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【技術】詳解玻璃幕牆自爆的原因

2016-08-28 10:05


       近來,關於玻璃幕牆自爆的案例是層出不窮,一度將玻璃幕牆的安全推到了風口浪尖,甚至提出玻璃幕牆被叫停的結論。誰實在的,對於小編來說,無聊的跟風終將被曆史遺忘,而眼現v2ba關心的應該是玻璃幕牆自爆的原因到底是什麽?隻有v2ba找到了真正的原因,才能給幕牆行業的安全提供一個很好的保障。下麵,v2ba一起看看玻璃幕牆自爆的原因有哪些?

 
1
玻璃幕牆的應用
  
  玻璃幕牆作為建築外牆的應用日益廣泛,外牆必然受到風荷載(風壓)和溫度的影響,每個地區風力強度和頻度,受熱條件等因素都不一樣,因此決定了對玻璃因地區、樓層高度的不同而選擇不同規格、不同型號、不同顏色的玻璃。
 
        玻璃用於外牆的要求起碼要考慮承受兩種應力:一種是承受風荷載能力,一種是承受熱應力能力。應對上述應力進行認真驗算,選用適當的玻璃才能減少自爆。玻璃本體質量,對自爆也極為重要,如平板玻璃和浮法玻璃相比較,平板玻璃的厚薄均勻度、平整度,玻璃表麵的質量均比浮法玻璃質量差。
 
        因此平板玻璃承受風荷載能力及熱應力能力也弱。如對玻璃進行半鋼化、鋼化,其抗風壓及熱應力能力有較明顯的提高。半鋼化玻璃或鋼化玻璃,其表麵最終形成壓應力,因此玻璃抗壓強度比抗張強度高得多,所以能經受彎曲、衝擊和溫度變化。
 
        如引用風荷載因子對不同類型玻璃抗風荷載能力的修正,以6毫米單片浮法玻璃為1,則6毫米半鋼化玻璃為2.0,鋼化玻璃為4.0。鍍膜玻璃是利用物理方法、化學方法在玻璃表麵鍍上一層或數層金屬合金或化學膜。
 
        目前國內外生產不同工藝有:真空磁控濺射法(又稱真空濺射鍍膜);在線噴塗法(在浮法玻璃生產過程中噴塗金屬或其它化合物和玻璃融為一體,又稱在線鍍膜玻璃,可以熱彎);真空蒸發、凝膠法(又稱化學鍍膜)。上述四種鍍膜玻璃因工藝不同,鍍膜玻璃的性能和品質也存在很大差異。前兩種鍍膜玻璃質量優於後兩種玻璃,可用於隱框玻璃幕牆。
 
  建築上用陽光控製玻璃,又稱為熱反射鍍膜玻璃(簡稱鍍膜玻璃),主要特點是允許足夠的太陽光射入室內,又能反映定量的太陽熱能,能透過0.3~2.5微米的可見光,3~12微米遠紅外線被反射,維持室內涼爽,該玻璃的透光率為8~40%之間,可製金、銀、藍、褐、綠等各種顏色。國內生產該種玻璃廠家甚多,由於不同做法,不同設備,及其它各種原因,質量差異很大。
 
  國外生產的低輻射玻璃,它的特點是在不影響可見光的透光性的情況下,能透過80%太陽光輻射能,對室內有保溫作用,同時這種玻璃可以擋大量紫外光,減少陽光中紫外線對室內家具的影響。現國內沒有生產這種低輻射玻璃。
 
2
玻璃是脆性材料
  
   玻璃的自爆現象受多方麵影響。除玻璃本體質量外,玻璃的幾何形狀,如方形、矩形、三角形和圓形。玻璃安裝狀況如:四周緊固或鬆馳,玻璃底部是否安放支撐物,玻璃與四周鋁合金框用什麽硬度材質密封或用玻璃膠密封,以及後續工藝、受熱狀況等均對玻璃的自爆有密切影響。
 
  玻璃熱應力自爆,一般是來自玻璃本體部位不均勻所致。玻璃上牆後,在陽光直接照射下,玻璃吸收陽光的紅外光和部分可見光,這些光在玻璃體內轉化為熱能,使玻璃本體溫度升高並形成玻璃四周的熱膨脹。如玻璃鑲嵌在鋁合金框內部,玻璃被鑲部份不能受到暴露在框外暴露同樣照射,因此導致暴露整體受熱不均,內部熱應力形成,玻璃中區的熱膨脹對玻璃邊緣產生張應力,此張應力大於玻璃的抗張強度,就會造成玻璃的破裂(自爆)。熱應力破裂一般可從以下特點來辨別:
 
  1、玻璃破裂邊緣裂口整齊,裂口數量少,破裂線為曲折單線或複線。
 
  2、玻璃破裂線與玻璃邊緣一般成直角,否則可能是彎曲應力破裂,或者是玻璃邊緣缺陷所致。
 
  3、在玻璃中區的破裂線多為弧線形。
 
3
鋁合金有框幕牆玻璃自爆的原因
  
  1、玻璃本身質量不良是造成玻璃自爆原因之一,如玻璃平整度差,厚薄不均,玻璃內有氣泡夾渣等。在受太陽照射下,熱效應不均勻,導致自爆。
 
  2、在采用人工裁切玻璃時,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。要保證玻璃周邊沒有傷殘狀態下使用,否則在玻璃邊緣有缺陷處極易產生自爆點。
 
  3、玻璃安裝時為了減少哽對哽的接觸,玻璃下端不能直接落在鋁合金框上,否則玻璃受熱膨脹極易自爆。應在玻璃下麵有彈性的固定墊塊,放置位置一般在玻璃邊部1/4處,最少放兩個墊塊,墊塊數量應以玻璃寬度而定。使玻璃下方與鋁框為彈性接觸,玻璃熱脹冷縮時能自由伸縮,減少自爆。同時玻璃周邊應當用彈性較好的材料密封。玻璃周邊與鋁框應留有4~7毫米左右縫隙,不直接接觸,並周邊間隙均勻。玻璃周邊與鋁框應用彈性好的玻璃密封膠密封,這比玻璃邊緣內外兩側與鋁框縫隙用硬膠條鑲嵌為佳。現實中不少大麵積玻璃因玻璃四周邊緣用硬膠條鑲嵌太緊,玻璃因熱應力而自爆。
 
  4、鑲嵌玻璃的鋁框,不能保證幾何精度,鋁框扭擰不平,彎曲變形,玻璃彎曲受力,極易造成熱應力自爆。安裝玻璃必須嚴格執行施工標準規範。
 
  5、玻璃厚度的選擇是非常重要的,不僅要考慮風荷載,也要考慮熱應力。如玻璃麵積大,厚度小,則該塊玻璃抗彎曲、抗熱應力均小,極易自爆。對玻璃幕牆玻璃厚度選擇,一定要進行計算,低層、高層同一麵積的玻璃受力就差別很大。尤其是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。有的廠家和設計者在玻璃計算時不考慮熱應力而造成玻璃自爆。一般鍍膜玻璃的厚度、長寬比和最大麵積的關係,一些鍍膜玻璃生產廠家,給一個關係比,這隻作為參考。因玻璃的使用高低不同,地區不同,應有所調整,應以計算為準。
 
  玻璃厚度 長寬比 玻璃最大麵積 玻璃厚度 長寬比 玻璃最大麵積
  6mm 1:3以下 2.5㎡以下 8mm 1:3以下 4㎡以下
 
4
隱框幕牆玻璃的自爆
 
  隱框玻璃幕牆是用結構膠把鍍膜玻璃粘貼在單體鋁合金框格上,再把粘好的一塊塊單體框格懸掛在鋁合金幕牆的框架上。鍍膜玻璃之間間隙用幕牆矽酮密封膠密封,形成一鏡麵狀玻璃幕牆,鍍膜玻璃的周邊無鋁框鑲嵌,因此不存在鑲嵌玻璃邊內和邊外溫差的差異,也不會產生上述原因造成的溫差熱應力自爆的可能。但半隱框玻璃幕牆仍有一個對應邊嵌在鋁框內,仍應考慮嵌鋁框內外玻璃的熱應力,以防自爆。 
 
  隱框玻璃幕牆的自爆原因,有以下幾個可能:
 
  1、鍍膜玻璃的邊緣質量:鍍膜玻璃邊緣裁切質量是非常重要的,是影響玻璃破裂的重要因素。因為鍍膜玻璃是脆性材料,玻璃的邊緣允許張應力的大小與玻璃邊緣缺陷極為密切,如前麵談到過的崩角,崩角和參差不齊牙邊等,玻璃邊緣缺隱會導致應力集中及嚴重降低允許張應力(可降十多倍)。
 
        在邊緣缺陷點,玻璃正常的彎曲應力,熱應力等均可造成玻璃的自爆破裂。大麵積隱框幕牆的鍍膜玻璃最好采用裁剪機來切割玻璃,若手工切割玻璃要嚴格檢查玻璃切割邊緣質量或打磨邊緣。
 
  2、鍍膜玻璃對太陽輻射能的吸收率熱應力均遠大於一般透明玻璃,因此對玻璃的原片質量要求甚嚴。如果玻璃原片的厚薄度、平整度較差,表麵有疤痕亦形成內應力不均而自行破裂。鍍膜玻璃的原片隻能用浮法玻璃,不能用一般平板玻璃。優良的新鮮玻璃原片是保證鍍膜玻璃質量的重要一環。
 
        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,均是玻璃上牆後自爆的起因。如退火過程中局部有溫差,也會造成鍍膜玻璃中間弧形破裂等。因此在購置鍍膜玻璃時,不僅要看設備是否先進,也要看軟件是否過硬,技術是否熟練,原片質量是否新鮮。
 
  3、鍍膜玻璃尺寸大小的影響:隱框玻璃幕牆為了美觀大方,往往把單片玻璃設計麵積很大,為了保證抗風壓的需要,鍍膜玻璃的厚度就必然增加,這就導致了玻璃本身對太陽輻射能的吸收量增大,造成玻璃張應力增加,容易形成熱應力自爆。如果鍍膜玻璃是明顯的長條狀,長短比愈大,愈容易形成彎曲應力,同時加大熱力自爆的機率,所以鍍膜玻璃的麵積和長度比均不易過大,否則自爆率增加。
 
  4、氣候條件的影響:冬夏季節,清晨和傍晚的氣溫變化較大地區,要著重考慮鍍膜玻璃的吸熱情況。鍍膜玻璃是太陽輻射熱的高吸收體,在南方炎熱地區,夏季高溫季節,在太陽照射下,鍍膜玻璃的表麵溫度在800C左右,有的更高。這樣玻璃本體內熱應力也極大。如因結構膠粘貼寬度厚度過大,影響鍍膜玻璃自由伸縮,易使鍍膜玻璃自爆。
  
  5、幕牆方向性影響:幕牆玻璃的方向對自爆也有明顯的影響。如幕牆玻璃麵朝南和朝北或其它方向,所受熱應力均有不同,幕牆玻璃朝南都向陽方向,中午日照直接照在幕牆玻璃上,太陽的輻射能很大,熱應力也就很大。如天氣突變或日落降溫較快,則該玻璃以熱應力破裂為主,設計者應以熱應力破壞為主,抗風壓強為輔。反之幕牆玻璃朝北,設計者應以考慮抗風壓強為主,熱應力破裂為輔。朝南方向的鍍膜玻璃的太陽能吸收率大於75%,建議用鋼化或半鋼化玻璃。
 
  6、集中在幕牆上方結構物遮陽的影響:在幕牆玻璃上方,由於室外裝置或設計結構有遮太陽光部分,會在鍍膜玻璃上留有陰影,暴露在陽光下和留有陰影的玻璃形成非常明顯的溫度差,極容易造成玻璃橫向整齊的自爆。
 
  7、室內遮陽部分的影響:室內深色窗簾或百葉窗對太陽輻射能的吸收也相當高,並且具備較高的再輻射率。幕牆玻璃不僅受室外太陽輻射能直接輻射,同時以往受到室內遮陽裝置吸熱後的再輻射也易造成熱應力自爆。
 
  8、其它的影響:經常看到在幕牆玻璃上安裝,粘貼各種圖案和文字廣告,及玻璃表麵粘貼或懸掛的裝置圖案或廣告,可導致鍍膜玻璃吸熱量局部急劇增加,使整片玻璃產生溫差,幕牆上的空調通風口也可以導致鍍膜玻璃不同部位明顯的溫度,均加大熱應力,給鍍膜玻璃的自爆增加機率。為了防止玻璃的熱應力自爆,可對鍍膜玻璃采取強化處理,強化處理後,可使玻璃承受風壓強度和熱應力強度均有較大的提高,可以明顯減少熱應力自爆的機率。
 
5
中空玻璃的自爆
 
  建築物的室內外熱交換,窗戶和玻璃幕牆是主要熱傳導部分,所以冬天的取暖和夏日的空調需用量的大小,取決於窗戶和玻璃幕牆的隔熱性能好壞。中空玻璃有優良的絕熱性能,在某些條件下,中空玻璃絕熱性有時可能優於混凝土牆。中空玻璃也有較好的隔音性能,一般可使嗓音下降39~44分貝,可降低交通噪聲30~40分貝。
 
  中空玻璃是用兩片或多片玻璃與周邊用中空鋁條分開一定距離,並用二次雙組份矽酮密封膠密封,使之形成兩玻璃間有幹燥氣體空氣的玻璃。中空玻璃間隔密封膠第一道膠為丁基膠,丁基膠密封性能很好,但強度很低,隻起密封作用,不承受力;第二道密封膠一般為雙組份矽酮密封膠,雙組份矽酮密封膠強度高,在受力時能保持中間玻璃間隔不變,但該膠怕太陽紫外線照射。
 
        用於有框玻璃幕牆時,聚硫膠被鋁合金型材槽鑲嵌在內,太陽照射不到雙組份矽酮密封膠。但用於隱框玻璃幕牆,太陽就可能直接照射到雙組份矽酮密封膠,因此在隱框或半隱框玻璃幕牆中空玻璃的第二道密封膠必須用中空玻璃結構膠,不怕太陽紫外線照射。中空玻璃結構膠也不同於一般結構膠,其變位能力一般為5%左右,這樣能保證中空玻璃的兩片玻璃間距不變,而一般結構膠變位能力為土25~50%。
 
各種玻璃上牆後的自爆,因各種玻璃性能不同,地區不同,安裝方法不同,自爆原因也很複雜。因此對不同地區玻璃的自爆,均要根據實際情況仔細分析,找出原因,才能避免大麵積玻璃的自爆。
 
        v2ba認為單片鍍膜玻璃上牆後的自爆,多要從安裝上找原因。中空玻璃上牆後自爆要從製作中空玻璃和安裝上雙方麵找原因。
 
總結
       
        白色浮法透明玻璃的自爆率低於帶色透明玻璃的自爆率,所有帶色透明玻璃的自爆率低於鍍膜玻璃的自爆率,隱框幕牆的鍍膜玻璃的自爆率低於有框玻璃幕牆的自爆率,單片玻璃上牆後的自爆率低於中空玻璃上牆後的自爆率。
 

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------ 責任編輯:中空玻璃材料專家
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