中空玻璃破裂原因探析及規(guī)避手段
近幾年來，中國經(jīng)濟社會快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化與建筑節(jié)能政策推進，建筑中空玻璃制造行業(yè)也取得了長足地發(fā)展。中空玻璃是一種性能良好的玻璃結(jié)構(gòu)，指兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開并周邊粘結(jié)密封，使玻璃層間形成有干燥氣體空間的制品。它具有很好的隔熱、保溫、隔音、防結(jié)露，節(jié)能、安全、環(huán)保和新型裝飾等性能與功能，廣泛地被應(yīng)用于建筑業(yè)。中國新《節(jié)約能源法》提出的建筑節(jié)能目標(biāo)是，到2010年，全國新增建筑的1/3達(dá)到節(jié)能50%的目標(biāo)；到2020年，全國新增建筑全部達(dá)到節(jié)能65%的目標(biāo)。按2010年的目標(biāo)計算，今后5年將新增節(jié)能建筑面積約30億m2，以普通中空玻璃和低輻射節(jié)能中空玻璃為主。據(jù)統(tǒng)計表明：2007年，深加工玻璃增長明顯，年產(chǎn)量中空玻璃約1.5億平方米。節(jié)能玻璃的廣泛應(yīng)用和政策法規(guī)的不斷完善，也將極大地增加對中空玻璃的市場需求。
中國目前中空玻璃已形成高、中檔規(guī)模化生產(chǎn)格局。隨著市場日益增長的對中空玻璃需求及它在建筑領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，中國中空玻璃質(zhì)量參差不齊，市場上有相當(dāng)嚴(yán)重的以次充好現(xiàn)象，中空玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量問題將被提上日程，尤其是直接關(guān)系人們生活居住環(huán)境安全性的中空玻璃破裂問題凸現(xiàn)。武漢超峰玻璃將就建筑物從立項到投入使用整個過程中相關(guān)環(huán)節(jié)來探析中空玻璃破裂原因并構(gòu)建規(guī)避手段。
⑴地理環(huán)境
建筑物地理環(huán)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(yè)位置
建筑物室外物體或建筑結(jié)構(gòu)本身在中空玻璃上留下陰影，導(dǎo)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(guī)則，玻璃越容易破裂。如安裝在太陽光非均勻照射環(huán)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；或用作窗間墻的玻璃，既玻璃一半后部面靠墻或梁，而另一半后部是通透的房間；一端落地安裝的或垂直邊靠墻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。
建筑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(qū)朝東、朝南安裝的中空玻璃容易破裂。玻璃面朝南和朝北或其它方向，所受熱應(yīng)力均有不同，特別是對于吸熱較大的玻璃，東面、東南面、南面、西南面使用的玻璃吸熱相對于其它面多得多。設(shè)計時應(yīng)把玻璃的熱應(yīng)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(huán)境變化
環(huán)境溫度和氣壓的變化會引起中空玻璃組成部分與整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(huán)境溫度變化而熱脹冷縮產(chǎn)生的熱應(yīng)力破裂。玻璃在溫度變化影響下會熱脹冷縮，玻璃的線脹系數(shù)為1×10-5，一塊邊長1500mm的玻璃，在南方夏季高溫季節(jié)，在太陽照射下，當(dāng)溫度升高80℃時會伸長1.2mm，這時玻璃體內(nèi)熱應(yīng)力增大，加上結(jié)構(gòu)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(jù)上述情況決定玻璃是否強化，選用玻璃的顏色、尺寸、類型應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范來實施。
中空玻璃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)因環(huán)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(yè)時，密封于間隔層內(nèi)的壓力是作業(yè)環(huán)境溫度下的壓力。在夏季使用環(huán)境溫度一般都高于作業(yè)環(huán)境溫度，間隔層中的空氣發(fā)生膨脹，產(chǎn)生正壓，特別是用吸熱玻璃或鍍膜玻璃制成的中空玻璃，玻璃的吸熱效果很強，間隔層內(nèi)空氣溫度更高，產(chǎn)生的正壓也就更大。當(dāng)由于間隔層空氣膨脹引起的壓力高于玻璃的破壞壓力時，玻璃便會發(fā)生破裂。同樣在冬季時，作業(yè)環(huán)境溫度高于使用環(huán)境溫度，間隔層內(nèi)空氣收縮，而產(chǎn)生負(fù)壓，當(dāng)玻璃面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(yè)地與使用地氣壓相差較大，也可使中空玻璃發(fā)生變形而破裂。中國地域遼闊，不同地區(qū)間的氣壓相差也不盡相同，當(dāng)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(yè)時安置調(diào)壓裝置(如呼吸管、毛細(xì)管或調(diào)壓閥等)或在施工現(xiàn)場對中空玻璃進行矯正。
⑵建筑設(shè)計
當(dāng)前，隨著建筑設(shè)計師對建筑物空間效果和使用功能的追求，我國節(jié)能政策的倡導(dǎo)，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制作中空玻璃時，鍍膜玻璃的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于一般玻璃的熱膨脹系數(shù)，熱應(yīng)力更為明顯。設(shè)計時不僅要對中空玻璃選擇一定要對使用環(huán)境作一全面評價再確定，比如建筑物位置、方位朝向，環(huán)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(jīng)強化處理的吸熱玻璃或透光率較高的鍍膜玻璃制作中空玻璃，并按照J(rèn)GJ113《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》對玻璃進行熱應(yīng)力計算。
玻璃厚度與尺寸的選擇至關(guān)重要，必須考慮風(fēng)荷載與熱應(yīng)力。建筑物主體結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載等作用下產(chǎn)生的層間變化產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形也能使玻璃破裂。土建主體結(jié)構(gòu)在各項荷載作用下產(chǎn)生變化時，它必然要強制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(yīng)這種變位，玻璃將被擠碎。玻璃的板面越大，受熱膨脹后的變形也越大，形成的約束反力也越大，相應(yīng)地造成更大熱應(yīng)力，增加了熱破裂的機率;板面尺寸越大，越容易受到其它荷載的更大疊加效應(yīng);玻璃的形狀越不規(guī)則，各部位、方向受力不平衡，同樣會增大熱應(yīng)力破裂的機率。玻璃面積大，厚度小，則該塊玻璃抗彎曲、抗熱應(yīng)力均小，極易破裂。對中空玻璃厚度、板面尺寸的選擇，一定要根據(jù)風(fēng)荷載與熱應(yīng)力要求進行計算。合理的設(shè)計是減少這方面的影響至關(guān)重要的因素，玻璃的使用高低不同，地區(qū)不同，應(yīng)根據(jù)實際情況調(diào)整，以計算為準(zhǔn)。
⑶玻璃產(chǎn)家
3.1原片質(zhì)量
玻璃原片本身材質(zhì)質(zhì)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、表面有疤痕、玻璃內(nèi)有氣泡夾渣等可見缺陷，在太陽照射下形成熱效應(yīng)不均勻而自行破裂。當(dāng)今建筑物中選用的節(jié)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(yuǎn)大于一般透明玻璃，高吸熱率產(chǎn)生高熱應(yīng)力，高熱應(yīng)力易使玻璃破裂。鍍膜玻璃在生產(chǎn)過程中，如設(shè)備不先進，鍍膜工藝不嚴(yán)，在鍍膜過程中易產(chǎn)生膜層厚度不均，退火不完全等缺陷，即便是微小的差別，均是玻璃上墻后破裂的起因。因此，玻璃的原片質(zhì)量要嚴(yán)格把關(guān)，對鍍膜玻璃不僅要選擇優(yōu)良的新鮮玻璃原片，還要看設(shè)備是否先進，看軟件是否過硬，技術(shù)是否熟練。
3.2深加工質(zhì)量
玻璃在切割時產(chǎn)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(guān)系極為密切，任何邊部的缺陷都會導(dǎo)致邊緣的抗張強度降低十幾倍。中空玻璃分格因建筑設(shè)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(zhì)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，由于內(nèi)部應(yīng)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(zhǔn)許有崩邊、牙邊、崩角等缺陷;為了消除玻璃切割后周邊隱藏的微小裂紋，在玻璃裁切后，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(zhì)量也是影響中空玻璃破裂的重要因素，改善邊部的加工質(zhì)量是提高中空玻璃抗熱破裂能力的關(guān)鍵因素之一。邊部是玻璃很脆弱的地方，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(dǎo)致應(yīng)力集中及嚴(yán)重降低允許張應(yīng)力，當(dāng)遇到過大熱應(yīng)力、外力沖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，至好將玻璃邊部進行磨邊處理，嚴(yán)格檢查玻璃磨邊質(zhì)量。
鋼化玻璃因內(nèi)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(fā)生破碎的現(xiàn)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(jié)石位于二塊“蝴蝶斑”的界面上。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(dāng)玻璃被加熱時，這些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(wěn)定的α相和室溫下穩(wěn)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(zhuǎn)化成α相。但是由于鋼化玻璃的冷卻過程非常迅速，以至于硫化鎳晶體沒有足夠的時間轉(zhuǎn)化為β相。這在玻璃中遺留下不穩(wěn)定的α體，它就像被壓縮的彈簧一樣隨時準(zhǔn)備毫無征兆地重新轉(zhuǎn)化成β相，硫化鎳晶體由α相轉(zhuǎn)化成β相時體積膨脹4%。如果α相晶體位于張力很大的玻璃中央，膨脹產(chǎn)生的壓力導(dǎo)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(zhì)處理(HST)。均質(zhì)處理就是將鋼化玻璃再次加熱到290度左右并保溫2小時，使硫化鎳在玻璃出廠前完成晶相轉(zhuǎn)變，讓今后可能自爆的玻璃在工廠內(nèi)提前破碎。按照國際慣例，經(jīng)過均質(zhì)處理后的鋼化玻璃自爆率可降低至0.15%以下。根據(jù)此慣例進行控制，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(zhì)量控制將直接關(guān)系中空玻璃密封的有效性，所采用的輔助材料的質(zhì)量與操作工藝都影響著中空玻璃的破裂問題。
密封膠質(zhì)量與干燥劑的選擇對中空玻璃破裂的影響。制作中空玻璃的密封膠要求在高、低溫狀態(tài)下均有較好的彈性，既與玻璃同步伸縮，不致使玻璃產(chǎn)生較大應(yīng)力。密封膠較硬，彈性不好，會制約玻璃因環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的變形，使中空玻璃邊部應(yīng)力增大而導(dǎo)致破裂。而有些低質(zhì)量的密封膠揮發(fā)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(fā)物(小于1.5%)，以防止密封膠收縮過大產(chǎn)生破裂;選用干燥劑的型號不當(dāng)，會在中空玻璃密封后，間隔層氣體產(chǎn)生負(fù)壓，造成玻璃撓曲變形，加之環(huán)境溫度與氣壓變化，當(dāng)這種變形產(chǎn)生的應(yīng)力超過了玻璃能夠承受的至大應(yīng)力時，中空玻璃的破裂也就發(fā)生了。因此，制作中空玻璃的輔助材料要保證使用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。
中空玻璃合片操作工藝對破裂的影響。水平法生產(chǎn)中空玻璃時(目前手工或半手工或者板面過大無法在自動線上操作時都采用水平法生產(chǎn))，由于玻璃下部受支撐的面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，上片玻璃由于自重向下彎曲，結(jié)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(fù)壓使玻璃上產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，面積較大的中空玻璃這種現(xiàn)象更為突出。由于玻璃上預(yù)應(yīng)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(fā)生破裂。針對以上操作中的缺陷必須及時加以補求，在合完片注完膠后須及時的向中空玻璃腔體內(nèi)沖氣來調(diào)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，中空玻璃不同于其它玻璃，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(dǎo)致中空玻璃破裂。另外在生產(chǎn)中玻璃邊部處理有缺陷在運輸中玻璃邊部由于碰撞產(chǎn)生微小裂口而在安裝前又不易被發(fā)現(xiàn)(由于周邊涂膠)安裝后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(yīng)用軟性襯紙或襯墊相互隔開并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(chǎn)品必須豎立式放置運輸。
3.4施工安裝
施工安裝上墻或者上框后的中空玻璃四周緊固或松馳，玻璃底部是否安放支撐物，玻璃與四周框架用什么硬度材質(zhì)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(zhì)量不佳易使玻璃發(fā)生彎曲變形從而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，由于玻璃預(yù)應(yīng)力的存在降低了其抗風(fēng)壓強度，甚至發(fā)生破裂。安裝時避免中空玻璃產(chǎn)生預(yù)應(yīng)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(chǎn)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(dǎo)熱系數(shù)低的彈性材料作襯墊，玻璃是熱的不良導(dǎo)體，將玻璃與導(dǎo)熱性良好的鋁框、陰冷的墻體等隔絕開來，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J(rèn)GJ113-97《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定按照設(shè)計圖紙、規(guī)范要求來實施。玻璃安裝時應(yīng)設(shè)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。
⑷業(yè)主使用
中空玻璃在業(yè)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(yè)主使用中室內(nèi)遮陽裝置吸熱后的再輻射的影響。如室內(nèi)深色窗簾、百葉窗和室內(nèi)玻璃表面粘貼或懸掛的裝置圖案或廣告等遮陽裝置，室內(nèi)的遮陽裝置增加了玻璃溫度不均勻性，也增加了熱應(yīng)力的破裂的概率，應(yīng)盡可能避免上述裝置。室內(nèi)的熱輻射源直接作用于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(fēng)道口處(空調(diào)通風(fēng)口)的中空玻璃不同部位存在溫差，這種溫差引起的熱應(yīng)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(yīng)力破裂，提高玻璃承受風(fēng)壓強度和熱應(yīng)力強度，減少熱應(yīng)力破裂的機率，建議對玻璃采取強化處理。
⑸結(jié)論
建筑中空玻璃使用中的破裂是一個綜合性問題，因各種玻璃性能不同，地區(qū)不同，安裝方法不同，破裂的原因也很復(fù)雜。除了在中空玻璃材質(zhì)上與輔助材料上要保證優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品以外，在施工設(shè)計上也應(yīng)該要嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定的要求來實施。因此，對中空玻璃的破裂均要根據(jù)實際情況仔細(xì)分析、找出原因，采取一些必要的構(gòu)造措施來盡量減少中空玻璃使用中的破裂;同時，我國有關(guān)職能部門要加大中空玻璃產(chǎn)品的認(rèn)證力度，對中空玻璃生產(chǎn)企業(yè)實行分級管理，規(guī)范中國中空玻璃市場，提高產(chǎn)品質(zhì)量，普及中空玻璃在建筑物上的使用，使中國中空玻璃行業(yè)健康有序發(fā)展。
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