玻璃受载过程中的失效及破坏机理

玻璃受载过程中的失效及破坏机理

在许多火灾发生的地方，现场门窗的玻璃被烧毁，救援人员使用消防水等使温暖的玻璃发冷。由于火灾现场破坏大,痕迹物证难以保留,很难提取到有价值的物证。有些火灾现场,需要判明门窗上的玻璃是否被击碎过,进而判断是否为出入口或火种入口,从而为确定事件性质提供依据。因此,就需要搞清受热与击碎玻璃痕迹的区别。本文就常用普通玻璃,作详细观察研究,介绍如下。1玻璃破碎的原因玻璃的品种很多,由于它的化学成分不同,其性质各异。普通常用门窗玻璃主要是氧化硅、氧化钠、氧化钙的混合物,亦称碱石灰玻璃,这种玻璃是在1400～1500℃的温度下熔炼的。在生产过程中,需要进行冷却、硬固、退火等几个阶段。玻璃在成型冷却时,外层冷却得快,中间冷得慢,当外层冷却到室温时,中间部分仍在继续冷却,会产生体积收缩,于是玻璃内就产生了内应力,这种内应力是由玻璃的热性质造成的,称热应力,由于玻璃冷却不均匀,产生的应力也就不平衡,如果玻璃退火不完全,玻璃内部存在的热应力易造成玻璃炸裂或轻微受力甚至温度变化遂产生炸裂。玻璃在常温下是一种无晶体结构的固体物质,属于非晶体,无固定熔点,且机械强度、透光、传热、导电等性能各向都是同性的。玻璃具有较高的硬度和抗压强度,但抗拉强度较差,是一种脆性材料,在不很大的拉抻力作用下即遭破坏,因此,玻璃在外力作用下,通常破裂的原因是拉应力而非压应力,玻璃破碎有如下特点:(1)因玻璃大体上是完全弹性体,按虎克法则不产生屈服等塑性变形。(2)当玻璃破碎时,其破坏原点在它的表面。(3)玻璃表面上极细微的裂纹周围产生了拉抻力,这种应力造成玻璃破碎。(4)由于某种偶然因素造成玻璃上极细微的裂纹,这些裂纹导致玻璃破碎。2击中碎玻璃的痕迹特征玻璃被击碎,无论是枪弹还是石子,形成的特征一般表现在3个方面,即洞孔形状、辐射裂纹、同心圆裂纹。2.1玻璃碎屑的发生旋转的枪弹击碎玻璃的洞孔呈逐渐扩大的层层剥落状喇叭形,层层剥落花纹特征明显,洞孔四周出现一圈较多的白色不透明玻璃碎屑;平滑枪筒的猎枪弹击碎玻璃的每一小孔呈逐渐扩大的层层剥落状喇叭形,洞孔周围亦出现一圈白色不透明的玻璃碎屑;石子击碎玻璃的洞孔呈逐渐扩大的喇叭形,层层剥落状花纹不太明显,当撞击速度较高时,洞孔四周也出现一圈白色不透明的玻璃碎屑;汽枪弹击碎玻璃的洞孔呈逐渐扩大的层层剥落喇叭形,洞孔直径一般在6mm～9mm。2.2洞孔内有粗糙度面当玻璃破碎时,在玻璃上形成了以着力点为中心,向四周放射扩散的弯曲程度不同的裂纹。旋转的枪弹击碎玻璃的辐射裂纹短而密,有的有弧度,其断面花纹在洞孔附近呈粗糙面,尔后是圆弧状或不规则的镜面;汽枪弹击碎玻璃的辐射裂纹较密,其断面花纹在接近洞孔处弓形花束,花束汇集点在受击的一面,并指向小孔,尔后出现圆弧状花纹;平滑枪筒的猎枪弹击碎玻璃的辐射裂纹短而密且裂纹较直,石子击碎玻璃的辐射裂纹稀长且较直,上述二种痕迹的断面花纹成弓形花束,花束汇集点在受击的一面,并指向小孔。2.3小纹的描述以着力点为圆心,形成的层层外扩的圆弧形裂纹。旋转的枪弹击碎玻璃的同心圆裂纹呈断续状密集于洞孔附近,裂纹的起终点在与辐射裂纹相交处;平滑枪筒的猎枪弹击碎玻璃的同心圆裂纹较小;汽枪弹和石子击碎玻璃的同心圆裂纹较少且离洞孔远。击碎玻璃的同心圆花纹,其断面花纹均呈弓形花束,其汇集点在受击的背面。3玻璃的破裂现象冷热温差的变化对玻璃的影响较大,玻璃受热或骤冷时均可破裂,这种破裂也叫温差裂痕,多发生在火灾现场或严寒季节。当室内着火,室内外温差过大,玻璃因热胀冷缩向温度高的一面突胀,在热应力的作用下,当超过一定极限时玻璃就会破裂,这种裂痕有如下特征:(1)很难发现破坏原点,无同心圆痕迹,辐射裂纹也很少。(2)破碎裂纹呈蛇行状,多不贯通,碎片边角圆滑且不规则。(3)其裂纹断面大多数光滑看不到花纹,个别情况可见到微弱的汇集点朝向低温面的弓形纹,在低温面有时可看到细小的锯齿状痕迹,但均不明显。(4)部分受高温的碎片呈软化弯曲状。(5)靠燃烧物的一面多有黑灰烟垢。综上所述,受热与击碎玻璃的痕迹特征存在着明显的差异,据此,在现场勘查时就能把二者区分开来。4对于施暴人,梁某长期以死烧房被烧1999年5月20日下午3时许,某村陈某家中5间房屋被烧坏,当消防队扑灭火灾后发现室内有一具男尸,情况不明,因案情重大,随报刑警大队要求勘验现场。尸体经辨认为陈某家西邻梁某,尸检结果为窒息死亡。经调查,陈、梁两家因宅基地问题产生矛盾一年余,双方互相仇视,相互扬言报复。结合案情分析案件可能存在两种情况:一是陈某将梁某束缚至其房中并烧屋焚尸,二是梁某将陈家房屋烧毁并同归于尽。我们结合案情对现场进行了认真勘验,在排除了其他引起火灾的可能情况后,重点对门窗部位进行勘验,由于门窗已烧烬,散落在窗子下部的玻璃碎片均呈受热碎裂的花纹特征。被烧坏的门锁呈关闭状态锁于门栓上掉落于门口内侧,固定门栓的螺钉正常,而门口地面上碎玻璃片的破碎痕迹不同,大多数呈受热碎裂的痕迹特征,但有1