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古建筑琉璃瓦模拟雷击致损过程闪络通道观测及损伤原因研究

琉璃瓦，冲击发生器，高速摄像机，表面闪络，含水率

雷电防护技术与应用 > 雷电灾害实例和理论分析

作为古建筑屋顶的重要组成部分，琉璃构件在中国古建筑中扮演着非常重要的角色。雷击是造成琉璃构件破坏的主要自然灾害之一。本研究利用冲击发生器、高速摄像机等对古建筑琉璃瓦件进行了雷击试验和观测，主要对琉璃瓦釉质、胎体和灰浆材料进行了冲击试验，以及不同含水率、不同表面下闪络路径的发生发展特征和造成的破坏差异，另外重点分析了雷电流通过灰浆部位进入瓦件造成的破坏的过程和原因。主要得到：

1）表面闪络通道在琉璃瓦釉质表面时发展迅速，从琉璃瓦胎体上发展变慢，从瓦之间的灰浆材料发展时最慢。说明发生表面闪络时，固体绝缘体表面光滑时，流注速度较快，固体表面粗糙时，流注速度较慢。釉质面和胎体面对比，通道更容易沿胎体表面发展。同样材质时，含水率较高时，多数情况通道发展速度较快，含水率较低时，发展速度一般较慢，说明当含水率增加时，流注的速度会增加。另外含水率变高时，闪络通道光强会变弱。三种材质中在灰浆表面时损坏最严重，釉质表面、胎体、灰浆具体破坏特征会进一步研究。

2）通过试验分析，雷电流更容易通过瓦件灰浆部位进入胎体造成的琉璃瓦的破坏，通过电—热—机械能发生破坏，这与灰浆孔隙率高、含水率高、导电性好有关。虽然在灰浆表面通道发展速度较慢，但是产生的破坏作用最大。需重点做好灰浆的防护，通过涂抹绝缘材料降低其导电性减少雷击的破坏，这对于古建筑琉璃瓦件的防雷具有一定意义。

本研究雷击模拟试验采用的是8/20μs电流波形，虽然比10/350μs电流波形的能量要小，但是二者波形相似。此外，造成表面闪络的原因多是琉璃瓦体表面出现污秽、水膜等情况降低瓦表面绝缘，这种闪络具有较高危害性，有条件的可利用表面闪络的特性，通过外部防雷装置使其表面产生上行先导，吸引并传导雷电流，通过特定方式将雷电流传导至大地，减少对琉璃瓦件的破坏。