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钢化玻璃自爆原因分析与解决方法

来源:中国幕墙网收集整理  作者:刘忠伟  日期:2012-12-6
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【摘要】:本文从平板玻璃质量、钢化玻璃碎片数、表面压应力、表面压应力均匀度、边部加工质量和钢化玻璃板面尺寸等多方面分析了钢化玻璃产生自爆的原因,对钢化玻璃碎片数与钢化玻璃自爆后的危害性进行了对比分析,提出应将钢化玻璃碎片数限制在一定的合理范围,并对此进行了试验验证,所得结果应用于建筑工程行业标准《建筑门窗幕墙用钢化玻璃》中。

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  现行国家标准《平板玻璃》GB11614-2009依据平板玻璃中所含气泡、夹杂物、缺陷大小和多少将平板玻璃划分为合格品、一等品和优等品,合格品平板玻璃质量最低,一等品居中,优等品最高,建筑上主要使用的是合格品平板玻璃。钢化玻璃是平板玻璃的深加工产品,又有自爆的问题,因此钢化玻璃使用的平板玻璃应为一等品,当钢化玻璃板面较大时,应使用优等品平板玻璃。

  三、钢化玻璃碎片数和表面压应力
  我国国家标准《建筑用安全玻璃第二部分:钢化玻璃》GB157632_-2005采用碎片数和表面压应力两个指标表征钢化玻璃的钢化度,对于4-12mm厚的钢化玻璃,规定在50×50mm区域内的最少碎片数必须满足40片,无上限限制;钢化玻璃表面压应力不应小于90MPa,亦无上限限制,其中碎片数是强制性的,表面压应力是推荐性的。

  欧洲{标准《Glass in building—Thermally t0ughened s0da lime siiicate safety glass—Part1:Definiti0n and descripti0n》BS EN12150-1和日本标准《Tempered glass》JIS R3206只采用碎片数表征钢化玻璃的钢化度,其具体规定与我国国家标准相同。

  美国标准《Slandard spec ficati0n for Heat-Treated Flat Glass— KindHS,Kind FT C0ated and uncoated Glass》ASTM C 1048-04 只弄乏用表面压应力表征钢化玻璃的钢化度,规定6mm半钢化玻璃的表面压应力为24-52MPa,钢化玻璃表面压应力最小值69MPa。

  我国新标准要求其表面应力不应小于90MPa,这比此前老标准中规定的95MPa降低了5MPa,美国标准中规定钢化玻璃的表面压应力为大于69MPa,可否将我国钢化玻璃表面压应力降低到与美国标准一致或接近非常值得研究。如果可行,将极大地降低钢化玻璃的自爆率。降低表面压应力值限值可能会造成钢化玻璃碎片偏大,不过即使钢化玻璃表面压应力很高,碎片很小,也无法保证碎片都以分裂状态存在,许多情况下碎片表现为裂而不碎,形成“钢化玻璃被”,其结果与大—点的碎片区别不大,甚至其危害性更大,因此可以考虑降低钢化玻璃表面压应力值限值。况且我国半钢化玻璃标准规定,其表面压应力值限值为不大于60MPa,钢化玻璃标准规定,其表面压应力值限值为不小于90MPa,如果玻璃表面压应力处于60-90MPa之间,既不属于半钢化玻璃,也不属于钢化玻璃,属于不合格品(J从这个角度来说,也应将钢化玻璃表面压应力值限值降低,如果将半钢化玻璃表面压应力值限值与钢化玻璃表面压应力值限值连接有困难,至少可将钢化玻璃表面压应力值限值降低,缩小两者的差距.为达到降低钢化玻璃碎片数和表面压应力,我们进行了试验验证。试验结果表明,可将钢化玻璃碎片数确定在10-40粒之间,对应的表面压应力位于70-90MPa 之间。

  四、钢化玻璃边部质量
  玻璃表面和边部在加工、运输、贮存和施工过程,可能造成有划痕、炸口和爆边等缺陷,易造成应力集中而导致钢化玻璃自爆。玻璃表面本来就存在大量的微裂纹,这也是玻璃力学行为服从断裂力学的裉本原因。这些微裂纹在一定的条件下会扩展,如水蒸气的作用、荷载的作用等,都可能加速微裂纹的扩展。通常情况下微裂纹的扩展速度是极其缓慢的,表现为玻璃的强度是一恒定值Ⅱ)但是玻璃表面的微裂纹有一临界值,当微裂纹尺寸接近或达到临界值时,裂纹快速扩张,导致玻璃破裂。如果玻璃表面和边部存在接近临界尺寸的微裂纹,如玻璃表面和边部在加工、运输、贮存和施工过程造成的划痕、炸口、爆边等缺陷尺寸就较大,玻璃可能在极小的荷载作用下就导致玻璃表面或边部微裂纹快速扩张,最终导致玻璃破裂。为此应提高钢化玻璃边部加工质量,明确边部加工要求,如两边完全磨边或三边不完全磨边,避免玻璃边部和表面划伤和磕碰:理论分析和实验表明,钢化玻璃边部钢化程度较低,因此应对钢化玻璃边部重点保护:对于点支式幕墙玻璃,如果对玻璃打孔,孔边一定要精磨,最好达到抛光的程度,因为玻璃孔边是应力集中部位。

  五、钢化均匀度
  钢化玻璃在生产过程中需要对玻璃进行加热冷却,玻璃在加热或冷却时沿玻璃板面方向不均匀和沿厚度方向的不对称,将导致钢化玻璃沿板面方向应力不均匀和沿厚度方向应力分布不对称,这些都有可能造成钢化玻璃自爆。钢化玻璃沿板面方向应力不均匀,可以造成玻璃局部处于张应力,如果这种张应力过大,超过玻璃的断裂强度,玻璃就会爆裂。玻璃板沿厚度方向应力分布应当是对称的,即上下两表面处于压应力,中间处于张应力,上下表面的压应力大小、应力层厚度和变化完全是对称的,玻璃板承受正负风压的能力是相同的c如果玻璃板沿厚度方向应力分布不对称,玻璃板承受正负风压的能力就不相同,一侧承受荷载的能力较强,另一侧较小,即玻璃可能在较小荷载作用下破损,严重时,玻璃板在无荷载作用下产生变形,造成幕墙玻璃影像畸变,为此应提高钢化玻璃表面应力均匀度和沿厚度方向的对称度。特别对于L0w-e玻璃的钢化更要关注其钢化玻璃应力沿厚度方向的对称度,因为L0w-e玻璃上下表面对热辐射吸收的差异将会造成L0w-e玻璃在加热时玻璃板沿厚度方向温度的差异,而这种差异最终将会导致钢化玻璃应力沿厚度方向的不对称,目前在玻璃钢化过程中采用强制对流的方法来消除这种不利因素.钢化玻璃内部应力不均匀,存在较大应力梯度,会造成自爆,表现为碎片颗粒大小不一且差距较大1表面压应力有五个测点,取平均值.应增加五个测点最大值和最小值之间的差值限值,用以表征钢化玻璃表面压应力均匀性

  六、钢化玻璃板面限制
  减小钢化玻璃板面尺寸,可降低钢化玻璃自爆率。目前我国在应用建筑玻璃方面呈现板面越来越大的趋势,钢化玻璃尺寸越大,玻璃板越厚,自爆概率越大。在一块钢化玻璃板中,只要有一个自爆点,并最终导致钢化玻璃自爆,无论钢化玻璃板块大小,整个钢化玻璃板都破碎。玻璃板块越大,含有杂质、硫化镍粒子、边部加工缺陷、表面划伤、应力的不均匀等等导致钢化玻璃自爆的不利因素就随之增加。在同样荷载作用下,玻璃板块越大,玻璃板就得越厚,含有杂质、硫化镍粒子、边部加工缺陷、表面划伤、应力的不均匀等等导致钢化玻璃自爆的不利因素也会增加,钢化玻璃自爆概率就会加大。因此应依据平板玻璃厚度、质量等级对钢化玻璃板面尺寸做出限制。

  七、钢化玻璃变形过大
  对钢化玻璃的弓形弯曲度的要求要全面,只有弓形弯曲度的相对值要求,没有绝对值要求,对于尺寸小的钢化玻璃可满足要求,而对于尺寸较大的钢化玻璃,尽管其弓形弯曲度的相对值满足要求,但其绝对值过大,致使钢化玻璃的装配应力较大,经一段时间使用后发生钢化玻璃自爆,这也是一些工程钢化玻璃在使用几年后发生自爆的原因。实践工程中,钢化玻璃使用面积越来越大,对于大板面的钢化玻璃不仅对其弯曲度的相对值提出要求,而且应对其弯曲度的绝对值提出要求,以减小钢化玻璃装配应力,避免钢化玻璃经长时间使用后发生自爆。

  八、结束语
  为降低钢化玻璃自爆率,保证钢化玻璃在建筑上安全使用,目前正在制定《建筑门窗幕墙用钢化玻璃》建筑工程行业标准,上述研究成果将应用于该标准中。

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