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中空玻璃破裂原因探析及规避手段

发表时间:2016-10-27 11:02 浏览:次

  近几年来,中国经济社会快速发展,城镇化与建筑节能政策推进,建筑中空玻璃制造行业也取得了长足地发展。中空玻璃是一种性能良好的玻璃结构,指两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开并周边粘结密封,使玻璃层间形成有干燥气体空间的制品。它具有很好的隔热、保温、隔音、防结露,节能、安全、环保和新型装饰等性能与功能,广泛地被应用于建筑业。中国新《节约能源法》提出的建筑节能目标是,到2010年,全国新增建筑的1/3达到节能50%的目标;到2020年,全国新增建筑全部达到节能65%的目标。按2010年的目标计算,今后5年将新增节能建筑面积约30亿m2,以普通中空玻璃和低辐射节能中空玻璃为主。据统计表明:2007年,深加工玻璃增长明显,年产量中空玻璃约1.5亿平方米。节能玻璃的广泛应用和政策法规的不断完善,也将极大地增加对中空玻璃的市场需求。

  中国目前中空玻璃已形成高、中档规模化生产格局。随着市场日益增长的对中空玻璃需求及它在建筑领域中的广泛应用,中国中空玻璃质量参差不齐,市场上有相当严重的以次充好现象,中空玻璃产品的质量问题将被提上日程,尤其是直接关系人们生活居住环境安全性的中空玻璃破裂问题凸现。武汉超峰玻璃将就建筑物从立项到投入使用整个过程中相关环节来探析中空玻璃破裂原因并构建规避手段。

  ⑴地理环境

  建筑物地理环境中的遮阴物、方位、气候温差、气压等因素都有可能造成中空玻璃温差分布不均匀,从而使玻璃的温差超越极限而破裂。

  1.1物业位置

  建筑物室外物体或建筑结构本身在中空玻璃上留下阴影,导致中空玻璃不同部位吸热不同而存在温差,阴影形状越不规则,玻璃越容易破裂。如安装在太阳光非均匀照射环境中的玻璃,一半受太阳直射,另一半被遮阳棚、立柱、门廊等物体遮蔽;或用作窗间墙的玻璃,既玻璃一半后部面靠墙或梁,而另一半后部是通透的房间;一端落地安装的或垂直边靠墙的玻璃等都易造成温差不均匀的分布,使玻璃的温差超越极限而破裂。

  建筑物中空玻璃使用的方位非常重要,早晚温差大的寒带和温带地区朝东、朝南安装的中空玻璃容易破裂。玻璃面朝南和朝北或其它方向,所受热应力均有不同,特别是对于吸热较大的玻璃,东面、东南面、南面、西南面使用的玻璃吸热相对于其它面多得多。设计时应把玻璃的热应力破裂作为重要因素加以考虑,建议对玻璃进行强化处理,加工成钢化、半钢化(镀膜)中空玻璃或者选择白璃或透光率较高的镀膜中空玻璃。

  1.2环境变化

  环境温度和气压的变化会引起中空玻璃组成部分与整体系统结构的变化。这种变化一旦超越中空玻璃所能承受的极限将造成中空玻璃破裂。

  组成中空玻璃的单片玻璃因环境温度变化而热胀冷缩产生的热应力破裂。玻璃在温度变化影响下会热胀冷缩,玻璃的线胀系数为1×10-5,一块边长1500mm的玻璃,在南方夏季高温季节,在太阳照射下,当温度升高80℃时会伸长1.2mm,这时玻璃体内热应力增大,加上结构胶粘贴宽度厚度过大,影响中空玻璃自由伸缩,加剧了玻璃破裂。根据上述情况决定玻璃是否强化,选用玻璃的颜色、尺寸、类型应严格按照有关规范来实施。

  中空玻璃系统结构因环境温度差异引起间隔层中气体热胀冷缩而使玻璃破裂。中空玻璃作业时,密封于间隔层内的压力是作业环境温度下的压力。在夏季使用环境温度一般都高于作业环境温度,间隔层中的空气发生膨胀,产生正压,特别是用吸热玻璃或镀膜玻璃制成的中空玻璃,玻璃的吸热效果很强,间隔层内空气温度更高,产生的正压也就更大。当由于间隔层空气膨胀引起的压力高于玻璃的破坏压力时,玻璃便会发生破裂。同样在冬季时,作业环境温度高于使用环境温度,间隔层内空气收缩,而产生负压,当玻璃面积较大而间隔层又较小时,两片玻璃的中心部位有可能帖在一起造成的变形超越极限就破裂。中空玻璃作业地与使用地气压相差较大,也可使中空玻璃发生变形而破裂。中国地域辽阔,不同地区间的气压相差也不尽相同,当这种气压引起的变形超越玻璃承受极限就会破裂。解决中空玻璃气压差引起的变形问题,须在中空玻璃作业时安置调压装置(如呼吸管、毛细管或调压阀等)或在施工现场对中空玻璃进行矫正。

  ⑵建筑设计

  当前,随着建筑设计师对建筑物空间效果和使用功能的追求,国家节能政策的倡导,对中空玻璃的选择要综合考虑玻璃的性能、功能及外观效果。选择使用吸热玻璃和镀膜玻璃为原片制作中空玻璃时,镀膜玻璃的热膨胀系数远大于一般玻璃的热膨胀系数,热应力更为明显。设计时不仅要对中空玻璃选择一定要对使用环境作一全面评价再确定,比如建筑物位置、方位朝向,环境温度等因素,还要考虑玻璃的颜色、透光率、遮蔽效果等。建议选用经强化处理的吸热玻璃或透光率较高的镀膜玻璃制作中空玻璃,并按照JGJ113《建筑玻璃应用技术规程》对玻璃进行热应力计算。

  玻璃厚度与尺寸的选择至关重要,必须考虑风荷载与热应力。建筑物主体结构在风荷载等作用下产生的层间变化产生的结构变形也能使玻璃破裂。土建主体结构在各项荷载作用下产生变化时,它必然要强制中空玻璃和它保持同步的变位,如果中空玻璃边缘与框架间没有足够的间隙适应这种变位,玻璃将被挤碎。玻璃的板面越大,受热膨胀后的变形也越大,形成的约束反力也越大,相应地造成更大热应力,增加了热破裂的机率;板面尺寸越大,越容易受到其它荷载的更大叠加效应;玻璃的形状越不规则,各部位、方向受力不平衡,同样会增大热应力破裂的机率。玻璃面积大,厚度小,则该块玻璃抗弯曲、抗热应力均小,极易破裂。对中空玻璃厚度、板面尺寸的选择,一定要根据风荷载与热应力要求进行计算。合理的设计是减少这方面的影响至关重要的因素,玻璃的使用高低不同,地区不同,应根据实际情况调整,以计算为准。

  ⑶玻璃产家

  3.1原片质量

  玻璃原片本身材质质量是影响中玻璃破裂的重要因素。原片存在厚薄不均、平整度较差、表面有疤痕、玻璃内有气泡夹渣等可见缺陷,在太阳照射下形成热效应不均匀而自行破裂。当今建筑物中选用的节能玻璃一般都为本体着色和镀膜(含Low-E)中空玻璃,本体着色玻璃和镀膜玻璃对太阳辐射能的吸收率均远大于一般透明玻璃,高吸热率产生高热应力,高热应力易使玻璃破裂。镀膜玻璃在生产过程中,如设备不先进,镀膜工艺不严,在镀膜过程中易产生膜层厚度不均,退火不完全等缺陷,即便是微小的差别,均是玻璃上墙后破裂的起因。因此,玻璃的原片质量要严格把关,对镀膜玻璃不仅要选择优良的新鲜玻璃原片,还要看设备是否先进,看软件是否过硬,技术是否熟练。

  3.2深加工质量

  玻璃在切割时产生的微小裂口会造成玻璃的破裂。玻璃是脆性材料,其边部的抗张强度与边缘缺陷的关系极为密切,任何边部的缺陷都会导致边缘的抗张强度降低十几倍。中空玻璃分格因建筑设计需要不同,玻璃的切割加工尺寸也不相同,玻璃的切割是用专用的刀具,玻璃在裁切时,因切割质量不好,在玻璃的边缘存在边界凹凸不平整,崩边崩角的情况或有裂纹,玻璃在受热膨胀时,由于内部应力的作用,就极易在边缘有缺陷的点开始破裂。因此,裁切的玻璃边缘一定要求平直光滑,不准许有崩边、牙边、崩角等缺陷;为了消除玻璃切割后周边隐藏的微小裂纹,在玻璃裁切后,对玻璃边部进行处理(采用机倒角、机磨边或者精磨边)。

  玻璃磨边质量也是影响中空玻璃破裂的重要因素,改善边部的加工质量是提高中空玻璃抗热破裂能力的关键因素之一。边部是玻璃最脆弱的地方,存在许多微裂纹和缺陷(如崩边、崩角、钳边不齐整等)玻璃边缘缺陷会导致应力集中及严重降低允许张应力,当遇到过大热应力、外力冲击极大地降低玻璃的抗拉强度,破裂一般从玻璃边部起始,容易造成从此处开始破裂。在磨边操作时,最好将玻璃边部进行磨边处理,严格检查玻璃磨边质量。

  钢化玻璃因内部存在硫化镍引起的自爆(钢化玻璃在无外部直接作用的情况下而自动发生破碎的现象)是中空玻璃破裂的重要因素。玻璃自爆典型特征是蝴蝶斑,玻璃碎片呈放射状分布,放射中心有二块形似蝴蝶翅膀的玻璃块,俗称“蝴蝶斑”,NiS结石位于二块“蝴蝶斑”的界面上。玻璃的原材料中通常含有微量的硫和镍,融化过程中镍合金碎片也会增加玻璃中的镍含量,当玻璃被加热时,这些物质发生化学反应,形成微小的硫化镍晶体。硫化镍晶体以两种方式存在:高温下稳定的α相和室温下稳定的β相。玻璃钢化过程中的高温把所有的硫化镍晶体都转化成α相。但是由于钢化玻璃的冷却过程非常迅速,以至于硫化镍晶体没有足够的时间转化为β相。这在玻璃中遗留下不稳定的α体,它就像被压缩的弹簧一样随时准备毫无征兆地重新转化成β相,硫化镍晶体由α相转化成β相时体积膨胀4%。如果α相晶体位于张力最大的玻璃中央,膨胀产生的压力导致使整块玻璃破裂。降低钢化玻璃自爆的有效方法是对钢化玻璃进行均质处理(HST)。均质处理就是将钢化玻璃再次加热到290度左右并保温2小时,使硫化镍在玻璃出厂前完成晶相转变,让今后可能自爆的玻璃在工厂内提前破碎。按照国际惯例,经过均质处理后的钢化玻璃自爆率可降低至0.15%以下。根据此惯例进行控制,是确保钢化玻璃低自爆率有效方法。

  中空工序是中空玻璃的形成阶段,该阶段的质量控制将直接关系中空玻璃密封的有效性,所采用的辅助材料的质量与操作工艺都影响着中空玻璃的破裂问题。

  密封胶质量与干燥剂的选择对中空玻璃破裂的影响。制作中空玻璃的密封胶要求在高、低温状态下均有较好的弹性,既与玻璃同步伸缩,不致使玻璃产生较大应力。密封胶较硬,弹性不好,会制约玻璃因环境温度变化而产生的变形,使中空玻璃边部应力增大而导致破裂。而有些低质量的密封胶挥发成分较多,在打胶固化时,胶体收缩过大,尤其会增加首冬破裂的可能。另外要求中空玻璃密封胶要有较少的有机挥发物(小于1.5%),以防止密封胶收缩过大产生破裂;选用干燥剂的型号不当,会在中空玻璃密封后,间隔层气体产生负压,造成玻璃挠曲变形,加之环境温度与气压变化,当这种变形产生的应力超过了玻璃能够承受的最大应力时,中空玻璃的破裂也就发生了。因此,制作中空玻璃的辅助材料要保证使用优质产品。

  中空玻璃合片操作工艺对破裂的影响。水平法生产中空玻璃时(目前手工或半手工或者板面过大无法在自动线上操作时都采用水平法生产),由于玻璃下部受支撑的面积较小而且支撑多在中心部位,加之上片玻璃的重量全部加到下片玻璃上,使下片玻璃向上弯曲,上片玻璃由于自重向下弯曲,结果造成中空玻璃的间隔层变薄,玻璃安装使用时就自然存在负压使玻璃上产生预应力,面积较大的中空玻璃这种现象更为突出。由于玻璃上预应力的存在,减少了其抵抗外力的能力,在外界因素变化较大时容易发生破裂。针对以上操作中的缺陷必须及时加以补求,在合完片注完胶后须及时的向中空玻璃腔体内冲气来调和这种变形,从而避免因操作中变形引起的中空玻璃破裂。

  3.3包装与运输

  中空玻璃的运输通常采用铁架包装或者木箱包装,中空玻璃不同于其它玻璃,中空玻璃在受到压力时是单片受力,衬垫不平造成玻璃间受力不均匀容易导致中空玻璃破裂。另外在生产中玻璃边部处理有缺陷在运输中玻璃边部由于碰撞产生微小裂口而在安装前又不易被发现(由于周边涂胶)安装后受外力影响裂纹增长而使玻璃破裂。中空玻璃包装时要注意玻璃之间应用软性衬纸或衬垫相互隔开并保持玻璃间受力均匀,确保铁架或木箱牢固不易变形,避免中空玻璃间受到挤压,中空玻璃产品必须竖立式放置运输。

  3.4施工安装

  施工安装上墙或者上框后的中空玻璃四周紧固或松驰,玻璃底部是否安放支撑物,玻璃与四周框架用什么硬度材质密封或用玻璃胶密封等均对玻璃的破裂有密切影响。安装时框架不平整或弹性密封胶条质量不佳易使玻璃发生弯曲变形从而产生预应力,由于玻璃预应力的存在降低了其抗风压强度,甚至发生破裂。安装时避免中空玻璃产生预应力,安装玻璃的框架要平整,与玻璃接触的周边密封材料要有良好的弹性,使玻璃不产生任何变形。

  安装玻璃的框架的热绝缘好坏也是影响中空玻璃破裂的因素。在安装中空玻璃时,尽可能用导热系数低的弹性材料作衬垫,玻璃是热的不良导体,将玻璃与导热性良好的铝框、阴冷的墙体等隔绝开来,减少玻璃不均匀温差的形成。为避免上述问题,安装必须依照JGJ113-97《建筑玻璃应用技术规范》规定按照设计图纸、规范要求来实施。玻璃安装时应设法让玻璃与铝框热绝缘,下部平衡垫两块橡胶块,确保它们有足够的膨胀空间,保持绝对分离、弹性接触和热绝缘。

  ⑷业主使用

  中空玻璃在业主使用中除了受到硬物或锐物的撞击而造成玻璃破裂外。同时还受到业主使用中室内遮阳装置吸热后的再辐射的影响。如室内深色窗帘、百叶窗和室内玻璃表面粘贴或悬挂的装置图案或广告等遮阳装置,室内的遮阳装置增加了玻璃温度不均匀性,也增加了热应力的破裂的概率,应尽可能避免上述装置。室内的热辐射源直接作用于中空玻璃也能引起玻璃不同部位明显的温度变化而造成破裂,如安装在冷、热风道口处(空调通风口)的中空玻璃不同部位存在温差,这种温差引起的热应力,给中空玻璃的破裂增加机率。为了防止以上情况下中空玻璃的热应力破裂,提高玻璃承受风压强度和热应力强度,减少热应力破裂的机率,建议对玻璃采取强化处理。

  ⑸结论

  建筑中空玻璃使用中的破裂是一个综合性问题,因各种玻璃性能不同,地区不同,安装方法不同,破裂的原因也很复杂。除了在中空玻璃材质上与辅助材料上要保证优质产品以外,在施工设计上也应该要严格按照规范规定的要求来实施。因此,对中空玻璃的破裂均要根据实际情况仔细分析、找出原因,采取一些必要的构造措施来尽量减少中空玻璃使用中的破裂;同时,国家有关职能部门要加大中空玻璃产品的认证力度,对中空玻璃生产企业实行分级管理,规范中国中空玻璃市场,提高产品质量,普及中空玻璃在建筑物上的使用,使中国中空玻璃行业健康有序发展。

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