火灾中V形痕迹研究

袁　军1,2

（1.中国人民武装警察部队学院研究生六队，河北　廊坊；2.青海省公安消防总队海北州支队刚察县大队，青海　海北）

摘要：利用V形燃烧模型，可以帮助火灾调查人员迅速找到起火点部位，燃烧形成的V形痕迹一般比较特定，特别是V形烟熏痕迹，以及其他V形痕迹，本文通过阐述火场中V形痕迹的形成试图找出最好的调查方法。

关键词：火灾调查；V形；痕迹；研究

1　V形烟熏痕迹的形成

一般情况下，火灾并不是突然形成大面积燃烧的，一般要激励初起阶段、发展阶段、猛烈燃烧阶段。初起阶段，由于着火区域内温度低，燃烧速度慢，特别实在出现明火燃烧前的阴燃阶段，可燃物质放出大量的烟气，高分子物质在燃烧过程中也会放出大量的烟气。这些烟气的基本成分为碳微粒，也含有少量的燃烧物质分解出来的液态产物和气体成分等微粒物质，烟粒子的直径一般在0.01～50微米之间。大量的烟粒子就会附着在起火点周围的墙体上或者附近物体上，由于高温的烟气向上运动，导致了附着体上的烟熏痕迹呈V形。当然，如果是植物纤维类及其制品一开始就被明火点燃，则很少形成浓密的烟熏痕迹，甚至会把已形成的烟熏痕迹烧掉，使墙面洁白发亮，在火灾的发展阶段和猛烈燃烧阶段，由于着火区域温度已逐渐升高，空气对流的速度加快，火灾发展快，可燃物开始大面积起火燃烧，在墙体上很难留下V形烟熏痕迹。但是从大多数火灾现场情况看，烟熏痕迹是大量存在的。

V形痕迹，可以帮助我们了解起火的特征，一般来说，只有阴燃起火，才会有明显的V形痕迹。V形痕迹，还指明了产生烟气的位置，可以帮助了解该处是何物质燃烧。同时还指示了起火点位置，可以帮助调查引火物质和起火原因。从烟熏痕迹的提取物质中分析其特征成分，以鉴定是什么物质产生的烟熏痕迹。表1为常见可燃物质燃烧时生成的烟的特征。

2　V形脱落痕迹的形成

一些低分子物质燃烧或直接被明火点燃的燃烧，在火灾现场很难发现V形痕迹。在燃烧比较剧烈的火灾现场，混凝土抹灰层的脱落迹是随处可见的。它们的脱落与火灾温度之间的关系是怎么样的呢？

首先，从普通水泥混凝土的构成看，水泥混凝土是以水泥（胶结材料）、水、细骨料（砂子）、粗骨料（石子）经合理混合后硬化而成的人造石材。普通硅酸盐水泥的主要矿物质成分含量如表2所示。

水泥加入适量的水后，颗粒表面的矿物质成分很快与水发生水化和水解，产生下列反应。

2(3CaO·SiO2)+6H2O3CaO·SiO2·3H2O+3Ca(OH)2

2(2CaO·SiO)2+4H2O3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2

3CaO·Al2O3+6H2O3CaO·Al2O3·6H2O

4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O3CaO·Al2O3·6H2O+ CaO·Fe2O3·H2O

从上述反应可以看出，普通水泥遇水后，大致经过三个阶段，即溶解期、胶化期、结晶期而达到硬化。在颗粒表面形成四个主要化合物：氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙以及水化铁酸钙。硬化后的混凝土从结构上看，含有大量的物理结晶水、化学结合水和水泥石孔中的自由水，这些水分在火灾温度的作用下有着其特殊的表现。

其次，从水泥混凝土受热时的变化来分析：当火灾温度为100～150℃时，水泥石孔中的自由水由于在自蒸的作用下，将全部失去，此时水泥混凝土外观无明显变化，由于失去自由水，使水泥更加密致，其硬度增大。

当火灾温度达到160～300℃时，水泥混凝土将失去物理结晶水及水化硅酸钙等吸附的水分，使未水化的成分进一步水化，Ca（OH）2进一步结晶，水泥混凝土在强度上继续得到加强。

当火灾温度到达370℃时，水泥混凝土失去水化铝酸钙中的水分，强度开始下降。当火灾温度达到400～600℃时，水泥混凝土开始失去化学结合水，Ca（OH）2CaO+H2O，强度明显下降，墙面外表面失水收缩，内部结构受热膨胀，导致墙面出现裂纹。

当火灾温度达到700℃时，Ca（OH）2的化学结合水全部失去，晶体被破坏，体积变小。二氧化硅发生晶形变化，体积变大，此时的水泥混凝土的强度下降80%。

当火灾温度继续上升达到900℃时，CaCO3CaO+ CO2↑，水泥混凝土强度完全丧失，外形成粉末状。

当火灾温度超过1200℃时，水泥混凝土将被烧融，有熔瘤状痕迹。

综上所述，水泥混凝土的强度变化与温度的变化有着密切的联系。

最后，我们从V形燃烧模型可知，起火点区域由于燃烧时间相对较长一些，该部位温度逐渐升高，所产生的高温区与燃烧的发展趋势一致也呈V形。在此高温长时间作用下，水泥混凝土抹灰层脱落严重，出现酥裂甚至泛出白色粉末，水泥混凝土完全丧失强度，在水枪射流外力作用下脱落，形成V形脱落痕迹。

V形脱落痕迹，说明了该部位收到了较长时间的高温作用，该部位水泥混凝土用1%酚酞酒精溶液检验出呈中性，而火灾发展阶段，火势蔓延迅速，火场升温速度快，由于升温时间短，水泥成分中的化合水赫尔结晶水不能完全排除，外表灼热的混凝土抹灰层在水枪射流的冷却作用下爆裂脱落，脱落层碎块较大，并具有一定的轻度。用1%酚酞酒精溶液检验出呈弱酸性，由于受热面积过大，其脱落层不会呈V形。

根据火场混凝土的脱落痕迹，可以大致推断出该部位的大致受热作用的温度。

混凝土外观颜色变化如表3所示。

脱落痕迹，可以帮助寻找起火点的具体位置。如果是较高部位出现脱落，证明燃烧是由可燃物的上部向下部传播的，如果实在较低的部位出现脱落，则证明燃烧是从地面部位向上传播；具体的脱落痕迹可以大致推断出燃烧的起火点位置，该部位的确定对调查火灾的起因有着很大的帮助。

3　外界因素对V形痕迹的影响

3.1　低燃点可燃物质的影响

如果在密封较好的室内存放着有高燃点可燃物质与低燃点可燃物质，起初的燃烧发生在高燃点可燃物质上，由于空气的对流作用，热辐射作用及导热作用，低燃点可燃物质会首先燃起大火，其燃烧形成的痕迹很容易对起火点位置错误地判断，这就要求对火场的各类物质的性质、在火灾前的堆放位置、堆放形式、通风状况、热辐射及导热情况进行详细分析，正确地确认起火点位置，才能做到准确地确认起火原因。

3.2　消防射流的影响

消防射流是扑灭火灾的主要手段，但大口径的水枪的应用，会导致火场可燃物质残体在自然倒塌位置上发生位移，也会造成非自然通风条件，可以造成非起火点位置加重燃烧。消防射流还可以导致500℃一下的混凝土前度下降甚至爆裂。500℃以上时，消防射流对混凝土的强度影响不大。

3.3　强劲通风的影响

火灾时，由于门窗玻璃被烧碎，或者在灭火时认为造成火场空气对流的加强，都可以改变火势蔓延的发展方向，使混凝土的强度和木结构的炭化层发生变化，导致显示不准确的起火点位置。

3.4　飞火现象的影响

火灾现场的飞火现象是很常见的，特别是大面积室外火灾，由于风力或空气对流加强的影响，可以造成燃烧的小碎片到处顺风漂流，导致出现多个起火点。在火灾调查时，应着重寻找第一起火点。但一般飞火造成的新起火点，大部分是从可燃物质的上部开始燃烧。

3.5　金属材料的影响

由于金属材料的导热性能很好，一个房间起火，如果有金属材料（暖气管道、电线管、金属过梁等）与其他房间相通，极易造成其他房间也发生火灾，这样又增加了新的起火点，在多个房间发生火灾时，应根据燃烧的剧烈程度，细加分析，正确确定最先引起火灾的起火点。

4　结论

利用V形燃烧模型，可以帮助火灾调查人员迅速找到起火点部位，燃烧形成的V形痕迹一般比较特定，特别是V形烟熏痕迹，可以采集烟痕，利用光谱仪、质谱仪等，分析出起火物质。

V形燃烧模型只适用于固体物质燃烧，液体和气体物质原则上不适用，但如果少量液体燃烧为引火物引燃固体物质时，也会在墙体上留下V形痕迹，在应用时应引起足够的重视，必须根据具体情况灵活应用。

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