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建筑幕墙门窗中的钢化玻璃破裂
来源:www.landglass.com.cn 发布时间:2016-03-14

钢化玻璃 (Tempered glass/Reinforced glass) 属于安全玻璃。钢化玻璃是一种预应力玻璃,为提高玻璃的强度,通常使用化学或物理的方法,在玻璃表面形成压应力,玻璃承受外力时首先抵消表层应力,从而提高了承载能力,增强玻璃自身抗风压性、寒暑性、冲击性等。

钢化玻璃强度、抗弯和耐冲击性能较之普通玻璃提高数倍。钢化玻璃破坏呈无锐角(钝角)的小碎片,对人体的伤害极低。钢化玻璃的耐冷热冲击性质较之普通玻璃有3~5倍的提高,一般可承受250℃以上的温差变化,对防止热炸裂有明显的效果。钢化玻璃强度虽然比普通玻璃强,但是钢化玻璃有自爆(自己破裂)的可能性,而普通玻璃不存在自爆的可能性。单片钢化玻璃构筑的门玻璃、窗玻璃并不安全。尖锐的硬质金属,可轻易将其破坏。应用中还不如传统的木门安全。钢化玻璃预应力过程,表面会出现明暗交替的应力斑纹(风斑),这是淬火中表面收缩不均匀,厚薄发生变化,出现轻微凹凸不平的现象。导致物理钢化玻璃镜面成像差,镜玻璃仍使用退火玻璃制作。玻璃物理钢化,一般都出现整体变形,如弓形、锅形和马鞍形等,变形程度与设备结构、工艺参数设置有密切关系。在一定程度上,影响了装饰外观效果。杂乱扭曲成像是钢化玻璃通病。

玻璃的安全性,通常按破坏后碎片大小区别。谈到钢化玻璃或安全玻璃,自然联想到碎片大小。许多文章普遍将钢化玻璃和夹层钢化玻璃破裂归纳为以下两种原因:

一是外力破坏,比如搬运时候的磕碰,或者人为的敲击、试样单点撞击、落球冲击、霰弹袋冲击性能等。

二是未受外力破坏,自然破裂。也称钢化玻璃自爆。这里不去赘述原因。人们观察到钢化玻璃自爆,有发生在幕墙上的,也有堆垛在工厂架子上的。满足应力要求的钢化玻璃,受上述外力破坏,碎片为常见的小颗粒状。引起各方的关注和重视的是,玻璃幕墙大量应用而产生的“玻璃雨”事故。很少展现同一玻璃,受多点外力作用破坏的形式。也忽略玻璃内部应力释放后,整片玻璃脱落的危害性。

当玻璃被加热到650℃,经淬冷过程,内外冷却速率不等,玻璃表面收缩形成压应力,内部的拉应力与外部压应力保持平衡。犹如无数相互独立的小颗粒受外力作用,挤压约束在一起,约束力由表及里逐渐减弱。如果其中一个(某点)被抽去(破坏),平衡力不再保持,旋即发生位移破坏。玻璃增强是预应力过程。事先施加一个力,抵抗消弭应用中的载荷。犹如弹簧压缩蓄能等。假定多应力同时作用在不同区域,表面预压应力被分散,应力值向半钢化玻璃趋近,破裂玻璃不再全是小颗粒,靠近破坏点区域的玻璃碎片,有时呈刀状分布。

存在问题和解决方案

目前,建筑行业对于建筑玻璃的安全应用认识不足。制定标准没有充足的应用理论基础支撑,套用的做法占据思路主导地位。仅看到钢化玻璃破损小颗粒,忽略破碎后飞散坠落或钢化夹层玻璃整体坠落的危害性。也没有意识到出现暴力事件、爆炸等突发灾难性事件时,玻璃的破坏形式。幕墙门窗玻璃设计中受造价左右,单片钢化玻璃的造价比夹层玻璃低,钢化玻璃属安全玻璃,造成钢化玻璃应用更为普遍。尽管JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》标准第4.0.4条中规定:人员流动密度大、青少年或幼儿活动的公共场所以及使用中容易受到撞击的部位,其玻璃幕墙应采用安全玻璃。但对于人流密集、建筑密集区域的高层建筑使用玻璃幕墙时,夹层玻璃是最佳的技术选择方案,认识不足。关于钢化玻璃平整度差、易自爆,一旦破坏即整体粉碎等现象,行业逐步有了共识,但还停留在补救措施上,使得玻璃造价、制造能耗不断攀升。

钢化玻璃生产,特别是高层建筑夹层钢化玻璃生产,为了防止自爆,必须经热浸处理。玻璃经过三次加热,浪费大量电能。经历多道工序,质量成本也无形上升。使用中有时并没有起到应有的安全作用。造成目前尴尬局面,不能归罪于2003年出台的《建筑安全玻璃管理规定》。因为钢化玻璃的安全性被夸大了。采用钢化玻璃的建筑能顺利通过安全验收。日后使用如何,没有标准制约。半钢化玻璃破坏时,沿裂纹源呈放射状径向开裂,一般无切向裂纹扩展,所以破坏后一般情况下仍能保持整体不塌落。半钢化玻璃的表面压应力在24MPa到52MPa之间,是退火玻璃强度的两倍,由半钢化玻璃构建的夹层或夹层中空安全玻璃,光畸变小,在建筑中更适用于幕墙和外窗。幕墙玻璃抗飓风能力,与自身强度、厚度有关。根据力学公式得知,实心矩形的惯性矩及抗弯截面系数,与高度(厚度)3次方成正比。JGJ 102-2013玻璃幕墙工程技术规范,玻璃刚度D与玻璃厚度3次方成正比。增加玻璃的厚度,显著提高玻璃板面强度,减少表面挠度。增加玻璃厚度,可明显提升玻璃降噪性能。

结语

钢化玻璃在幕墙、窗应用中维护成本很高,不论是何种结构,一旦破坏,彻底报废。而其它形式的玻璃,耐用性、对缺陷的接受能力明显强于钢化玻璃。人们不可能为装饰石材、装饰板表面上的一点损伤,更换它。但钢化玻璃就不同,一旦破坏,功能特性显示殆尽。有些专家认为:钢化玻璃高空坠落会造成“玻璃雨”,浮法玻璃或者半钢化玻璃高空坠落会造成“玻璃刀”。其实,受多点同时撞击的钢化玻璃、钢化夹层玻璃,破裂也呈“玻璃刀”。在10余米超长玻璃,或3米以上的超宽幕墙玻璃中,强度高,抗弯能力优良的钢化玻璃,应用前景仍然十分广阔,相对其他玻璃,安全性更佳可靠。十多年前的认识规定,已经不再适合中国国情。技术进步,推动标准修订,重新评估安全玻璃应用结构,细化标准内容,合理使用钢化玻璃,有助降低玻璃破损坠落率下降,提高幕墙玻璃安全性。减少钢化玻璃使用,相应减少了工厂电力装机负荷,同时缓解地区用电紧张,对绿色环保,降低产品单位能耗,十分必要。采用高强度夹层膜,目视区非钢化玻璃使用,同时提升玻璃建筑外观成像质量,增加建筑美感,未必不可取,而且安全防盗。随着我国国际地位的提升,人身安全,合理利用能源,逐步向欧美发达国家先进理念靠近。采用合理、安全、节能、经济的建筑围护材料,提升建筑的舒适性,安全性。从战略眼光看,合理利用现有资源,也是节能降耗的最佳途径。

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