裂的热应力有两种,分别是窗框约束产生的热应力和玻璃表面温度不均匀产生的热应力,因此玻璃最先在边角发生炸裂的原因就是在此部位两种应力叠加。玻璃的热炸裂取决于其热应力的大小、种类以及最大热应力所处部位[8]。三是在玻璃受热熔融变形方面,已经得出了不同温度范围下,玻璃熔融变形的程度[6]。从玻璃热变形特征可以看出,其变化与温度及作用时间有密切关系, 火场中常见的热变形痕迹形成的一般顺序是:无变化、热炸裂、软化痕迹、熔化流淌痕迹,火场勘查中可根据不同形状判定火灾中玻璃所在部位相对应的温度[9]。四是对于高温玻璃遇水热炸裂方面得出两条结论,分别灭火时由于温度差在接触面引起的热应力,造成窗玻璃沿面积方向上出现裂纹,温度差越大,裂纹产生数目越多,出现的概率也越大以及玻璃受热的温度越高,遇水后产生的裂纹数目越多;同一温度下,受热的时间越长,遇水后产生的裂纹数目越多;玻璃越厚,遇水后产生的裂纹数目越多[10-12]。此外,玻璃是典型的脆性材料,玻璃脆性大是由于表面存在一些微小的裂纹和缺陷。从微观上,玻璃表面结合着极微小的脏粒子(杂质粒子),而它与玻璃的弹性模量和热膨胀性能不同,这些粒子可能受到腐蚀,所以微裂纹常常以这些粒子为源头从其中触发出来。从宏观上,在玻璃的制造过程中,由于工艺原因而产生的结晶夹杂物、气体夹杂物与玻璃体夹杂物等,这些缺陷与主体玻璃相组成的差异,会导致附加内应力,降低玻璃的实际强度,而产生微裂纹。
本次研究即是利用扫描电子显微镜观察相同规格不同厚度普通磨砂玻璃在火灾中所产生的破坏痕迹,从微观尺度上进行分析研究,以期获得其在不同火场温度、火势蔓延方向、破坏原因、受力方向等条件下对其破坏痕迹的微观特征之间的影响规律,希望可以为火灾调查工作提供更广泛的参考物证,为查明火灾原因提供更详细的标准。

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作者:佚名
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