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鋼化玻璃自爆原因分析與解決方法

來源:中國幕墻網收集整理  作者:劉忠偉  日期:2012-12-6
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【摘要】:本文從平板玻璃質量、鋼化玻璃碎片數、表面壓應力、表面壓應力均勻度、邊部加工質量和鋼化玻璃板面尺寸等多方面分析了鋼化玻璃產生自爆的原因,對鋼化玻璃碎片數與鋼化玻璃自爆后的危害性進行了對比分析,提出應將鋼化玻璃碎片數限制在一定的合理范圍,并對此進行了試驗驗證,所得結果應用于建筑工程行業標準《建筑門窗幕墻用鋼化玻璃》中。

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  現行國家標準《平板玻璃》GB11614-2009依據平板玻璃中所含氣泡、夾雜物、缺陷大小和多少將平板玻璃劃分為合格品、一等品和優等品,合格品平板玻璃質量最低,一等品居中,優等品最高,建筑上主要使用的是合格品平板玻璃。鋼化玻璃是平板玻璃的深加工產品,又有自爆的問題,因此鋼化玻璃使用的平板玻璃應為一等品,當鋼化玻璃板面較大時,應使用優等品平板玻璃。

  三、鋼化玻璃碎片數和表面壓應力
  我國國家標準《建筑用安全玻璃第二部分:鋼化玻璃》GB157632_-2005采用碎片數和表面壓應力兩個指標表征鋼化玻璃的鋼化度,對于4-12mm厚的鋼化玻璃,規定在50×50mm區域內的最少碎片數必須滿足40片,無上限限制;鋼化玻璃表面壓應力不應小于90MPa,亦無上限限制,其中碎片數是強制性的,表面壓應力是推薦性的。

  歐洲{標準《Glass in building—Thermally t0ughened s0da lime siiicate safety glass—Part1:Definiti0n and descripti0n》BS EN12150-1和日本標準《Tempered glass》JIS R3206只采用碎片數表征鋼化玻璃的鋼化度,其具體規定與我國國家標準相同。

  美國標準《Slandard spec ficati0n for Heat-Treated Flat Glass— KindHS,Kind FT C0ated and uncoated Glass》ASTM C 1048-04 只弄乏用表面壓應力表征鋼化玻璃的鋼化度,規定6mm半鋼化玻璃的表面壓應力為24-52MPa,鋼化玻璃表面壓應力最小值69MPa。

  我國新標準要求其表面應力不應小于90MPa,這比此前老標準中規定的95MPa降低了5MPa,美國標準中規定鋼化玻璃的表面壓應力為大于69MPa,可否將我國鋼化玻璃表面壓應力降低到與美國標準一致或接近非常值得研究。如果可行,將極大地降低鋼化玻璃的自爆率。降低表面壓應力值限值可能會造成鋼化玻璃碎片偏大,不過即使鋼化玻璃表面壓應力很高,碎片很小,也無法保證碎片都以分裂狀態存在,許多情況下碎片表現為裂而不碎,形成“鋼化玻璃被”,其結果與大—點的碎片區別不大,甚至其危害性更大,因此可以考慮降低鋼化玻璃表面壓應力值限值。況且我國半鋼化玻璃標準規定,其表面壓應力值限值為不大于60MPa,鋼化玻璃標準規定,其表面壓應力值限值為不小于90MPa,如果玻璃表面壓應力處于60-90MPa之間,既不屬于半鋼化玻璃,也不屬于鋼化玻璃,屬于不合格品(J從這個角度來說,也應將鋼化玻璃表面壓應力值限值降低,如果將半鋼化玻璃表面壓應力值限值與鋼化玻璃表面壓應力值限值連接有困難,至少可將鋼化玻璃表面壓應力值限值降低,縮小兩者的差距.為達到降低鋼化玻璃碎片數和表面壓應力,我們進行了試驗驗證。試驗結果表明,可將鋼化玻璃碎片數確定在10-40粒之間,對應的表面壓應力位于70-90MPa 之間。

  四、鋼化玻璃邊部質量
  玻璃表面和邊部在加工、運輸、貯存和施工過程,可能造成有劃痕、炸口和爆邊等缺陷,易造成應力集中而導致鋼化玻璃自爆。玻璃表面本來就存在大量的微裂紋,這也是玻璃力學行為服從斷裂力學的裉本原因。這些微裂紋在一定的條件下會擴展,如水蒸氣的作用、荷載的作用等,都可能加速微裂紋的擴展。通常情況下微裂紋的擴展速度是極其緩慢的,表現為玻璃的強度是一恒定值Ⅱ)但是玻璃表面的微裂紋有一臨界值,當微裂紋尺寸接近或達到臨界值時,裂紋快速擴張,導致玻璃破裂。如果玻璃表面和邊部存在接近臨界尺寸的微裂紋,如玻璃表面和邊部在加工、運輸、貯存和施工過程造成的劃痕、炸口、爆邊等缺陷尺寸就較大,玻璃可能在極小的荷載作用下就導致玻璃表面或邊部微裂紋快速擴張,最終導致玻璃破裂。為此應提高鋼化玻璃邊部加工質量,明確邊部加工要求,如兩邊完全磨邊或三邊不完全磨邊,避免玻璃邊部和表面劃傷和磕碰:理論分析和實驗表明,鋼化玻璃邊部鋼化程度較低,因此應對鋼化玻璃邊部重點保護:對于點支式幕墻玻璃,如果對玻璃打孔,孔邊一定要精磨,最好達到拋光的程度,因為玻璃孔邊是應力集中部位。

  五、鋼化均勻度
  鋼化玻璃在生產過程中需要對玻璃進行加熱冷卻,玻璃在加熱或冷卻時沿玻璃板面方向不均勻和沿厚度方向的不對稱,將導致鋼化玻璃沿板面方向應力不均勻和沿厚度方向應力分布不對稱,這些都有可能造成鋼化玻璃自爆。鋼化玻璃沿板面方向應力不均勻,可以造成玻璃局部處于張應力,如果這種張應力過大,超過玻璃的斷裂強度,玻璃就會爆裂。玻璃板沿厚度方向應力分布應當是對稱的,即上下兩表面處于壓應力,中間處于張應力,上下表面的壓應力大小、應力層厚度和變化完全是對稱的,玻璃板承受正負風壓的能力是相同的c如果玻璃板沿厚度方向應力分布不對稱,玻璃板承受正負風壓的能力就不相同,一側承受荷載的能力較強,另一側較小,即玻璃可能在較小荷載作用下破損,嚴重時,玻璃板在無荷載作用下產生變形,造成幕墻玻璃影像畸變,為此應提高鋼化玻璃表面應力均勻度和沿厚度方向的對稱度。特別對于L0w-e玻璃的鋼化更要關注其鋼化玻璃應力沿厚度方向的對稱度,因為L0w-e玻璃上下表面對熱輻射吸收的差異將會造成L0w-e玻璃在加熱時玻璃板沿厚度方向溫度的差異,而這種差異最終將會導致鋼化玻璃應力沿厚度方向的不對稱,目前在玻璃鋼化過程中采用強制對流的方法來消除這種不利因素.鋼化玻璃內部應力不均勻,存在較大應力梯度,會造成自爆,表現為碎片顆粒大小不一且差距較大1表面壓應力有五個測點,取平均值.應增加五個測點最大值和最小值之間的差值限值,用以表征鋼化玻璃表面壓應力均勻性

  六、鋼化玻璃板面限制
  減小鋼化玻璃板面尺寸,可降低鋼化玻璃自爆率。目前我國在應用建筑玻璃方面呈現板面越來越大的趨勢,鋼化玻璃尺寸越大,玻璃板越厚,自爆概率越大。在一塊鋼化玻璃板中,只要有一個自爆點,并最終導致鋼化玻璃自爆,無論鋼化玻璃板塊大小,整個鋼化玻璃板都破碎。玻璃板塊越大,含有雜質、硫化鎳粒子、邊部加工缺陷、表面劃傷、應力的不均勻等等導致鋼化玻璃自爆的不利因素就隨之增加。在同樣荷載作用下,玻璃板塊越大,玻璃板就得越厚,含有雜質、硫化鎳粒子、邊部加工缺陷、表面劃傷、應力的不均勻等等導致鋼化玻璃自爆的不利因素也會增加,鋼化玻璃自爆概率就會加大。因此應依據平板玻璃厚度、質量等級對鋼化玻璃板面尺寸做出限制。

  七、鋼化玻璃變形過大
  對鋼化玻璃的弓形彎曲度的要求要全面,只有弓形彎曲度的相對值要求,沒有絕對值要求,對于尺寸小的鋼化玻璃可滿足要求,而對于尺寸較大的鋼化玻璃,盡管其弓形彎曲度的相對值滿足要求,但其絕對值過大,致使鋼化玻璃的裝配應力較大,經一段時間使用后發生鋼化玻璃自爆,這也是一些工程鋼化玻璃在使用幾年后發生自爆的原因。實踐工程中,鋼化玻璃使用面積越來越大,對于大板面的鋼化玻璃不僅對其彎曲度的相對值提出要求,而且應對其彎曲度的絕對值提出要求,以減小鋼化玻璃裝配應力,避免鋼化玻璃經長時間使用后發生自爆。

  八、結束語
  為降低鋼化玻璃自爆率,保證鋼化玻璃在建筑上安全使用,目前正在制定《建筑門窗幕墻用鋼化玻璃》建筑工程行業標準,上述研究成果將應用于該標準中。

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