玻璃受載過程中的失效及破壞機理

玻璃受載過程中的失效及破壞機理

在許多火災發(fā)生的地方，現(xiàn)場門窗的玻璃被燒毀，救援人員使用消防水等使溫暖的玻璃發(fā)冷。由于火災現(xiàn)場破壞大,痕跡物證難以保留,很難提取到有價值的物證。有些火災現(xiàn)場,需要判明門窗上的玻璃是否被擊碎過,進而判斷是否為出入口或火種入口,從而為確定事件性質(zhì)提供依據(jù)。因此,就需要搞清受熱與擊碎玻璃痕跡的區(qū)別。本文就常用普通玻璃,作詳細觀察研究,介紹如下。1玻璃破碎的原因玻璃的品種很多,由于它的化學成分不同,其性質(zhì)各異。普通常用門窗玻璃主要是氧化硅、氧化鈉、氧化鈣的混合物,亦稱堿石灰玻璃,這種玻璃是在1400～1500℃的溫度下熔煉的。在生產(chǎn)過程中,需要進行冷卻、硬固、退火等幾個階段。玻璃在成型冷卻時,外層冷卻得快,中間冷得慢,當外層冷卻到室溫時,中間部分仍在繼續(xù)冷卻,會產(chǎn)生體積收縮,于是玻璃內(nèi)就產(chǎn)生了內(nèi)應力,這種內(nèi)應力是由玻璃的熱性質(zhì)造成的,稱熱應力,由于玻璃冷卻不均勻,產(chǎn)生的應力也就不平衡,如果玻璃退火不完全,玻璃內(nèi)部存在的熱應力易造成玻璃炸裂或輕微受力甚至溫度變化遂產(chǎn)生炸裂。玻璃在常溫下是一種無晶體結(jié)構的固體物質(zhì),屬于非晶體,無固定熔點,且機械強度、透光、傳熱、導電等性能各向都是同性的。玻璃具有較高的硬度和抗壓強度,但抗拉強度較差,是一種脆性材料,在不很大的拉抻力作用下即遭破壞,因此,玻璃在外力作用下,通常破裂的原因是拉應力而非壓應力,玻璃破碎有如下特點:(1)因玻璃大體上是完全彈性體,按虎克法則不產(chǎn)生屈服等塑性變形。(2)當玻璃破碎時,其破壞原點在它的表面。(3)玻璃表面上極細微的裂紋周圍產(chǎn)生了拉抻力,這種應力造成玻璃破碎。(4)由于某種偶然因素造成玻璃上極細微的裂紋,這些裂紋導致玻璃破碎。2擊中碎玻璃的痕跡特征玻璃被擊碎,無論是槍彈還是石子,形成的特征一般表現(xiàn)在3個方面,即洞孔形狀、輻射裂紋、同心圓裂紋。2.1玻璃碎屑的發(fā)生旋轉(zhuǎn)的槍彈擊碎玻璃的洞孔呈逐漸擴大的層層剝落狀喇叭形,層層剝落花紋特征明顯,洞孔四周出現(xiàn)一圈較多的白色不透明玻璃碎屑;平滑槍筒的獵槍彈擊碎玻璃的每一小孔呈逐漸擴大的層層剝落狀喇叭形,洞孔周圍亦出現(xiàn)一圈白色不透明的玻璃碎屑;石子擊碎玻璃的洞孔呈逐漸擴大的喇叭形,層層剝落狀花紋不太明顯,當撞擊速度較高時,洞孔四周也出現(xiàn)一圈白色不透明的玻璃碎屑;汽槍彈擊碎玻璃的洞孔呈逐漸擴大的層層剝落喇叭形,洞孔直徑一般在6mm～9mm。2.2洞孔內(nèi)有粗糙度面當玻璃破碎時,在玻璃上形成了以著力點為中心,向四周放射擴散的彎曲程度不同的裂紋。旋轉(zhuǎn)的槍彈擊碎玻璃的輻射裂紋短而密,有的有弧度,其斷面花紋在洞孔附近呈粗糙面,爾后是圓弧狀或不規(guī)則的鏡面;汽槍彈擊碎玻璃的輻射裂紋較密,其斷面花紋在接近洞孔處弓形花束,花束匯集點在受擊的一面,并指向小孔,爾后出現(xiàn)圓弧狀花紋;平滑槍筒的獵槍彈擊碎玻璃的輻射裂紋短而密且裂紋較直,石子擊碎玻璃的輻射裂紋稀長且較直,上述二種痕跡的斷面花紋成弓形花束,花束匯集點在受擊的一面,并指向小孔。2.3小紋的描述以著力點為圓心,形成的層層外擴的圓弧形裂紋。旋轉(zhuǎn)的槍彈擊碎玻璃的同心圓裂紋呈斷續(xù)狀密集于洞孔附近,裂紋的起終點在與輻射裂紋相交處;平滑槍筒的獵槍彈擊碎玻璃的同心圓裂紋較小;汽槍彈和石子擊碎玻璃的同心圓裂紋較少且離洞孔遠。擊碎玻璃的同心圓花紋,其斷面花紋均呈弓形花束,其匯集點在受擊的背面。3玻璃的破裂現(xiàn)象冷熱溫差的變化對玻璃的影響較大,玻璃受熱或驟冷時均可破裂,這種破裂也叫溫差裂痕,多發(fā)生在火災現(xiàn)場或嚴寒季節(jié)。當室內(nèi)著火,室內(nèi)外溫差過大,玻璃因熱脹冷縮向溫度高的一面突脹,在熱應力的作用下,當超過一定極限時玻璃就會破裂,這種裂痕有如下特征:(1)很難發(fā)現(xiàn)破壞原點,無同心圓痕跡,輻射裂紋也很少。(2)破碎裂紋呈蛇行狀,多不貫通,碎片邊角圓滑且不規(guī)則。(3)其裂紋斷面大多數(shù)光滑看不到花紋,個別情況可見到微弱的匯集點朝向低溫面的弓形紋,在低溫面有時可看到細小的鋸齒狀痕跡,但均不明顯。(4)部分受高溫的碎片呈軟化彎曲狀。(5)靠燃燒物的一面多有黑灰煙垢。綜上所述,受熱與擊碎玻璃的痕跡特征存在著明顯的差異,據(jù)此,在現(xiàn)場勘查時就能把二者區(qū)分開來。4對于施暴人,梁某長期以死燒房被燒1999年5月20日下午3時許,某村陳某家中5間房屋被燒壞,當消防隊撲滅火災后發(fā)現(xiàn)室內(nèi)有一具男尸,情況不明,因案情重大,隨報刑警大隊要求勘驗現(xiàn)場。尸體經(jīng)辨認為陳某家西鄰梁某,尸檢結(jié)果為窒息死亡。經(jīng)調(diào)查,陳、梁兩家因宅基地問題產(chǎn)生矛盾一年余,雙方互相仇視,相互揚言報復。結(jié)合案情分析案件可能存在兩種情況:一是陳某將梁某束縛至其房中并燒屋焚尸,二是梁某將陳家房屋燒毀并同歸于盡。我們結(jié)合案情對現(xiàn)場進行了認真勘驗,在排除了其他引起火災的可能情況后,重點對門窗部位進行勘驗,由于門窗已燒燼,散落在窗子下部的玻璃碎片均呈受熱碎裂的花紋特征。被燒壞的門鎖呈關閉狀態(tài)鎖于門栓上掉落于門口內(nèi)側(cè),固定門栓的螺釘正常,而門口地面上碎玻璃片的破碎痕跡不同,大多數(shù)呈受熱碎裂的痕跡特征,但有1