低温环境下石膏制模效果的影响研究

张 原，唐 港

（辽宁警察学院 刑事技术系，辽宁 大连 116036）

立体足迹是刑事案件现场常见的痕迹之一，在穿鞋足迹的同一认定、足迹追踪和视频追踪等方面发挥着重要的作用。与普通路面立体足迹提取相比，冰雪路面立体足迹因其环境温度低，容易造成石膏液冷冻、石膏模型质脆、石膏液凝固过程中放热造成冰雪融化破坏特征等问题，成为痕迹提取中的一个难题。基层实战单位对冰雪路面立体足迹提取方法进行了有效的探索：一是在普通路面提取基础上加入固定剂阻断石膏液与冰雪足迹的结合，防止足迹表面的冰雪融化；二是在调制石膏液时加入氨水、酒精等物质降低石膏液的冰点；三是在石膏液中加入硫化物提高石膏模型的韧性[1-2]。但每种方法只解决了提取过程中的某一个问题，而且操作过程繁琐、操作时间长，影响了现场勘查工作的效率。本文通过大量的实验，寻找适用于低温环境下调制石膏液的最佳溶液种类和浓度，可以为实战工作中简化冰雪路面立体足迹提取流程提供参考，能有效提高现场勘查工作的效率。

一、实验部分

（一）实验材料

石膏粉、水、食盐、无水乙醇、汽车防冻液。

90mL 带盖塑料盒、电子天平、量筒、温度计、计时器、标签、冰箱。

（二）实验方法

1.配制溶液

根据需要分别配制质量浓度为5%、10%、15%、20%、25%的食盐水溶液；分别配制体积比为5%、10%、15%、20%、25%的酒精水溶液和汽车防冻液水溶液。

2.调制石膏液

将石膏粉分别与上述不同浓度的食盐水溶液、酒精水溶液、防冻液水溶液按照质量比为5:3 进行混合，调制石膏液。

3.环境温度的影响研究

分别取90mL 不同浓度的食盐水溶液、酒精水溶液、防冻液水溶液以及其调制的石膏液，倒入塑料盒中，同时放入-14℃、-16℃、-18℃、-20℃、-22℃的冰箱冷冻室中（模拟低温环境），观察不同浓度的 3 种水溶液与其对应石膏液的状态变化，平行5 组实验，计算不同浓度溶液调制的石膏液的平均凝固时间。

4.石膏模型稳定性的研究

将凝固成型的石膏模型进行拍照固定，然后，放置在常温、通风、干燥的环境下进行保存。3 个月后，观察石膏模型的外观形态并拍照固定，比较石膏模型放置3 个月前后的变化。

二、结果

（一）食盐水溶液调制石膏液

将 5%、10%、15%、20%、25%的食盐水溶液和其调制的石膏液分别放入-14℃、-16℃、-18℃、-20℃、-22℃的冰箱冷冻室中，观察并比较不同浓度食盐水溶液的结冰情况，计算其对应石膏液的平均凝固时间（平行5 组实验），实验结果见表1。

表1 不同温度下，不同浓度食盐水溶液结冰情况、其调制的石膏液凝固时间比较（单位：分钟）

（二）酒精水溶液调制石膏液

将 5%、10%、15%、20%、25%的酒精水溶液和其调制的石膏液分别放入-14℃、-16℃、-18℃、-20℃、-22℃恒温的冰箱冷冻室中，观察并比较不同浓度酒精水溶液的结冰情况，计算其对应石膏液的平均凝固时间（平行5 组实验），实验结果见表2。

表2 不同温度下，不同浓度酒精水溶液结冰情况、其调制的石膏液凝固时间比较（单位：分钟）

（三）防冻液水溶液调制石膏液

将 5%、10%、15%、20%、25%的防冻液水溶液和其调制的石膏液分别放入-14℃、-16℃、-18℃、-20℃、-22℃恒温的冰箱冷冻室中，观察并比较不同浓度防冻液水溶液的结冰情况，计算其对应石膏液的平均凝固时间（平行5 组实验），实验结果见表3。

表3 不同温度下，不同浓度防冻液水溶液结冰情况、其调制的石膏液凝固时间比较（单位：分钟）

（四）石膏模型稳定性的研究

将凝固成型的石膏模型拍照固定后，放置在通风、干燥、避光的室温环境下进行保存，3 个月后观查石膏模型的变化，实验结果如见表4。

表4 石膏模型放置3 个月前后效果比较

三、讨 论

（一）食盐水溶液调制石膏液

相同浓度食盐水溶液调制的石膏液，温度越低，凝固速度越慢。相同温度条件下，盐水浓度越高，石膏液凝固速度越慢。在-14℃至-22℃条件下，5%、10%、15%食盐水溶液的结冰速度小于其对应石膏液的凝固速度，且石膏液凝固时间小于20 分钟，因此，可以作为低温环境下调制石膏液的溶液；而 20%、25%的盐水溶液结冰速度慢，但是其对应石膏液的凝固时间均超过40 分钟，故不宜作为低温环境下调制石膏液的溶液。

（二）酒精水溶液调制石膏液

相同浓度酒精水溶液调制的石膏液，温度越低，凝固速度越慢。相同温度条件下，酒精浓度越高，石膏液凝固速度越慢。在-14℃至-22℃条件下，5%酒精水溶液结冰速度小于对应石膏液的凝固速度，且石膏液的凝固时间小于20 分钟，因此，可以作为低温环境下调制石膏液的溶液；而10%、15%、20%、25%酒精水溶液结冰速度慢，但是其对应石膏溶液的凝固时间均超过 40 分钟，故不宜作为低温环境下调制石膏液的溶液。

（三）防冻液水溶液调制石膏液

在-14℃至-22℃条件下，防冻液水溶液均未完全结冰，表明防冻液能有效降低溶液的冰点。但是，其调制的石膏液凝固时间均超过40 分钟，故不宜作为低温环境下调制石膏液的溶液。

（四）石膏模型稳定性的研究

放置3 个月后，5%盐水溶液、5%酒精水溶液调制石膏液灌制的模型，无晶体析出，未发生形变，触摸手感坚硬，无粉渣脱落现象；而10%、15%盐水溶液调制石膏液灌制的模型，有大量晶体析出，体积皱缩，触摸手感酥软，有粉渣脱落。因此，5%盐水溶液、5%酒精水溶液可以作为低温环境下调制石膏液的溶液。

四、结 论

食盐、酒精、汽车防冻液均可不同程度的降低水的冰点，但溶液的种类、浓度、环境温度都是影响石膏液凝固时间的重要因素，通过对3 种溶液的结冰情况、其对应石膏液凝固时间的比较，结合存放3 个月后石膏模型的变化，5%的食盐水溶液和 5%的酒精溶液可用于低温环境下，调制石膏液的溶液。在提取冰雪路面立体足迹时，应采用冰块降低石膏液的温度，一是降低破坏足迹的风险，二是提高制模的效率。另外，盐水溶液调制的石膏液在凝固过程中有明显的放热现象，是否影响提取鞋底花纹的质量，以及采用何种染色方法增强模型鞋底花纹的反差，项目组将在后续的工作中开展研究。