強揮發性助燃劑在難燃地面材料燃燒痕跡特征研究

王 俊，金 靜

(武警學院，河北 廊坊 065000)

●火災調查

強揮發性助燃劑在難燃地面材料燃燒痕跡特征研究

王 俊，金 靜

(武警學院，河北 廊坊 065000)

基于強揮發性助燃劑放火案件痕跡特征不顯著、現場勘驗困難的現狀，選用酒精作為強揮發性助燃劑的代表，研究了其在阻燃橡膠和PVC地板革兩種難燃地面材料的燃燒痕跡特征，探討了酒精用量和滅火方式對燃燒痕跡的影響。制備的燃燒痕跡分為自然熄滅與射水熄滅兩類，對照組為報紙引燃地面材料。結果表明：酒精在阻燃橡膠與PVC地板革表面的燃燒痕跡以線狀痕跡為主；酒精用量對燃燒痕跡的影響主要取決于材料自身性質；線狀燃燒痕跡的穩定性強于炭化痕跡。

強揮發性；助燃劑；燃燒痕跡；火災調查

燃燒痕跡作為火災現場的符號語言，真實地記錄了可燃物、助燃物、引火源、火勢蔓延等信息，是火災調查人員確定起火部位與起火點，查明火災原因的突破口[1-4]。因此，歸納總結燃燒痕跡特征，重現火災發展過程是每個火災調查人員的首要能力。影響燃燒痕跡形成的因素眾多，包括風力風向、相對濕度、火場溫度等[5-9]，其中，助燃劑的理化性質與燃燒材料的熱物性參數是關鍵的兩個因素。如今，出現了以酒精作為助燃劑的放火案件，與傳統的汽油或柴油放火案件相比，酒精的揮發性強，所以殘留物的提取更加困難[10]。此外，各種阻燃難燃裝飾裝修材料的推廣，弱化了燃燒痕跡的形成，亦加大了現場勘驗的難度[11]。在火災痕跡學的試驗中，很少有人開展強揮發性助燃劑燃燒特性的研究[12-14]，因此，筆者研究酒精在難燃地面材料的燃燒痕跡特征對于此類放火案件的調查具有重要意義。

本文選用阻燃橡膠和PVC地板革兩種難燃地面材料作為酒精燃燒的載體。阻燃橡膠具有難燃性和阻燃性雙重性質，主要成分為氯丁二烯，是車輛船舶內飾的常用材料；PVC(Polyvinyl chloride)即聚氯乙烯，無固定熔點，穩定性強，常用于工業制品[15]。因為這兩種材料應用廣泛，所以研究其燃燒痕跡特征具有一定的代表性和典型性。

1 試驗設計

試驗選用阻燃橡膠和PVC地板革兩種地面材料，尺寸為60 cm×60 cm。試驗設置試驗組和對照組兩部分，如表1所示。試驗組中，分別潑灑100 mL與200 mL工業酒精于材料表面中心，研究酒精用量對燃燒痕跡的影響；對照組中，利用報紙引燃地面材料。考慮到真實火場中燃燒痕跡可能被破壞的情況，筆者不僅制備了自然熄滅的燃燒痕跡，而且制備了強制熄滅的燃燒痕跡，以此來研究燃燒痕跡的穩定性。在描述燃燒痕跡特征時，從形狀大小、炭化深度、顏色變化等方面加以說明。

所有試驗均在燃燒實驗室進行，房間長6 m、寬3 m、高3 m，室內溫度25 ℃，相對濕度40%。為盡可能地降低系統誤差和偶然誤差，所有地面材料及工業酒精均為同批次購買，而且每組試驗均進行3次以上[1]。同時，為防止操作不慎引起燃燒痕跡的破壞，按照先固定再提取的原則，采用單反相機拍照的形式對燃燒痕跡進行記錄。

表1 試驗方案設計

2 試驗結果分析

2.1 阻燃橡膠燃燒痕跡特征分析

2.1.1 阻燃橡膠浸潤100 mL酒精的燃燒痕跡特征

阻燃橡膠的孔徑細密，吸附能力弱。酒精潑灑在表面后，迅速向四周流淌，產生淡藍色的火焰，煙塵較重，如圖1(a)所示。酒精池的邊緣，燒出白色的印痕，形成線狀痕跡，如圖1(b)所示。線狀痕跡的形成包含兩個因素，一是材料的耐火性較好，二是液體燃燒的熱量較低。因為酒精池的邊緣要比中心揮發速度更快，損失的熱量更多，所以更易形成線狀痕跡。酒精池的內部，呈現有淡黃色的渾濁“液滴”。在阻燃橡膠表面的左下方，燒出裂紋。裂紋區向上鼓起，表面粗糙，呈黃褐色，這是由于酒精流淌到地墊邊緣處，阻燃橡膠直接起火所致。

利用開花水槍射水后，酒精燃燒形成的白色印痕顏色變淺，寬度變細，但并不會影響印痕向上凸起的特征。在水力沖擊的作用下，酒精池內部受熱產生的淺黃色“液滴”，變為長條狀，呈乳白色，如圖1(c)所示。擦拭阻燃橡膠的表面，乳白色的“液滴”很容易被擦除，而白色的燃燒痕跡不易擦去，穩定性更強。由于阻燃橡膠的燃燒特性，痕跡表面附有大量煙塵，因此，還應結合煙氣成分的鑒定分析結果進一步佐證酒精的存在。

圖1 100 mL酒精在阻燃橡膠表面的燃燒痕跡

2.1.2 阻燃橡膠浸潤200 mL酒精的燃燒痕跡特征

200 mL酒精潑灑到阻燃橡膠表面后，火勢要比加載100 mL酒精時更加猛烈，火焰邊緣呈藍色，而火焰中心呈黃色，如圖2(a)所示。由于酒精源源不斷地向阻燃橡膠邊緣揮發，所以邊緣區嚴重炭化。炭化物完全燃燒后，表面出現了白色的點狀灰燼。酒精燃燒后，形成白色的燃燒輪廓，并向上凸起，與加載100 mL酒精時相比，寬度有所增加。燃燒輪廓的內部，由于匯聚了大量酒精，形成炭化區。炭化區的內部與邊緣相比，炭化程度輕，發硬，表面粗糙，相互之間不連續，如圖2(b)所示。此外，炭化區的內部還出現了顏色更黃、直徑更大、數量更少的“液滴”痕跡。

射水后，阻燃橡膠邊緣的炭化物脫離未燃區域，變得更加細碎，分離度更高；而阻燃橡膠內部的炭化物，表面裂紋增多，未發生脫離現象，因此穩定性更強，如圖2(c)所示。但如果射水的力度加大，內外部的炭化物都會發生明顯的位置改變。射水主要影響炭化物的穩定性，對于酒精燃燒的輪廓痕跡影響不大。

2.1.3 阻燃橡膠被報紙引燃的燃燒痕跡特征

阻燃橡膠被報紙引燃后，產生濃烈的黑煙與明亮的黃色火焰，并伴隨刺激性氣味，如圖3(a)所示。燃燒的熱量使阻燃橡膠的形狀發生褶皺。在加載報紙的周圍，有多處向上隆起的鼓泡。同時，在阻燃橡膠的中心部位，炭化嚴重，形成燒洞。燒洞的內部邊

圖2 200 mL酒精在阻燃橡膠表面的燃燒痕跡

緣呈鋸齒狀，如圖3(b)所示。燃燒區與未燃區相比，硬度變軟，厚度變薄。

射水強制熄滅報紙引燃的阻燃橡膠后，燒洞的邊緣出現長條狀的裂紋。裂紋數量較少，長度較長。與自然熄滅的痕跡相比，燒洞邊緣不再呈鋸齒狀，而是更加圓滑平整，并向上翹起，如圖3(c)所示。燒洞周圍的區域，由于火焰的不斷炙烤，原本光滑的阻燃橡膠表面變得粗糙，呈淺灰色。同時，水流的介入，使其硬度增加，用手不易捏碎。

圖3 報紙引燃阻燃橡膠燃燒痕跡

2.2 PVC地板革燃燒痕跡特征分析

2.2.1 PVC地板革浸潤100 mL酒精的燃燒痕跡特征

酒精潑灑到PVC地板革表面后，迅速流淌，此時點燃酒精，發出藍色火焰，如圖4(a)所示。因為PVC不易燃燒的特性，并沒有造成大面積燃燒，只留下黑色、點狀的炭化痕跡。酒精池的邊緣燒出細線狀的燒痕，呈黃褐色，如圖4(b)所示。用手擦拭，痕跡不易褪去。與此同時，受火焰熱輻射的影響，PVC地板革起皺變形。

圖4 100 mL酒精在PVC地板革表面的燃燒痕跡

當利用開花水滅火時，水流突然改變了酒精的位置，因此黃褐色的細線狀燒痕出現缺口，連續性遭到破壞，如圖4(c)所示。與自然熄滅相比，水漬的介入，使痕跡的顏色變淺，但對痕跡的穩定性影響不大。浸有酒精的PVC地板革的燃燒痕跡，與阻燃橡膠相比，既沒有炭化物，又沒有熔融物。發生火災時，PVC材料將會發生熱解和燃燒現象，釋放大量有毒氣體，因此，在提取現場物證時，可以用脫脂棉擦取現場的煙塵來驗證酒精的存在。

2.2.2 PVC地板革浸潤200 mL酒精的燃燒痕跡特征

200 mL酒精傾倒在PVC地板革后，由于PVC地板革吸附性差，因此流淌范圍較大。點燃后，酒精猛烈燃燒，燃燒范圍擴大，如圖5(a)所示。PVC地板革的中心間接參與燃燒，燒損較輕，炭化痕跡呈細線狀，但比加載100 mL酒精的線狀痕跡數量要多，寬度更寬；而PVC地板革的邊緣則直接參與燃燒，炭化痕跡呈薄片狀，硬而脆，如圖5(b)所示。此外，受低洼地面的影響，點燃的酒精池源源不斷地向下方蓄熱，導致PVC地板革被燒穿，炭化區表面粗糙、顏色暗黃。酒精量對PVC地板革的影響主要體現在褶皺程度上，酒精量越大，褶皺越多越密。進一步分析得知，褶皺紋理的匯集處即為酒精池的中心。

水力沖擊對細線狀的炭化痕跡影響不大，但是，薄片狀的炭化物會從PVC地板革上分離，而且變得更加細碎，如圖5(c)所示。同時，由于水的降溫作用，PVC地板革的褶皺程度有所下降，形變較小。

圖5 200 mL酒精在PVC地板革表面的燃燒痕跡

2.2.3 PVC地板革被報紙引燃的燃燒痕跡特征

將PVC地板革中心的報紙引燃后，PVC地板革從四周向中間蜷縮，如圖6(a)所示。火焰熄滅后，PVC地板革的燃燒痕跡分為三個區域：炭化區、褶皺區和受熱區，如圖6(b)所示。炭化區呈圓環狀，黑褐色的炭化物表面色澤暗淡、形狀大小不一，輕薄發脆，用手觸碰，易碎；褶皺區位于炭化區的外部，褶皺痕跡向上鼓起，呈圓錐形，頂點指向PVC地板革的中心；在受熱區，PVC地板革的表面輕微燒焦，顏色淺黃，表面粗糙。這是因為，報紙堆垛與PVC地板革之間的空隙較小，空氣缺乏，從而抑制了PVC地板革的完全燃燒，因此形成輕微過火的燃燒痕跡。

強制熄滅燃燒中的PVC地板革后，形成顏色黑亮的顆粒狀痕跡，如圖6(c)所示。顆粒表面光滑、有黏性。同時，薄片狀的炭化物會大面積脫離PVC地板革，變得細碎，但黏度較低，不與地面粘連。

圖6 報紙引燃PVC地板革燃燒痕跡

3 結論

3.1 酒精在阻燃橡膠與PVC地板革表面的燃燒痕跡以線狀痕跡為主。阻燃橡膠的線狀痕跡呈白色，圓形輪廓，輪廓內部有黃色的液滴；PVC地板革的線狀痕跡呈黃褐色，縱橫交錯。

3.2 酒精用量對燃燒痕跡的影響主要取決于材料自身的性質。增加酒精用量后，阻燃橡膠炭化物的數量及面積顯著增大，并出現大量裂紋；而PVC地板革則會出現更多的褶皺紋理，形變更大。酒精用量對這兩種材料的線狀痕跡影響較小。

3.3 線狀燃燒痕跡的穩定性強于炭化痕跡。在水力沖擊的作用下，線狀燃燒痕跡依然保持著清晰的輪廓，而且不易被擦除；炭化物則會變得更加細碎，并脫離材料表面，產生位移。

本文選用酒精作為強揮發性助燃劑的代表，總結了其在阻燃橡膠與PVC地板革兩種難燃地面材料的燃燒痕跡特征規律。但這一規律與酒精濃度、酒精用量、材料密度等因素之間的關系缺乏量化，這將是下一步工作的研究重點。

[1] 金靜,王俊,張金專.酒精在纖維和泡沫地面材料表面燃燒痕跡特征研究[J].中國安全科學學報,2016,26(6):75-79.

[2] 劉萬福,萬象明,魯志寶,等.鋪地材料表面潑灑汽油燃燒特征試驗研究[J].消防科學與技術,2010,29(10):871-872,879.

[3] 梁國福,王廣慧,魯志寶,等.汽油在材料表面燃燒痕跡特征規律的研究[J].消防科學與技術,2010,29(10):876-879.

[4] 徐曉楠,吳迪,施照成.基于FDS的壁面煙熏圖痕試驗及重構研究[J].安全與環境學報,2014,14(6):102-106.

[5] KARLSSON B, JAMES Q. Enclosure fire dynamics [M]. Washington DC, 2000.

[6] KEVIN M,RANDALL M,CRAIG W, et al. Fire dynamics simulator (version 6) user’s guide[M].Washington DC:National Institute of Standards and Technology,2014.

[7] GEORGES G,JONAS E,DANIEL G, et al.The use of CFD calculations to evaluate fire-fighting tactics in a possible backdraft situation[J].Fire Technology,2009(45):287-311.

[8] 馬寶磊,康青春,施祖軍.建筑火災中回燃對滅火救援的影響及對策[J].消防科學與技術,2010,29(1):67-69.

[9] 曹彬,張禮敬,張村峰,等.比較FDS和FLUENT在池火災模擬中的應用[J].中國安全生產科學技術,2011,7(9):45-49.

[10] 邱榕.火場殘留助燃劑的提取分離及氣相色譜/質譜分析[J].中國安全生產科學技術,2007,3(1):36-39.

[11] 胡超,朱國慶,張磊.外墻保溫材料在火災中的燃燒現象小尺寸實驗研究[J].中國安全生產科學技術,2012,8(2):10-15.

[12] 許潔.不同引燃方式下細木工板燃燒炭化痕跡[J].消防科學與技術,2016,35(3):426-428.

[13] 歐萍,賀電.基于燃燒痕跡特征的火災事故爆發點判斷方法[J].計算機仿真,2013,30(3):372-375.

[14] 余瑩瑩,徐曉楠.木質類人造板材炭化痕跡實驗及數值重構研究[J].火災科學,2015,24(1):40-46.

[15] 徐曉楠,余瑩瑩,施照成.PVC板熱蝕痕跡實驗及數值重構研究[J].中國塑料,2014,28(4):73-77.

(責任編輯李蕾)

ResearchonBurningPatternCharacteristicsofNonflammableFlooringsLoadedwithStrongVolatileCombustionImprover

WANG Jun， JIN Jing

(TheArmedPoliceAcademy,Langfang,HebeiProvince065000,China)

Arson cases involving strong volatile combustion improver share two characteristics. On the one hand, the burning pattern is not obvious. On the other hand, it is difficult to conduct crime scene investigation. In order to solve these problems, an experiment has been designed to study not only the burning pattern characteristics of flame retardant rubber and PVC anti-flaming floor leather loaded with alcohol which representing the strong volatile combustion improver, but also the impact of the amount of alcohol and fire extinguish methods on burning pattern. The burning patterns including self-extinguishment and forcible extinguishment have been prepared in the experiment with newspaper as the control group’s ignition source. The results show that: the linear burning pattern is the main characteristic of flame retardant rubber and PVC floor leather loaded with alcohol; the impact of the amount of alcohol on burning pattern depends on material properties; the stability of linear burning pattern is stronger than carbonization.

strong volatility; combustion improver; burning pattern; fire investigation

2017-04-11

王俊(1993— )，男，北京平谷人，在讀碩士研究生； 金靜(1986— )，女，安徽蕭縣人，講師，博士。

X928.7

A

1008-2077(2017)10-0088-05