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1、木材炭化痕迹检验方法及其在火灾调查中的应用科技信息高校理科研究木材炭化痕迹检验方法及其在火灾调查【l】的应用中国人民武装警察部队学院研究生二队许洁摘要本文根据木材的炭化过程和炭化原理,综述了在火灾现场中对木材炭化痕迹的导电性,内部微观结构的检验方法以及利用这些检验结果判断木材在火灾中的受热温度,受热时间,火灾的蔓延方向,蔓延速度等火灾事实.关键词木材木材碳化物导电性微观结构木材是人类使用最古老的材料之一,自古就作为居住,工具和燃料使用的材料.现在木材更是常用的建筑材料与家具制造材料,是一种各向异性,多孔,具有纤维结构的化合物胶体,其主要组成成份是纤维素,半纤维素和木质素.它的主要化学成分是碳,
2、氢,氧元素,还有少量的氮元素.在火灾中木材会发生热解,炭化,燃烧等反响,而木材的炭化是一个复杂的物理和化学过程,涉及木材中自由水和结合水的蒸发,纤维素,半纤维素及木质素的热分解和热分解产物的挥发,缩聚及其他的二次反响,还与炭化的固体产物演变并开展成为不同的炭化物的过程有关.木材热解,炭化过程包含四个阶段:(1)枯燥阶段:温度在150200以下,这时主要发生的是水分的蒸发,木材主要成分不变.(2)预炭化阶段:200275,木材开始发生热分解,不稳定局部如界加热,故称为吸热分解反响.(3)炭化阶段:275400(或450),放热分解反响阶段,分解激烈进行,产生大量的醋酸,焦油,甲醇,木煤气.275
3、300oC木醋液和木煤气大量产生;300400木醋液逐渐减少,木煤气大量排出.(4)燃烧阶段:400或450以上,依靠外热使木炭中的残存的挥发物质充分排出.木材作为建筑物,构筑物中常见的可燃材料,火灾现场中经常能发现木材炭化痕迹.在火灾调查中,常常利用木材残留痕迹的外表特征来通过检验木材炭化痕迹导电性,微观形貌特征判断火灾事实的方法.表1相同温度不同每种试样的电阻值温度试样4505o055060HD650700750800850900槐木60Mn2Mn1Mn60kn2kn42n14n8Q5n红松100Mn5OMn4ookQ6kn180Q42Q14n8n5n桦木400Mn40Mn7Mn2MQ50
4、0kn1kn11On2On8n5n白松7OMn30Mn700kn160kn2kn50n12n8n5n表2不同温度不同时间下每种试样的电阻值受热温度试样受热时间min5o060070080o900560Mn1Mn2Kn14n5n槐木35420Mnl1Kn28n5Q3n510HDMn400KQl80n14n5n1515Mn90Knl1On6n3n红松252Mn3Kn40Q4n3n540Mn2Mn1kn2On5n159Mn2O0Kn350n8n3n桦木257Mn15Kn49n5n3n,352Mn4Kn40n5n3n153OMn80Kn65n7n4Q杨木258Mn2Kn25n5n3Q351Mn1Kn2
5、5n5n3n570Mn7OOKQ2Kn12n5n158Mn10oKn200n6n3n自松256Mn60Kn140Q6n3n35O_3Mn25Kn50n6n3n一122科技信息高校理科研究木材的导电性与其受热温度,受热时间等关系密切,存在本质上的必然联系.木材在枯燥的条件下是电的不良导体,不具备导电性的,但当受到高温作用时,内部结构发生了明显的变化,电阻率变小,导电性能有所增加.发生这种变化的根本原因是木材燃烧和炭化过程中,根据受热温度和受热时间的不同,木炭的碳原子排列发生变化的结果.在火灾中,木材受热炭化,在炭化过程中碳原子在空间重新排列,形成无定形的炭.而无定形的炭具有石墨的层状晶体结构,由
6、于其晶粒原子在高温下获得能量然后与其他六角环片层碰撞,形成更大的六角环片层,释放出能量,体系稳定.所以温度越高,时间越长晶粒就越大,石墨化程度就越好,导电能力就越好.从表1中我们可以看出,各种木炭的电阻值与木材的受热温度有着密切的关系,随着温度的升高,各种木材的电阻有所减小,导电性能以上时,各种树木的电阻值相同,(850C为8n,900C为5no说明各种木材在火灾中所生成的木炭的导电性能与其受热温度之间的变化规律根本相同.表2列出了不同时间段(5min,15rain,25min,35min)式样的电阻值的变化.从表2可以看出木材受热时间越长,生成的木炭的电阻值越小,其导电性能越好.原因是受热的
7、时间越长,晶粒的石墨化结构越稳电阻值来表示它受热温度的上下,在一定程度上可以表示它受热时间的长短.2-3炭化导电痕迹测量方法利用测定火场木炭电阻的方法,可以为分析火场温度分布状况,判热温度越高,受热时间越长形成的碳化物的电阻值越小,即导电性能越好.还可取单个木制品的不同部位,分别测量其电阻值,判断其导电性,火场木炭电阻的方法在火灾调查中有着重要的实用价值.木材分为针叶树和阔叶树两大类.针叶树材质均匀,纹理平顺,木的微观结构,可以利用显微镜观察到木材的微观结构.不同受热温度条件下木材的微观形貌特征表3不同温度下木材碳化物的微观特征受热温度微观形貌结构细胞结构完整,细胞之间结合变得松散,细胞间有空
8、隙,纤3oo有沉积物细胞结构还是很完整,但是细胞间的空隙感明显加强,纤50O维状物质减少,细胞外表沉淀物数量变少细胞壁有些许破坏,但主体结构没有明显的变化,内外表7O0变得光滑,空洞结构大小不一滑,沉积物不存在了利用扫描电镜观察木材的微观结构.常温下细胞结构完整,层次分明,内部由无数管状细胞紧密结合而成,绝大多数纵向排列,少数横向排列.每一个细胞分细胞壁和细胞腔两局部,细胞壁由假设干层细纤维组成,其纵向连接较横向牢固,细纤维间具有极小的空隙.从表3可以看出,木材受到高温作用时,除了其主体结构没有太大热解炭化过程中形成稳定的流放晶体网状结构,所以主体没有太大的变化.随着温度的升高,细胞壁逐步被破
9、坏,(900C时破坏最明显)木炭结构更趋于稳定,纤维状物质减少,细胞内壁沉淀物减少,粗糙的外表之后,上述变化更明显.由于木材炭化痕迹的微观形貌与其受热温度具有明显的关联性,利用扫描电镜对火场上残留的碳化物痕迹进行观察检验和分析,根据炭化痕迹的微观形貌特征,可以判断火场温度,进而推断火势蔓延的方向,起火部位,起火点等,为认定火灾事实提供依据.查明火灾原因,起火部位,起火点,蔓延速度和方向是一项重要的工作.木材作为建筑中的常用物资,在大多的火灾现场中均能找到其燃烧痕迹.对于一些火势较大或者烧毁比拟严重的现场,仅依靠木材炭化器对现场的炭化物的内部结构进行微观细致的分析,根据木材高温受热后内部的导电性
10、和其微观结构形貌特征来判断起火部位,起火点,蔓延方向,蔓延速度,受热时间以及火场温度,也是火灾原因认定的重要依据之一.在火灾调查中也有着重要的实用价值.参考文献间关系的研究I.消防科学与技术,2000,(O1).2李坚,葛明裕.木材科学新篇M.哈尔滨:东北林业大学出版社,1991:123.3樊承谋.木结构在我国建筑中应用的前景J木材工业,2003,17(3):416.4黄伯瑜,皮心喜,祝永年等.建筑材料M北京:中国建筑工业出版社.1989:154=1565金河龙.火灾痕迹物证与原因认定M.吉林:吉林科学技术出版社.2005:172.6赵建民,翟龙江木材概论M.北京:高等教育出版社,2002:5
11、1-52.7胡亚才等.木材微结构对其传热特性影响的实验研究J工程热物理,2005,26(6):2102128王清文,李坚.木材阻燃工艺学原理M哈尔滨:东北林业大学出版社.2000.9吴新华.活性炭生产工艺原理与设计M.北京:中国林业出版社.1997:4647.I.火灾科学.activatedcarbonsfromwoodfiberJJJoumofMaterialsScience,2004(39):201-206.propertiesofnewmonolithicwood-basedcarbonmaterialslIJJoumofMaterialsScience,2005(40):6370l13
12、wJOberly.CompositonsforImpartingFireP,.etardancetoWoodP.USpatent,4010296.1977.gineering,2000(16):$25一$40.2002(4):119124(上接第121页)P(告)=高温度更加低时,与Arrhenius型一致的曲线相互作用变强,当x=0.5和,T=45K时有显示.一个根本的原因是相互作用的影响加强了能量势垒,延缓了驰豫.这里E是在自旋翻转上的能量变化.在单位时间内,一个蒙特卡罗步长(MCS),选择N自旋,并且它们的翻转是经过试验检验的,磁场变化率是:dm一2N+eI2NeetkTr1o,dtNl
13、+eakT.N1+e郴这里NN是相应的自旋向上,向下的数目,并且s=2(qJmA+kT/21ng).用平均场方法处理,上面的方程变成:!=一m+tanhlBfqJm一+一lngl(20)dt,/Glauber动力学在平均场方法中取得的结果,与Arrhenius型的低温行为不同.把结果与自旋复合体的典型的实验驰豫数据进行比拟,样品是FeICo.(btr)z(NCS)2?HO,选择合成物的x=0-30.5.有以下内容:(1)可以得到与Arrhenius型的曲线很好的一致,与其它选择明显不同.(2)参考文献1RJ.Glauber,J.Math.Phys.4,294-1963ret,J.Phvs.I2,13811992.13J张志东.chineseJournalofNatur,Vol30No.2,94-98.14JK.Boukheddaden,J.Linares,a)E.Codjovi,andF.Varret,JoumlofAppliedPhysics,93.71037105.15.Dely,ABobak,PhysicaB388,49(2007).6张为民,张淳源,张平.湘潭大学自然科学.Vo1.25No.4,Dec.2003,64-697唐国涛,王庆伦,廖代正,杨光明PROGRESSINCHEMISTRYVo1.22No.2/3,Mar.,2021.一123
