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【解析】中空玻璃破裂的原因與解決辦法

2016-10-04 18:21

 
       中空玻璃是一種性能良好的玻璃結構,指兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開並周邊粘結密封,使玻璃層間形成有幹燥氣體空間的製品。它具有很好的隔熱、保溫、隔音、防結露,節能、安全、環保和新型裝飾等性能與功能,廣泛地被應用於建築業。
 
  隨著市場日益增長的對中空玻璃需求及它在建築領域中的廣泛應用,我國中空玻璃質量參差不齊,市場上有相當嚴重的以次充好現象,中空玻璃產品的質量問題將被提上日程,尤其是直接關係人們生活居住環境安全性的中空玻璃破裂問題凸現。本文將就建築物從立項到投入使用整個過程中相關環節來解析中空玻璃破裂原因並找到解決的辦法。
  
  1、地理環境
  
  建築物地理環境中的遮陰物、方位、氣候溫差、氣壓等因素都有可能造成中空玻璃溫差分布不均勻,從而使玻璃的溫差超越極限而破裂。
  
  1.1物業位置
  
  建築物室外物體或建築結構本身在中空玻璃上留下陰影,導致中空玻璃不同部位吸熱不同而存在溫差,陰影形狀越不規則,玻璃越容易破裂。如安裝在太陽光非均勻照射環境中的玻璃,一半受太陽直射,另一半被遮陽棚、立柱、門廊等物體遮蔽;或用作窗間牆的玻璃,既玻璃一半後部麵靠牆或梁,而另一半後部是通透的房間;一端落地安裝的或垂直邊靠牆的玻璃等都易造成溫差不均勻的分布,使玻璃的溫差超越極限而破裂。
  
  建築物中空玻璃使用的方位非常重要,早晚溫差大的寒帶和溫帶地區朝東、朝南安裝的中空玻璃容易破裂。玻璃麵朝南和朝北或其它方向,所受熱應力均有不同,特別是對於吸熱較大的玻璃,東麵、東南麵、南麵、西南麵使用的玻璃吸熱相對於其它麵多得多。設計時應把玻璃的熱應力破裂作為重要因素加以考慮,建議對玻璃進行強化處理,加工成鋼化、半鋼化(鍍膜)中空玻璃或者選擇白璃或透光率較高的鍍膜中空玻璃。
  
  1.2環境變化
  
  環境溫度和氣壓的變化會引起中空玻璃組成部分與整體係統結構的變化。這種變化一旦超越中空玻璃所能承受的極限將造成中空玻璃破裂。
  
  組成中空玻璃的單片玻璃因環境溫度變化而熱脹冷縮產生的熱應力破裂。玻璃在溫度變化影響下會熱脹冷縮,玻璃的線脹係數為1×10-5,一塊邊長1500mm的玻璃,在南方夏季高溫季節,在太陽照射下,當溫度升高80℃時會伸長1.2mm,這時玻璃體內熱應力增大,加上結構膠粘貼寬度厚度過大,影響中空玻璃自由伸縮,加劇了玻璃破裂。根據上述情況決定玻璃是否強化,選用玻璃的顏色、尺寸、類型應嚴格按照有關規範來實施。
  
  中空玻璃係統結構因環境溫度差異引起間隔層中氣體熱脹冷縮而使玻璃破裂。中空玻璃作業時,密封於間隔層內的壓力是作業環境溫度下的壓力。在夏季使用環境溫度一般都高於作業環境溫度,間隔層中的空氣發生膨脹,產生正壓,特別是用吸熱玻璃或鍍膜玻璃製成的中空玻璃,玻璃的吸熱效果很強,間隔層內空氣溫度更高,產生的正壓也就更大。當由於間隔層空氣膨脹引起的壓力高於玻璃的破壞壓力時,玻璃便會發生破裂。同樣在冬季時,作業環境溫度高於使用環境溫度,間隔層內空氣收縮,而產生負壓,當玻璃麵積較大而間隔層又較小時,兩片玻璃的中心部位有可能帖在一起造成的變形超越極限就破裂。中空玻璃作業地與使用地氣壓相差較大,也可使中空玻璃發生變形而破裂。我國地域遼闊,不同地區間的氣壓相差也不盡相同,當這種氣壓引起的變形超越玻璃承受極限就會破裂。解決中空玻璃氣壓差引起的變形問題,須在中空玻璃作業時安置調壓裝置(如呼吸管、毛細管或調壓閥等)或在施工現場對中空玻璃進行矯正。
  
  2、建築設計
  
  當前,隨著建築設計師對建築物空間效果和使用功能的追求,國家節能政策的倡導,對中空玻璃的選擇要綜合考慮玻璃的性能、功能及外觀效果。選擇使用吸熱玻璃和鍍膜玻璃為原片製作中空玻璃時,鍍膜玻璃的熱膨脹係數遠大於一般玻璃的熱膨脹係數,熱應力更為明顯。設計時不僅要對中空玻璃選擇一定要對使用環境作一全麵評價再確定,比如建築物位置、方位朝向,環境溫度等因素,還要考慮玻璃的顏色、透光率、遮蔽效果等。建議選用經強化處理的吸熱玻璃或透光率較高的鍍膜玻璃製作中空玻璃,並按照JGJ113《建築玻璃應用技術規程》對玻璃進行熱應力計算。
  
  玻璃厚度與尺寸的選擇至關重要,必須考慮風荷載與熱應力。建築物主體結構在風荷載等作用下產生的層間變化產生的結構變形也能使玻璃破裂。土建主體結構在各項荷載作用下產生變化時,它必然要強製中空玻璃和它保持同步的變位,如果中空玻璃邊緣與框架間沒有足夠的間隙適應這種變位,玻璃將被擠碎。玻璃的板麵越大,受熱膨脹後的變形也越大,形成的約束反力也越大,相應地造成更大熱應力,增加了熱破裂的機率;板麵尺寸越大,越容易受到其它荷載的更大疊加效應;玻璃的形狀越不規則,各部位、方向受力不平衡,同樣會增大熱應力破裂的機率。玻璃麵積大,厚度小,則該塊玻璃抗彎曲、抗熱應力均小,極易破裂。對中空玻璃厚度、板麵尺寸的選擇,一定要根據風荷載與熱應力要求進行計算。合理的設計是減少這方麵的影響至關重要的因素,玻璃的使用高低不同,地區不同,應根據實際情況調整,以計算為準。
  
  3、玻璃產家
  
  3.1原片質量
  
  玻璃原片本身材質質量是影響中玻璃破裂的重要因素。原片存在厚薄不均、平整度較差、表麵有疤痕、玻璃內有氣泡夾渣等可見缺陷,在太陽照射下形成熱效應不均勻而自行破裂。當今建築物中選用的節能玻璃一般都為本體著色和鍍膜(含Low-E)中空玻璃,本體著色玻璃和鍍膜玻璃對太陽輻射能的吸收率均遠大於一般透明玻璃,高吸熱率產生高熱應力,高熱應力易使玻璃破裂。鍍膜玻璃在生產過程中,如設備不先進,鍍膜工藝不嚴,在鍍膜過程中易產生膜層厚度不均,退火不完全等缺陷,即便是微小的差別,均是玻璃上牆後破裂的起因。因此,玻璃的原片質量要嚴格把關,對鍍膜玻璃不僅要選擇優良的新鮮玻璃原片,還要看設備是否先進,看軟件是否過硬,技術是否熟練。
 
 
  
  3.2深加工質量
  
  玻璃在切割時產生的微小裂口會造成玻璃的破裂。玻璃是脆性材料,其邊部的抗張強度與邊緣缺陷的關係極為密切,任何邊部的缺陷都會導致邊緣的抗張強度降低十幾倍。中空玻璃分格因建築設計需要不同,玻璃的切割加工尺寸也不相同,玻璃的切割是用專用的刀具,玻璃在裁切時,因切割質量不好,在玻璃的邊緣存在邊界凹凸不平整,崩邊崩角的情況或有裂紋,玻璃在受熱膨脹時,由於內部應力的作用,就極易在邊緣有缺陷的點開始破裂。因此,裁切的玻璃邊緣一定要求平直光滑,不準許有崩邊、牙邊、崩角等缺陷;為了消除玻璃切割後周邊隱藏的微小裂紋,在玻璃裁切後,對玻璃邊部進行處理(采用機倒角、機磨邊或者精磨邊)。
  
  玻璃磨邊質量也是影響中空玻璃破裂的重要因素,改善邊部的加工質量是提高中空玻璃抗熱破裂能力的關鍵因素之一。邊部是玻璃最脆弱的地方,存在許多微裂紋和缺陷(如崩邊、崩角、鉗邊不齊整等)玻璃邊緣缺陷會導致應力集中及嚴重降低允許張應力,當遇到過大熱應力、外力衝擊極大地降低玻璃的抗拉強度,破裂一般從玻璃邊部起始,容易造成從此處開始破裂。在磨邊操作時,最好將玻璃邊部進行磨邊處理,嚴格檢查玻璃磨邊質量。
  
  鋼化玻璃因內部存在硫化鎳引起的自爆(鋼化玻璃在無外部直接作用的情況下而自動發生破碎的現象)是中空玻璃破裂的重要因素。玻璃自爆典型特征是蝴蝶斑,玻璃碎片呈放射狀分布,放射中心有二塊形似蝴蝶翅膀的玻璃塊,俗稱“蝴蝶斑”,NiS結石位於二塊“蝴蝶斑”的界麵上。玻璃的原材料中通常含有微量的硫和鎳,融化過程中鎳合金碎片也會增加玻璃中的鎳含量,當玻璃被加熱時,這些物質發生化學反應,形成微小的硫化鎳晶體。硫化鎳晶體以兩種方式存在:高溫下穩定的α相和室溫下穩定的β相。玻璃鋼化過程中的高溫把所有的硫化鎳晶體都轉化成α相。但是由於鋼化玻璃的冷卻過程非常迅速,以至於硫化鎳晶體沒有足夠的時間轉化為β相。這在玻璃中遺留下不穩定的α體,它就像被壓縮的彈簧一樣隨時準備毫無征兆地重新轉化成β相,硫化鎳晶體由α相轉化成β相時體積膨脹4%。如果α相晶體位於張力最大的玻璃中央,膨脹產生的壓力導致使整塊玻璃破裂。降低鋼化玻璃自爆的有效方法是對鋼化玻璃進行均質處理(HST)。均質處理就是將鋼化玻璃再次加熱到290度左右並保溫2小時,使硫化鎳在玻璃出廠前完成晶相轉變,讓今後可能自爆的玻璃在工廠內提前破碎。按照國際慣例,經過均質處理後的鋼化玻璃自爆率可降低至0.15%以下。根據此慣例進行控製,是確保鋼化玻璃低自爆率有效方法。
  
  中空工序是中空玻璃的形成階段,該階段的質量控製將直接關係中空玻璃密封的有效性,所采用的輔助材料的質量與操作工藝都影響著中空玻璃的破裂問題。
  
  雙組份矽酮密封膠質量與分子篩幹燥劑)的選擇對中空玻璃破裂的影響。製作中空玻璃的密封膠要求在高、低溫狀態下均有較好的彈性,既與玻璃同步伸縮,不致使玻璃產生較大應力。密封膠較硬,彈性不好,會製約玻璃因環境溫度變化而產生的變形,使中空玻璃邊部應力增大而導致破裂。而有些低質量的密封膠揮發成分較多,在打膠固化時,膠體收縮過大,尤其會增加首冬破裂的可能。另外要求中空玻璃密封膠要有較少的有機揮發物(小於1.5%),以防止密封膠收縮過大產生破裂;選用幹燥劑的型號不當,會在中空玻璃密封後,間隔層氣體產生負壓,造成玻璃撓曲變形,加之環境溫度與氣壓變化,當這種變形產生的應力超過了玻璃能夠承受的最大應力時,中空玻璃的破裂也就發生了。因此,製作中空玻璃的輔助材料要保證使用優質產品。
  
  中空玻璃合片操作工藝對破裂的影響。水平法生產中空玻璃時(目前手工或半手工或者板麵過大無法在自動線上操作時都采用水平法生產),由於玻璃下部受支撐的麵積較小而且支撐多在中心部位,加之上片玻璃的重量全部加到下片玻璃上,使下片玻璃向上彎曲,上片玻璃由於自重向下彎曲,結果造成中空玻璃的間隔層變薄,玻璃安裝使用時就自然存在負壓使玻璃上產生預應力,麵積較大的中空玻璃這種現象更為突出。由於玻璃上預應力的存在,減少了其抵抗外力的能力,在外界因素變化較大時容易發生破裂。針對以上操作中的缺陷必須及時加以補求,在合完片注完膠後須及時的向中空玻璃腔體內衝氣來調和這種變形,從而避免因操作中變形引起的中空玻璃破裂。
  
  3.3包裝與運輸
  
  中空玻璃的運輸通常采用鐵架包裝或者木箱包裝,中空玻璃不同於其它玻璃,中空玻璃在受到壓力時是單片受力,襯墊不平造成玻璃間受力不均勻容易導致中空玻璃破裂。另外在生產中玻璃邊部處理有缺陷在運輸中玻璃邊部由於碰撞產生微小裂口而在安裝前又不易被發現(由於周邊塗膠)安裝後受外力影響裂紋增長而使玻璃破裂。中空玻璃包裝時要注意玻璃之間應用軟性襯紙或襯墊相互隔開並保持玻璃間受力均勻,確保鐵架或木箱牢固不易變形,避免中空玻璃間受到擠壓,中空玻璃產品必須豎立式放置運輸。
  
  3.4施工安裝
  
  施工安裝上牆或者上框後的中空玻璃四周緊固或鬆馳,玻璃底部是否安放支撐物,玻璃與四周框架用什麽硬度材質密封或用玻璃膠密封等均對玻璃的破裂有密切影響。安裝時框架不平整或彈性密封膠條質量不佳易使玻璃發生彎曲變形從而產生預應力,由於玻璃預應力的存在降低了其抗風壓強度,甚至發生破裂。安裝時避免中空玻璃產生預應力,安裝玻璃的框架要平整,與玻璃接觸的周邊密封材料要有良好的彈性,使玻璃不產生任何變形。
  
  安裝玻璃的框架的熱絕緣好壞也是影響中空玻璃破裂的因素。在安裝中空玻璃時,盡可能用導熱係數低的彈性材料作襯墊,玻璃是熱的不良導體,將玻璃與導熱性良好的鋁框、陰冷的牆體等隔絕開來,減少玻璃不均勻溫差的形成。為避免上述問題,安裝必須依照JGJ113-97《建築玻璃應用技術規範》規定按照設計圖紙、規範要求來實施。玻璃安裝時應設法讓玻璃與鋁框熱絕緣,下部平衡墊兩塊橡膠塊,確保它們有足夠的膨脹空間,保持絕對分離、彈性接觸和熱絕緣。
  
  4、業主使用
  
  中空玻璃在業主使用中除了受到硬物或銳物的撞擊而造成玻璃破裂外。同時還受到業主使用中室內遮陽裝置吸熱後的再輻射的影響。如室內深色窗簾、百葉窗和室內玻璃表麵粘貼或懸掛的裝置圖案或廣告等遮陽裝置,室內的遮陽裝置增加了玻璃溫度不均勻性,也增加了熱應力的破裂的概率,應盡可能避免上述裝置。室內的熱輻射源直接作用於中空玻璃也能引起玻璃不同部位明顯的溫度變化而造成破裂,如安裝在冷、熱風道口處(空調通風口)的中空玻璃不同部位存在溫差,這種溫差引起的熱應力,給中空玻璃的破裂增加機率。為了防止以上情況下中空玻璃的熱應力破裂,提高玻璃承受風壓強度和熱應力強度,減少熱應力破裂的機率,建議對玻璃采取強化處理。
  
  5、總結
  
  中空玻璃破裂的原因不是單一的,因各種玻璃性能不同,地區不同,安裝方法不同,破裂的原因也很複雜。除了在中空玻璃材質上與中空玻璃材料上要保證優質產品以外,在施工設計上也應該要嚴格按照規範規定的要求來實施。因此,對中空玻璃的破裂均要根據實際情況仔細分析、找出原因,采取一些必要的構造措施來盡量減少中空玻璃使用中的破裂;同時,國家有關職能部門要加大中空玻璃產品的認證力度,對中空玻璃生產企業實行分級管理,規範我國中空玻璃市場,提高產品質量,普及中空玻璃在建築物上的使用,使我國中空玻璃行業健康有序發展。
 

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------ 責任編輯:中空玻璃材料專家
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