淺談玻璃幕墻中玻璃破裂的幾點(diǎn)原因

【摘  要】  20多年來(lái)在玻璃幕墻的使用中，玻璃幕墻的玻璃的破裂問(wèn)題一直難以解決，下面從六方面對(duì)之進(jìn)行分析和探討

【關(guān)鍵詞】  玻璃幕墻  玻璃破裂 “玻璃癌癥” 施工質(zhì)量  熱脹冷縮  微小裂口

　　玻璃幕墻建筑，包括由玻璃、金屬和石材組合的幕墻建筑。玻璃是鋁合金玻璃幕墻主要材料之一，它直接制約幕墻的各項(xiàng)性能，同時(shí)也是幕墻藝術(shù)風(fēng)格的主要體現(xiàn)者，因此選用玻璃是幕墻設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。幕墻建筑自20世紀(jì)50年代自西方國(guó)家興起，因其具有豐富多變的外裝飾效果，在全球發(fā)展很快。我國(guó)幕墻建筑是從改革開(kāi)放后的1983年開(kāi)始起步，90年代中期形成高潮，到目前，20多年來(lái)呈現(xiàn)了大規(guī)模、高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。從東部的沿海城市到西部的邊遠(yuǎn)小鎮(zhèn)，幾乎都可以看到使用玻璃幕墻的建筑，特別是在城市中的高層建筑上，玻璃幕墻占據(jù)了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，但是20多年來(lái)在玻璃幕墻的使用中，玻璃幕墻的玻璃的破裂問(wèn)題一直難以解決，下面從六方面對(duì)之進(jìn)行分析和探討：

一、玻璃本身材質(zhì)的問(wèn)題是玻璃幕墻中玻璃破裂的重要原因

　　玻璃幕墻所使用的玻璃，特別是經(jīng)過(guò)鋼化的玻璃，強(qiáng)度是大大增加了，但是卻在自身材質(zhì)中混進(jìn)了硫化鎳雜質(zhì)，雜質(zhì)是如何混入的現(xiàn)還未根本查清，最大可能的來(lái)源是設(shè)備上使用的各種含鎳合金部件及窯爐上使用的各種耐熱合金。對(duì)于燒油的熔窯，曾報(bào)道在小爐中發(fā)現(xiàn)富鎳的凝結(jié)物。硫毫無(wú)疑問(wèn)來(lái)源于配合料中及燃料中的含硫成份。當(dāng)溫度超過(guò)1000℃時(shí)，硫化鎳以液滴形式存在于熔融玻璃中，這些小液滴的固化溫度為797℃。根據(jù)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，熔爐中0.1克鎳可以形成的晶體數(shù)量多達(dá)5萬(wàn)個(gè)。硫化鎳雜質(zhì)，以小水晶狀態(tài)存在，在一般情況下，不會(huì)造成玻璃破損，但是由于鋼化玻璃重新加熱，改變了硫化鎳雜質(zhì)的相態(tài)，硫化鎳的高溫α態(tài)在玻璃急冷時(shí)被凍結(jié)，他們?cè)诨謴?fù)到β態(tài)可能需要幾年的時(shí)間，由于低溫β態(tài)的硫化鎳雜質(zhì)將產(chǎn)生體積增大，在玻璃內(nèi)部產(chǎn)生局部的應(yīng)力集中，這時(shí)鋼化玻璃自爆將發(fā)生。然而，僅僅比較大的雜質(zhì)將引起自爆，而且僅僅當(dāng)雜質(zhì)在拉應(yīng)力的核心部位時(shí)才能發(fā)生鋼化玻璃自爆。NiS是一種晶體，存在二種晶相：高溫相α-NiS和低溫相β-NiS，相變溫度為379℃ 。玻璃在鋼化爐內(nèi)加熱時(shí)，因加熱溫度遠(yuǎn)高于相變溫度，NiS全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣料唷Ｈ欢�在隨后的淬冷過(guò)程中， α-NiS來(lái)不及轉(zhuǎn)變?yōu)棣?NiS，從而被凍結(jié)在鋼化玻璃中。在室溫環(huán)境下，α-NiS是不穩(wěn)定的，有逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)棣?NiS的趨勢(shì)。這種轉(zhuǎn)變伴隨著約2--4%的體積膨脹，使玻璃承受巨大的相變張應(yīng)力，如果α相晶體位于張力最大的玻璃中央時(shí)，膨脹產(chǎn)生的壓力可以使整塊玻璃破裂，破裂的時(shí)間也無(wú)法測(cè)定，可能是剛剛生產(chǎn)的玻璃，也可能是以前生產(chǎn)的玻璃已安裝到了玻璃幕墻上，一旦玻璃幕墻上的玻璃發(fā)生自爆是相當(dāng)危險(xiǎn)的，不過(guò)近年來(lái)，很多玻璃生產(chǎn)廠家正在努力的尋找防止玻璃“玻璃癌癥”產(chǎn)生危害的方法，如近年發(fā)明的熱浸法就是盡量使硫化鎳晶體轉(zhuǎn)化成β相，使含有雜質(zhì)的玻璃在熔爐中破碎，大大減少了玻璃幕墻上玻璃的破裂，減少了危害。

二、玻璃幕墻的施工質(zhì)量也是關(guān)系到玻璃破裂的原因

   施工中是否按照設(shè)計(jì)圖紙施工，是否按照規(guī)范要求施工，是關(guān)系玻璃幕墻成敗的關(guān)鍵，玻璃幕墻規(guī)范JGJ102-2003規(guī)定了玻璃邊緣槽口的尺寸，它的目的就是為了保證玻璃在溫度變化和其他因素影響下的自由伸縮，一旦出現(xiàn)阻礙玻璃的自由伸縮的因素，哪怕是直徑很少的固體顆粒如釘子等，玻璃就會(huì)破裂；玻璃的槽口兩側(cè)和底部不能用硬性的材料填塞，這些材料的體積變化對(duì)玻璃產(chǎn)生擠壓而使玻璃破裂；玻璃在平面外力作用下，如風(fēng)荷載的影響下會(huì)產(chǎn)生翹曲，如果嵌縫材料阻礙玻璃的翹曲變化也會(huì)使玻璃破裂；玻璃幕墻中的層間，通常做法是在用單層玻璃后襯鋁塑板、埃特板或保得板等，在施工設(shè)計(jì)時(shí)后襯板和單層玻璃的距離太少且兩者中間的空氣層沒(méi)有留有通氣孔，在太陽(yáng)的直射下，中間的空氣層溫度急劇升高，玻璃受熱過(guò)高且氣體的膨脹而使玻璃炸裂。所以說(shuō)必須使用彈性材料填縫且嚴(yán)格按照規(guī)范等要求進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，以保證玻璃能在各項(xiàng)因素下的安全。

三、玻璃幕墻所依附的主體結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載等作用下產(chǎn)生的層間變化也能使玻璃破裂

   土建主體結(jié)構(gòu)在各項(xiàng)荷載作用下產(chǎn)生變化時(shí)，它必然要強(qiáng)制玻璃幕墻的框要和它保持同步的變位，如果玻璃幕墻的玻璃邊緣與鋁合金框間沒(méi)有足夠的間隙適應(yīng)這種變位的話，也會(huì)將玻璃擠碎，因此玻璃幕墻規(guī)范JGJ102-2003規(guī)定了明框玻璃幕墻邊緣到邊框槽底的間隙應(yīng)符合下式的要求：2C1[1+（L1/L2）*（C2-1.5）/(C1-1.5)]≥[△μ]，其中[△μ]應(yīng)根據(jù)主體結(jié)構(gòu)彈性層間位移限值的3倍來(lái)確定。

四、玻璃幕墻中的玻璃在溫度變化影響下熱脹冷縮下也能使玻璃破裂

    玻璃在溫度變化影響下會(huì)熱脹冷縮，玻璃的線脹系數(shù)為1×10^-5，一塊邊長(zhǎng)1500mm的玻璃，當(dāng)溫度升高80℃時(shí)會(huì)伸長(zhǎng)1 .2mm。如果在安裝玻璃時(shí)，玻璃與鑲嵌槽底緊密接觸，一旦伸長(zhǎng)就會(huì)產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，這種應(yīng)力很大，σt=αEΔT  。當(dāng)ΔT=80℃時(shí)，σt=1×10-5×0.72×105×80=57.6N／mm²，大于浮法玻璃強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，因此在設(shè)計(jì)玻璃幕墻節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)使玻璃邊緣與鑲嵌槽底板間留有配合間隙，防止玻璃產(chǎn)生擠壓應(yīng)力。

五、玻璃幕墻中的玻璃在加工切割時(shí)產(chǎn)生的微小裂口也能造成玻璃的破裂

    玻璃幕墻的分格根據(jù)不同的建筑需要，分格也是各不相同，所以玻璃的切割加工尺寸各不相同，但玻璃的切斷不同于一般的刀子、剪子切斷的概念，玻璃的切斷是用專(zhuān)用的刀具造成細(xì)微的傷口，然后在進(jìn)行切斷，其原理是刀具在玻璃上留有刻痕，這時(shí)玻璃內(nèi)部產(chǎn)生三條裂痕，其中兩條是沿表面左右分開(kāi)，另一條是垂直向下伸展的豎縫，在豎縫的端部產(chǎn)生拉應(yīng)力，再加上曲折的彎力，豎縫向下伸展出去便可把玻璃切斷，玻璃在裁劃切斷時(shí)，沿玻璃周邊隱藏著許多微小的裂口，這些裂口在各種效應(yīng)與熱應(yīng)力影響下，會(huì)擴(kuò)展成裂縫，裂縫進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致玻璃破裂，所以為了消除玻璃切割加工后，留下的小裂紋而導(dǎo)致玻璃破裂，在玻璃裁切后，要用磨邊機(jī)進(jìn)行處理（磨邊或者精磨邊），消除玻璃周邊的隱藏的微小的裂紋。

六、玻璃幕墻中的玻璃受熱不均勻也能產(chǎn)生玻璃熱炸裂

   玻璃幕墻是建筑物的外衣，暴露在陽(yáng)光直射的部位吸收紅外線和可見(jiàn)光線轉(zhuǎn)化為熱量，溫度升高，這一部分玻璃受熱膨脹(升長(zhǎng))，而處于鑲嵌槽或陰影下的那—-部分玻璃因受不到陽(yáng)光的輻射，不能同步膨脹(升長(zhǎng))，內(nèi)部熱應(yīng)力形成，受熱多的區(qū)域?qū)κ軣嵘俚膮^(qū)域產(chǎn)生張應(yīng)力，這種張應(yīng)力超過(guò)玻璃的抗拉強(qiáng)度就會(huì)導(dǎo)致玻璃破裂。在玻璃邊緣存在微小裂紋情況下更易引發(fā)熱炸裂，規(guī)范雖然沒(méi)有明文規(guī)定如何計(jì)算的情況，但是我們要在設(shè)計(jì)和施工時(shí)，一定要采取必要的構(gòu)造措施來(lái)防止玻璃幕墻中的玻璃熱炸裂。

結(jié)束語(yǔ)

　　玻璃幕墻中玻璃的破裂是多方面因素的，除了在玻璃材料上要保證優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品以外，在施工設(shè)計(jì)上也應(yīng)該要嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定的要求來(lái)實(shí)施，另外再采取一些必要的構(gòu)造措施來(lái)盡量減少玻璃幕墻中玻璃的破裂，使玻璃幕墻成為城市中建筑美麗的外衣。

參考資料

《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003

《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ113-2003

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