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鋼化玻璃產生自爆的原因及降低鋼化玻璃自爆的方法

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鋼化玻璃產生自爆的原因及降低鋼化玻璃自爆的方法

發布日期:2018-10-19 00:00 來源:http://www.ihdopn.icu 點擊:

鋼化玻璃與平板玻璃相比有許多優點,如鋼化玻璃的強度高,韌性好,抗熱沖擊性能優越,因此被廣泛地應用于玻璃幕墻和門窗工程實踐中。但是鋼化玻璃也有缺點,如自爆。鋼化玻璃在無荷載作用下發生的自發性炸裂稱為鋼化玻璃的自爆。自爆是鋼化玻璃固有的特性之一,產生自爆的原因很多,簡單地歸納為以下幾種:
1.玻璃中有結石、氣泡和雜質:玻璃是典型的脆性材料,其力學行為服從斷裂力學。玻璃中的結石、氣泡和雜質在玻璃中將會形成裂紋,是鋼化玻璃的薄弱點,特別是裂紋尖端是應力集中處。如果結石、氣泡或雜質處在鋼化玻璃的張應力區,或在荷載作用下使其處于張應力,都可能導致鋼化玻璃炸裂。
2.玻璃中含有硫化鎳結晶物 :硫化鎳夾雜物一般以結晶體存在,室溫下存在著 相向 相轉變的傾向,并伴有一定量的體積膨脹。如果這些雜物在鋼化玻璃受張應力的部位,或在荷載作用下使其處于張應力區,則體積膨脹會引起自發炸裂。由硫化鎳粒子造成的鋼化玻璃自爆其爆裂點裂紋形狀往往與蝴蝶相似,被稱為蝴蝶形裂紋,有些在爆裂點中部有一個有色顆粒,被認為是硫化鎳粒子,這兩個特性往往被用來作為鋼化玻璃是否是自爆的判據。硫化鎳粒子在鋼化玻璃自爆前后的體積是不同的,爆裂前體積小,不易被看見;自爆后其體積增大,地點確定,很容易被看見,這也是鋼化玻璃自爆不易預見的原因之一。
3.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根本原因。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。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微裂紋快速擴張,最終導致玻璃破裂。
4.鋼化玻璃在生產過程中需要對玻璃進行加熱和冷卻,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。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。
5.理論分析和工程實踐證明,預應力越大,鋼化程度越高,自爆量也越大。普通平板玻璃和半鋼化玻璃幾乎沒有自爆現象,是因為鋼化玻璃沿玻璃板厚度方向上下兩表面處于壓應力,中間層處于張應力。表面壓應力越高,一般情況下鋼化玻璃的強度也越高,但是中間層的張應力也越高,過大的張應力將會增加鋼化玻璃的自爆。
6.我國鋼化玻璃標準中對鋼化玻璃的弓形彎曲度的要求過低,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。
針對以上鋼化玻璃自爆的原因,提出以下幾點降低鋼化玻璃自爆的方法:
1. 優選平板玻璃
高質量的平板玻璃中結石、氣泡、雜質和硫化鎳含量低,采用優質平板玻璃作為制作鋼化玻璃的原片可顯著降低鋼化玻璃的自爆。
2.提高鋼化玻璃邊部加工質量,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,因為玻璃板孔邊是應力集中部位。
3.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low-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low-e玻璃上下表面對熱輻射吸收的差異將會造成low-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。
4.探討降低鋼化玻璃表明壓應力限值的可能性。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應力很高,碎片很好,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碎而不裂,形成“鋼化玻璃被”,其結果與大一點的碎片區別不大,因此可以考慮降低鋼化玻璃表面應力值限值。況且我國半鋼化玻璃標準規定,其表面應力值限值為不大于60MPa,鋼化玻璃標準規定,其表面應力值限值為不小于90MPa,如果玻璃表面應力限值處于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。從這個角度來說,也應將鋼化玻璃表面應力值限值降低,如果將半鋼化玻璃表面應力值限值與鋼化玻璃表面應力值限值連接有困難,至少可將鋼化玻璃表面應力值限值降低,縮小兩者的差距。
5.增加均質鋼化玻璃的應用量,研究檢測鋼化玻璃均質程度的方法,使得均質過程起到應有的作用。
6.減少鋼化玻璃應用總量,增加半鋼化玻璃和夾層玻璃的應用量,可降低鋼化玻璃自爆數量。不言而喻,鋼化玻璃應用的總量減少,鋼化玻璃自爆的數量一定減少。
7.減小鋼化玻璃板面尺寸,可降低鋼化玻璃自爆率。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。
8.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。

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