建筑玻璃现阶段发展趋势及“自爆”问题的分析

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【摘 要】随着建筑多元化的发展，建筑玻璃的已经成为建筑多样化和建筑功能化的关键组成部分，尤其是最近几年，建筑用深加工玻璃的品种、数量也得到了很大的发展，产品质量有了很大的提高。但是一些建筑使用的深加工玻璃出现了如钢化玻璃自爆、中空玻璃漏气等多种问题，造成很大的损失。本文重点针对玻璃幕墙中最常见的钢化玻璃自爆问题进行探讨分析。

【关键字】玻璃；钢化；自爆

一、世界建筑的发展对玻璃的要求变化

从20世纪60年代，随着第一个玻璃幕墙出现开始，建筑幕墙一直占据着建筑市场的主导位置并引领着建筑行业技术的发展。

到目前，建筑对玻璃的要求经过了从白玻、本体着色玻璃、热反射镀膜到低辐射镀膜玻璃的变化。玻璃的颜色也由无色、茶色、金黄色到兰色、绿色并最后向通透方向的发展变化。随着现代建筑设计理念向人性化、亲近自然以及世界各国对能源危机的忧患意识提高，对建筑节能的重视程度也越来越高，对玻璃的要求也逐步向功能性、通透性进行转变。全世界建筑行业对玻璃的要求有向高通透、低反射或者减反射的方向转变的趋势。

二、 建筑玻璃的主要应用品种及特点

1、钢化玻璃

它是利用加热到一定温度后迅速冷却的方法，或是化学方法进行特殊处理的玻璃。一般是在原来普通的浮法玻璃基础上，经过将玻璃加热到软化点温度再经过淬火处理，使玻璃内部中心部位具有张应力而玻璃表面部位具有压应力并达到均匀应力平衡的玻璃产品。钢化玻璃的品种包括化学钢化也称离子钢化和物理钢化两种；

化学钢化玻璃的特点是由于采用颗粒较大的离子如钾离子置换玻璃表面的钠离子，在约400度的温度下经过一定的工艺制作完成；化学钢化玻璃可以切割、热弯等，但经过高温加工后的玻璃强度会受影响；化学钢化玻璃的初始强度可以达到原片的6-7倍，但是随着使用时间加长，性能会衰减；由于离子置换的特殊性，多数使用在超薄的玻璃上。

物理钢化玻璃的特点是强度高，一般强度可以达到普通平板玻璃的4倍左右；安全—钢化玻璃破碎后立即分裂成没有尖角产生的小颗粒；缺点是存在自暴的可能；

物理钢化玻璃也同样存在着两个品种即全钢化玻璃及热增强玻璃之分，热增强玻璃不存在自暴现象，但是强度仅仅是普通玻璃的两倍左右，多数应用在高层建筑，提高抗风压性能；热增强玻璃不属于安全玻璃。

2、夹层玻璃

夹层玻璃是由一层玻璃与一层或多层玻璃、塑料材料夹中间层而成的玻璃制品，中间层是介于玻璃之间或玻璃与塑料材料之间起粘结和隔离作用的材料，使夹层玻璃具有抗冲击、阳光控制、隔音等性能；

夹层玻璃的特点是安全—即使破碎，也不会对人造成伤害，如汽车风挡玻璃；阻挡紫外线，减少物体退色。PVB胶片可以减少达到99%以上的紫外线；缺点是降低采光性能、玻璃自重增加。

3、镀膜玻璃

镀膜玻璃俗称热反射玻璃，包括阳光控制镀膜玻璃和低辐射镀膜玻璃（Low-E）玻璃两个品种。镀膜形成的原理是在原片玻璃表面镀上金属或者金属氧化物/氮化物膜，使玻璃的遮蔽系数降低。又称低辐射玻璃、“Low-E”玻璃（low emissivity coated glass），是一种对波长范围4.5μm-25 μm的远红外线有较高反射比的镀膜玻璃。低辐射镀膜玻璃还可以复合阳光控制功能，称为阳光控制低辐射玻璃。

4、中空玻璃

中空玻璃是由两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开并周边粘结密封，使玻璃层间形成有干燥气体空间的制品。目前市场上大部分的中空玻璃全部为胶封中空玻璃，而胶封中空玻璃又分为传统铝条及暖边密封方式。Swiggle暖边中空玻璃在世界上第一个提出暖边概念并一直引领着世界暖边中空玻璃的发展方向。

三、建筑用玻璃最容易出现的“自爆”问题及解决办法

1、NiS导致钢化玻璃的自爆问题

硫化镍引起热增强以及钢化安全玻璃自爆的问题，在最近的几年在我国许多幕墙工程上十分普遍，也给很多企业造成极大的损失，虽然业内人士尝试使用多种测量方法解决这个问题，但是由于一直没有完全成功，仍然在建筑幕墙以及许多现代建筑上遗留了非常实际的问题。

在玻璃熔化过程中，在炉子里面，高温将Ni3S2经过中间过程改变为α态-NiS，α态-NiS在390°C以上高温时是稳定的，在室温条件下的玻璃板内，α态-NiS并不（完全）转换相态，因为冷却速度对改变相态来说太快。另外，转换相态的NiS由于处于钢化玻璃的张应力区域，所以专门破坏钢化玻璃。

在钢化加热的时间段内，NiS完全转换成α态，在后面的吹风冷却阶段，冷却速度非常快。由于在玻璃与NiS之间热膨胀系数不同，在快速退火到室温条件下，在NiS周围将有一个空间（一个球形裂缝），由于在将玻璃冷却变成刚性阶段温度Tg时收缩速度的差别。在温度Tg，玻璃内部空腔的直径的固定的，在这个温度以下，NiS收缩的较玻璃更多，在包含物周围形成了缝隙，NiS生长首先被周围的空间消化，仅仅当空间全部填满后，NiS才能给玻璃压力并导致玻璃自爆。这就是为什么建筑上钢化玻璃自爆开始通常是会延迟到一年或者两年的原因。

压力最初以一个或者几个半圆形裂缝开始，甚至在钢化玻璃内部，这些都是稳定的，直到达到一个确定的临界尺寸，这个时间取决于玻璃内部NiS周围环境压力情况，拉应力越高，最初裂纹的临界半径越小（破裂的压力为：σf=KIC/a?），这也体现了钢化程度越高，钢化玻璃自爆比例越大的规律。最初的缺陷能够发现围绕NiS周围成蝶形，玻璃内部的裂缝在生长过程中仅仅依靠压力而不受静态疲劳的影响，当有水存在的条件下，由于玻璃与水之间压力增强化学反映导致的裂缝增长速度加快，缩短钢化玻璃自爆的时间，这也是为什么钢化玻璃在雨后自爆的几率增大的原因。

退火玻璃内部NiS包含物周围的缺陷，使用偏振光显微镜方法观察的热处理后的最终状态，取决于包含物的尺寸，小的或者大的缺陷能够显现出来。小的包含物没有引起缺陷，因此，他们的压力不能足够导致钢化玻璃自爆。

另外，由于钢化玻璃具有内部结石和边部缺陷等应力集中区域以及钢化玻璃内部应力过大，随着时间延长，应力在消散过程中，也会导致局部应力过大，造成钢化玻璃自爆。

为了减少钢化玻璃在建筑上自爆的可能，一方面需要在加工制作过程中，严格控制玻璃的磨边精度、严格控制钢化工艺，在满足钢化玻璃质量要求的情况下尽可能降低钢化玻璃的内部应力，严格挑选原片玻璃，将硫化镍晶体排除在钢化过程之外，最后是将钢化玻璃做热浸处理，虽然这样会导致钢化玻璃的成本增加，但是可以消除钢化玻璃自爆的危险。

参考文献

[1]JGJ113-2009《建筑玻璃应用技术规程》

[2]GB15763.2-2005《建筑用安全玻璃 第2部分:钢化玻璃》

[3]公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）.中国建筑工业出版社，2005

[4]赵西安编幕，建筑幕墙工程手册，北京，中国建筑工业出版社2002