一、前言
将平板玻璃经过物理或化学的方法处理，使玻璃表面形成压应力，内部形成张应力，从而获得高强度、高韧性的玻璃，称为钢化玻璃t应用于建筑上通常是物理钢化玻璃。钢化玻璃与平板玻璃相比有许多优点，如钢化玻璃的强度高，韧性好，抗热冲击性能优越，安全破裂。所谓安全破裂是指钢化玻璃碎片钝化了，即钢化玻璃碎片没有明显的锐角，当人体撞击玻璃并发生玻璃破碎时，给人体的切割伤或刺穿伤降低。因此钢化玻璃被广泛地应用于玻璃幕墙和门窗等工程中。但是钢化玻璃也有缺点，如自爆。严格意义上说，钢化玻璃只有在无荷载作用下发生的白发性炸裂才称为钢化玻璃的自爆实际工程中，对于没有外力冲击、正常使用条件下、具有典型自爆裂纹的钢化玻璃破裂也归结为钢化玻璃自爆。自爆是钢化玻璃固有的弱点之一，但钢化玻璃自爆原本应当是罕见事件，至少应当是少见现象，如汽车、火车和轮船用钢化玻璃都极少发生自爆。而建筑上用钢化玻璃却经常发生自爆，以至于发展成一种普遍现象，甚至发生伤人、损物事件，已到了必须解决的地步。本文全面分析了钢化玻璃自爆的原因，提出了降低钢化玻璃自爆率的方法，进行了相关的试验研究，所得结果将应用于《建筑门窗幕墙应钢化玻璃》建筑工程行业标准制订中。
二、硫化镍及其他缺陷
钢化玻璃自爆的原因很多，最主要原因是硫化镍粒子的膨胀。玻璃中含有硫化镍夹杂物，硫化镍夹杂物一般以结晶体(NiS)存在，室温下存在着α相向β相转变的热力学倾向，并伴有2-3%的体积膨胀。硫化镍粒子存在于平板玻璃中，因而才存在于半钢化玻璃和钢化玻璃中。但平板玻璃和半钢化玻璃没有自爆现象，只有钢化玻璃才有自爆，原因是仅有硫化镍粒子由α相向β相转变的热力学倾向是不够的，必须具备一定的动力学条件才能实现这种相变，进而造成玻璃的自爆。平板玻璃是退火玻璃，其内部无应力。半钢化玻璃和钢化玻璃经淬火后其内部具有应力，属于预应力材料。半钢化玻璃和钢化玻璃内部应力状态见图1。
由图1可见，半钢化玻璃和钢化玻璃内部应力分布趋势是一致的，都是外表面处于压应力，内部处于张应力：两者的区别是钢化玻璃表面压应力和内部张应力比半钢化玻璃的表面压应力和内部张应力都大。只有玻璃中的硫化镍粒子位于足够大的张应力区，硫化镍粒子才具备相变的动力学条件，因为硫化镍粒子相变伴随体积膨胀，足够大的张应力为硫化镍粒子体积膨胀提供了动力学条件，这就是平板玻璃和半钢化玻璃不发生自爆，钢化玻璃自爆的原因。玻璃中的硫化镍粒子是随机分布的，如果玻璃中的硫化镍粒子位于钢化玻璃最大张应力部位，该粒子就可能成为钢化玻璃自爆的起爆点。由硫化镍粒子造成的钢化玻璃自爆其爆裂点裂纹形状往往与蝴蝶相似，被称为蝴蝶形裂纹，有些在爆裂点中部有一个有色颗粒，被认为是硫化镍粒子，这两个特性往往被用来作为钢化玻璃是否是自爆的判据。硫化镍粒子在钢化玻璃自爆前后的体积是不同的，地点确定，很容易被看见，玻璃自爆裂纹见图2。
硫化镍粒子造成的钢化玻璃自爆具有主动性、自发性、无外因，是真正意义上的自爆。
硫化镍粒子造成钢化玻璃自爆需要两个条件：其一硫化镍粒子所处位置的张应力大小；其二硫化镍粒子的尺寸。硫化镍粒子尺寸越大，它需要的张应力越小，即对应不同的张应力，硫化镍粒子存在临界尺寸，钢化玻璃中张应力越大，硫化镍粒子的临界尺寸越小，产生自爆硫化镍粒子越多，钢化玻璃自爆的概率越大。此外，风荷载、温差作用、装配应力等会改变钢化玻璃内部的应力分布，见图3
由图3可见，在荷载作用下，原本处于不具备自爆条件的硫化镍粒子可能变为具各自爆条件而自爆，这就是工程上钢化玻璃安装后，特别是采光顶钢化玻璃自爆的主要原因。
平板玻璃中除含有硫化镍粒子外，还含有结石、气泡和杂质，玻璃是典型的脆性材料，其力学行为服从断裂力学。玻璃中的结石、气泡和杂质在玻璃中将会形成裂纹，是钢化玻璃的薄弱点，特别是裂纹尖端是应力集中处。如果结石、气泡或杂质处在钢化玻璃的张应力区，或在荷载作用下使其处于张应力，都可能导致钢化玻璃炸裂。
原国家标准《浮法玻璃》GB11614-1999依据浮法玻璃中所含气泡、夹杂物、缺陷大小和多少将浮法玻璃划分为建筑级、汽车级和制镜级，建筑级浮法玻璃质量最低，汽车级居中，制镜级最高，这是汽车用钢化玻璃一般不发生自爆的主要原因之一。
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