火场条件下热镀锌彩钢板受热痕迹特征研究

涂层覆盖 ，变为黑色 ，保留区域的涂层仍为白色 ；900 ℃以
上时样品涂层完全消失 ，整体变为黑色并有起鼓。
无涂层的钢板在相同受热条件下的痕迹进行了对比
研究，其宏观痕迹如图 2 所示。
（a）200 ℃
（b）300 ℃
（c）400 ℃
（d）500 ℃
（e）600 ℃
（f）700 ℃
（g）800 ℃
（h）900 ℃
对 样 品 的 微 观 形 貌 进 行 分 析 可 以 发 现 ，在 200~ 400 ℃时由于表面涂层还未开裂 ，所以并不能观察到涂层 之下钢板的形貌 ；温度在 500~600 ℃时，宏观上涂层依旧 完整 ，但表面开始生长出大量须状晶芽 ，经能谱分析须状 晶芽主要成分为 Zn 和 O，因此可以推断须状晶芽为锌的 氧化物冲破涂层脆弱部分生长出来形成的 ；当温度上到 700 ℃时样品表面涂层开裂 ，此时裂缝中形貌较为平整光 滑，有细小纹路，涂层部分的微观形貌无明显变化 ；温度继 续上升到 800 ℃ ，表面涂层大部分脱漏 ，涂层表面有大量 晶须状球体 ，结合能谱分析可知 ，半球体主要成分为 Zn、
（a）200 ℃
（b）300 ℃
（c）400 ℃
（d）500 ℃
（e）600 ℃
（f）700 ℃
（g）800 ℃
（h）900 ℃
（i）1 000 ℃
图 1 有涂层样品受热 30 min 不同温度下的宏观痕迹
500 ℃时试样表面变为白色 ；600~700 ℃时 ，试样表
面出现细微裂痕仍为白色；800 ℃时涂层破碎，试样表面无
使用分光测色仪对在不同温度下受热 30 min 后的样 品进行色差变化的测量，结果见表 1。其中 L 表示黑白，或 亮暗 ，+表示偏白 ，-表示偏暗 ；a 表示红绿 ，+表示偏红 ，表示偏；b 表示黄蓝，+表示偏黄，-表示偏蓝。单纯的“L”、 “a”和“b”是绝对值，用这 3 个数值可以在一个三维立体图
为一种钢材 ，彩钢板在工业上有相应的生产标准和测试 方法。
目前国内外学者对火场条件下金属受热痕迹特征的 研究不多 ，特别是对彩钢板不同温度下受热的痕迹变化过 程鲜有关注 ，但由于火场中的温度不一致 ，产生的受热痕 迹也不相同 ，给火调工作带来了很大的困难。基于此 ，笔 者选取应用最为广泛的表面涂覆热塑性丙烯酸涂料的镀 锌钢板为研究对象 ，在对板材进行不同温度加热的基础 上 ，采用宏观与微观 、定性和定量相结合的方法 ，对镀锌钢 板在高温环境下的痕迹特征与受热条件的关联性进行研 究 ，以期为相关火灾事故现场勘验提供指导。 1 实验部分
修改时间：2021 年 06 月 02 日 17:58:08
编辑 L 电脑 XF-D 排图文 yjy 校对 GMCC １
2
3
火灾调查研究
火场条件下热镀锌彩钢板受热痕迹特征研究
邓兆鋆1，金 静2，赵禹忱1 （1. 中国人民警察大学 研究生学院，河北 廊坊 065000；2. 中国人民警察大学 侦查学院，河北 廊坊 065000）
（1）设置好实验温度 ，将裁剪好的彩钢板和无涂层钢 板从密封袋中取出 ，整齐摆放在炉内干燥的水泥块上 ，每 次试验两种样品各放置 4 块 ，彩钢板带有颜色的一面向 上 ，关闭炉门 ，按下开始键升温。
（2）等待炉内温度下降 ，等待其自动降温到 100 ℃以 下后打开炉门 ，等待炉内温度降至室温后 ，用坩埚钳将水 泥块平稳取出 ，放在地面上 ，用镊子夹起样品（不可碰到样 品表面）放置在样品盒中并用双面胶固定 ，将样品盒平稳 的放入密封袋密封。
摘 要：为了详细研究热镀锌彩钢板受热痕迹特征变化及痕 迹形成原因，选择有涂层和无涂层两种热镀锌彩钢板为研究对象， 讨论了彩钢板在不同温度下受热 30 min 时的痕迹变化特征。结 果表明热镀锌彩钢板在高温下的变化主要包括表面涂层的热损、 镀锌层及钢板本体的热蚀几方面，其宏观痕迹在 400、500、800、 900 ℃四个温度点会发生明显变化，宏观上 800 ℃以下时主要表 现为涂层形态和颜色的变化：涂层无变化—漆层变黑—变为浅黄 并出现粉末—漆层出现裂痕—漆层脱落，900 ℃后样品表面为黑 色金属氧化层；微观上 800 ℃以下时能观察到镀锌层，在 800 ℃ 开始出现须状晶包裹的球状形貌，在 900 ℃后出现块状与针状组 织，能谱分析发现高温时镀锌层逐渐消失且铁所占比重上升。研 究结果旨在为彩钢板建筑的现场痕迹识别提供参考。
（3）将制得的试样置于物证翻拍台上拍照记录。 （4）利 用 数 码 照 相 机 、分 光 测 色 仪 和 扫 描 电 子 显 微 镜
基 金 项 目 ：河北省重点研发计划自筹项目（1 8 2 1 5 4 1 6）
消防科学与技术 2021 年 6 月第 40 卷第 6 期
941
修改时间：2021 年 06 月 02 日 17:58:08
30 μm （a）200 ℃
30 μm （b）300 ℃
30 μm （c）400 ℃
30 μm
30 μm
（d）500 ℃
（e）600 ℃
30 μm （f）700 ℃
30 μm
30 μm
30 μm
（g）800 ℃ （h）900 ℃（1） （i）900 ℃（2）
100 μm
100 μm
100 μm
（j）1 000 ℃(1） （k）1 000 ℃（2） （l）1 000 ℃（3） 图 3 有涂层样品在不同温度下受热 30 min 后的微观形貌
张 超 、李 可 明 、郝 存 继 等 总 结 了 彩 钢 板 建 筑 火 灾 利 用 倒 塌 痕 迹 和 宏 观 变 色 痕 迹 推 断 起 火 部 位 、起 火 点 的 调 查 方 法。王彦斌等人通过对一场彩钢板房的火灾分析指出此 类临时用房敷设电气线路时 ，电气线路必须穿管保护。朱 立 在《彩 色 涂 层 钢 板》一 书 中 从 工 艺 材 料 、生 产 流 程 、质 量 监控等方面对彩钢板不同分层做出了阐述 ，依据其论述可 建立热镀锌彩钢板不同分层模型。随着彩钢板建筑使用 的不断规范和彩钢板建筑火灾受热条件复杂化 ，彩钢板在 火灾调查领域的研究由建筑整体性能研究开始向彩钢板 热蚀痕迹特征及其形成机理方向深入 ，萧荣墅通过设置热 辐射、明火、电作用 3 种受热痕迹实验，结合宏观、微观、金 相分析方法 ，研究了热镀锌彩钢板的受热痕迹变化过程和 规律。热镀锌彩色涂层钢板是指以热镀锌板为基板 ，经过 脱脂、清洗、化学转化处理等表面预处理 ，在彩色涂层机组 上连续辊涂有机涂料 ，然后进行烘烤固化制成的板材。作
（i）1 000 ℃
图 2 无涂层样品受热 30 min 不同温度下的宏观痕迹
942
受热温度在 200~400 ℃时无涂层试样的金属光泽逐 渐黯淡 ；500~600 ℃时试样的金属光泽完全消失 ，颜色变 为浅灰色 ，表面并无其他明显变化 ；温度达到 700 ℃时试 样 颜 色 变 深 分 布 不 均 匀 ，表 面 无 裂 痕 或 起 鼓 ；温 度 达 到 800~900 ℃时样品变为完全变为黑色 ，表面部分起鼓 ；温 度达到 1 000 ℃时样品表面为黑色，并无金属光泽，表面无 起鼓现象。彩钢板宏观痕迹变化主要体现在涂层及钢板 两 方 面 ，一 是 温 度 升 高 ，钢 板 在 400 ℃ 以 下 受 热 30 min 后 ，主要是外部彩色涂层内有色物质受热发生热降解 ，颜 色加深；400~700 ℃受热 30 min 后，随着温度的升高涂层 进一步热降解 ，颜色呈白色 ，温度进一步升高 ，涂层热解或 脱落后 ，钢板开始直接与空气接触并发生氧化 ，变黑。
关 键 词 ：消防；热镀锌彩钢板；受热痕迹特征；微观形貌 中图分类号：X932；TP394.1 文献标志码：A 文 章 编 号 ：1 0 0 9 - 0 0 2 9（2 0 2 1）0 6 - 0 9 4 1 - 0 4
彩钢板作为一种新型建筑材料被广泛应用于各类简 易建筑结构中 ，特别是泡沫夹芯彩钢板建筑的火灾安全性 已成为了社会关注的焦点。在彩钢板建筑开始大量使用 的初期 ，学者们主要对可燃夹芯彩钢板建筑火灾蔓延特性 及建筑的安全性能进行了研究 ，同时还发现彩钢板涂层发 生老化降解的主要原因是温度变化引起涂层表面张力改 变 导 致 涂 层 开 裂 、腐 蚀 性 气 体 与 涂 层 基 团 分 子 发 生 反 应 导 致涂层起泡脱粘。
中 ，精确表示出一个颜色的点 ，没有单位。
表 1 不同温度下受热 30 min 彩钢板色差分析
温度/℃
L
a
b
原样
44.82
-5.62
-34.55
200
43.44
-3.33
-27.33
300
44.99
-6.24
-5.03
400
41.69
-1.63
2.70
500
88.32
-0.61
8.04
600
85.06
观察试样的宏观形貌、色差和微观形貌并拍照和记录。 2 结果与讨论 2.1 不同温度下样品宏观痕迹特征
有涂层的试样在不同温度下受热 30 min 后 ，宏观痕 迹如图 1 所示。经观察发现当受热温度为 200 ℃时，表面 钢板颜色与原样并无明显差别；加热温度达到 300 ℃时试 样颜色变深 ，表面变成暗蓝色 ；温度达到 400 ℃时试样表 面漆层变为深灰色。
1 000
42.70
-0.73
-0.96
2.2 不同温度下样品微观痕迹特征 从 宏 观 形 貌 分 析 中 可 知 ，热 镀 锌 彩 钢 板 宏 观 痕 迹 变 化
主要原因为表面保护层随温度变化与空气发生氧化反 应。利用扫描电子显微镜对不同受热温度下的热镀锌彩 钢板表面的微观特征形貌进行观察，如图 3 所示。
Fire Science and Technology，June 2021,Vol 40,No.6
修改时间：2021 年 06 月 02 日 17:58:08
值相差不大，在温度达到 800 ℃后涂层的厚度对样品表面 的颜色无影响。
表 2 不同温度下受热 30 min 无涂层钢板色差分析
温度/ ℃
L
受热 30 min 无涂层钢板 L、a、b 值变化情况见表 2， 总体来看 ，随着温度增加样品表面的亮度变化明显 ；无漆
层的样品由于表面没有漆层影响体现出基板的变化趋势， L 值随着温度升高而降低，表面变暗，a 值与 b 值也都更接 近于 0，呈现灰色。
通过表 1 和表 2 可知，有漆层的样品当达到 400 ℃时 涂层有色成分基本消失 ，样品整体开始呈现白色 ，随着受 热时间增加 L 值降低 ，变化也越快 ，当温度达到 700 ℃时 漆层开始脱漏，内部基板裸露。在 800 ℃后有涂层的样品 表面涂层全部脱落 ，此时有涂层样品与无涂层样品的 Lab
a
b
原样
99.19
-2.40
1.67
200
96.71
-1.87
3.21
300
96.38
-1.64
2.05
400
96.27
-1.84
1.91
500
84.33
0.09
2.53
600
67.911.083.76700
63.95
0.96
8.18
800
49.41
0.37
2.69
900
42.35
-0.94
-2.13
1.21
11.65
700
79.79
1.93
8.96
800
79.82
-2.56
18.42
900
47.05
-0.42
1.06
1 000
45.61
-0.44
0.75
由表 1 可以看出，在受热 30 min 情况下，对于有彩色 涂层的钢板来说随着温度升高样品的 L 值和 a 值的变化 情况为先降低再升高而后再降低 ，b 值的变化情况为先升 高后降低。结合样品照片来看样品在 200~400 ℃过程中 颜色变暗，表面蓝色占比减少，整体偏向灰色；500~700 ℃ 过程中由于样品呈白色 ，亮度值增加 ；当达到 800 ℃时样 品表面漆层完全脱漏 ，整体呈现灰黑色。
选取廊坊市宏顺达商贸有限公司所生产的彩钢板及 无涂层镀锌钢板，彩钢板牌号为 TDC51D+Z，热镀锌彩钢 板主要生产工艺参数如下:机组速度 180 m/min, 锌液温 度 为 460 ℃ ；彩 涂 主 要 生 产 工 艺 参 数 如 下: 机 组 速 度 为 150 m/min；烘烤板温度(PMT)为 204~232 ℃,面漆固化 时间 25 s,卷取温度 20 ℃。本实验为观察热镀锌彩钢复 合板的受热痕迹特征 ，同时由于实验条件的限制 ，在不影 响实验结果的前提下 ，使用金属切割剪将彩钢板和无涂层 钢板剪成规格为 0.5 mm×10 mm×10 mm 的小片，将表面 清洗干净后放置在清洁处晾干 ，晾干后使用干净的密封袋 密封。试验时取出样品使用 QSH- 1700- 200 × 200 × 200 型马弗炉（上海全硕电炉有限公司）进行加热，采取“静 态 等 温 实 验 法”。 受 热 温 度 依 次 设 定 为 200、300、400、 500、600、700、800、900、1 000 ℃ ，受 热 时 间 依 次 设 定 为 30 min，冷 却 方 式 分 为 放 置 在 炉 内 自 然 冷 却 。 实 验 步 骤 如下：