玻璃幕墻玻璃破裂原因分析與解決方案

【摘 要】近幾年來玻璃幕墻玻璃爆裂的事件頻頻發(fā)生，高空玻璃的墜落對(duì)下面經(jīng)過的行人和車輛造成傷害，引起了社會(huì)各界的極大關(guān)注。本文對(duì)玻璃破裂的各種原因進(jìn)行剖析論證，提出一些解決方案，與各位專家探討。

【關(guān)鍵詞】玻璃破裂分析；玻璃自爆

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前中國(guó)現(xiàn)有玻璃幕墻達(dá)兩億平方米，占全世界的85%，近幾年來玻璃幕墻玻璃爆裂的事件頻頻發(fā)生，高空玻璃的墜落對(duì)下面經(jīng)過的行人和車輛造成傷害，引起了社會(huì)各界的極大關(guān)注。作為一名有社會(huì)責(zé)任感的幕墻設(shè)計(jì)師，深感痛心，通過本文對(duì)玻璃破裂的各種原因進(jìn)行剖析論證，結(jié)合本人十多年的幕墻設(shè)計(jì)咨詢經(jīng)驗(yàn)，提出一些解決方案，與各位專家探討。

一、鋼化玻璃自爆造成玻璃破裂；

硫化鎳是人造玻璃中偶爾含有的雜志，它存在于玻璃生產(chǎn)過程的熔化環(huán)節(jié)，金屬鎳元素與硫元素結(jié)合生成了一種硫化鎳石。硫化鎳石本身對(duì)玻璃并無任何損害，但是在玻璃通過熱處理強(qiáng)化后，它就可能對(duì)玻璃產(chǎn)生不良影響。

硫化鎳石以小水晶狀態(tài)存在，這些晶體以兩種方法存在：高溫下穩(wěn)定的密度較大的α相和室溫下穩(wěn)定的密度小一些的β相。浮法玻璃中硫化鎳晶體基本上以β相存在，用浮法玻璃加工鋼化玻璃的強(qiáng)化過程中的高溫把所有的硫化鎳晶體都轉(zhuǎn)化成高密度的α相。但是接下來的冷卻過程如此迅速，以致于硫化鎳晶體沒有足夠的時(shí)間重新轉(zhuǎn)化成β相。這在玻璃中遺留下不穩(wěn)定的α相晶體，它就像被壓縮的彈簧一樣隨時(shí)準(zhǔn)備毫無征兆地重新轉(zhuǎn)化為β相。

硫化鎳晶體由α相轉(zhuǎn)化成β相時(shí)體積膨脹4% ，如果α相晶體位于張力最大的玻璃中央，膨脹產(chǎn)生的壓力可以使整塊玻璃破裂。

由于硫化鎳石的體積和位置不同，破裂時(shí)間無法預(yù)測(cè)，可能是生產(chǎn)出來的幾個(gè)月或幾十年后，才會(huì)發(fā)生這種劇烈變化。玻璃爆裂后會(huì)崩散成無數(shù)細(xì)小碎塊。

玻璃廠家迄今沒有找到從源頭上消除硫化鎳的方法，在滿足建筑、幕墻規(guī)范下，可用其他玻璃替代鋼化玻璃（第一、二條）；對(duì)于必須使用鋼化玻璃的幕墻，通過有效措施降低硫化鎳存在的機(jī)率（第三、四條）；

1、高層建筑、采光頂?shù)葢?yīng)使用夾層玻璃作基底，可避免玻璃破裂后散落對(duì)下方人員的傷害；盡管鋼化玻璃破裂后碎成很小的，不會(huì)割傷皮膚的玻璃顆粒，但是如果大量的碎顆粒從高空墜落，肯定會(huì)對(duì)地面人員的安全造成危害；

2、用半鋼化玻璃代替鋼化玻璃；半鋼化玻璃很少發(fā)生因硫化鎳雜質(zhì)造成的自然破裂現(xiàn)象，但必須使用安全玻璃的地方，不可用半鋼化玻璃代替；

3、玻璃生產(chǎn)廠家應(yīng)高度重視生產(chǎn)環(huán)節(jié)，盡可能減少含鎳器件（如不銹鋼）接觸玻璃生產(chǎn)材料和熔化后的玻璃，減少硫化鎳雜質(zhì)的潛在危害，使用含較少硫化鎳結(jié)石的原片；

4、必須使用鋼化玻璃，則需對(duì)鋼化玻璃進(jìn)行二次熱處理；鋼化玻璃進(jìn)行二次熱處理，通常稱為引爆或均質(zhì)處理。進(jìn)行二次熱處理時(shí)，一般分為3個(gè)階段：升溫、保溫和降溫過程，升溫階段為玻璃的表面溫度從室溫升至2800C的過程，保溫階段為所有玻璃的表面溫度均達(dá)到2900C±100C，且至少保持2h，這一過程降溫階段從玻璃完成保溫階段后開始降至室溫750C時(shí)的過程，整個(gè)二次熱處理過程應(yīng)避免爐膛溫度超過3200C，玻璃表面溫度超過3000C，否則，玻璃的鋼化應(yīng)力會(huì)由于過熱而松弛，從而影響其安全性。

經(jīng)過熱處理的鋼化玻璃提高了玻璃的機(jī)械性能，它對(duì)均勻荷載、熱應(yīng)力和大多數(shù)沖擊荷載的效應(yīng)，大約是退火玻璃的4倍，而且破碎時(shí)，玻璃碎成小顆粒，對(duì)安全影響較小，但這種玻璃不易切割。各種加工要在淬火前進(jìn)行，需按實(shí)際使用規(guī)格訂貨。

二、玻璃本身質(zhì)量造成的幕墻玻璃破裂；

1、玻璃本身質(zhì)量不良容易造成玻璃幕墻破裂，如造成玻璃平整度差，厚薄不均，玻璃內(nèi)有氣泡夾渣等；在受到太陽照射下，熱效應(yīng)不均勻，導(dǎo)致玻璃破裂；

2、在裁切玻璃時(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，另一條是垂直向下伸展的豎縫，在豎縫的端部會(huì)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，玻璃在裁化切斷時(shí)，延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；

3、在玻璃生產(chǎn)過程中，玻璃邊緣可能出現(xiàn)崩邊、牙邊、崩角等缺陷，玻璃在邊緣有傷殘的狀態(tài)下使用，在玻璃邊緣有缺陷處極易產(chǎn)生破裂；

解決應(yīng)玻璃本身質(zhì)量造成幕墻玻璃破裂的解決方案a、在玻璃裁切后，用磨邊機(jī)磨邊和倒角處理（磨邊或者精磨邊），消除玻璃周邊隱藏的微小的裂紋；b、幕墻生產(chǎn)廠家要加強(qiáng)玻璃質(zhì)量的檢查，對(duì)存在缺陷和有邊緣問題的玻璃一定不要應(yīng)用于幕墻；c、在安裝期間不要將玻璃向框的方向擠壓，這樣會(huì)導(dǎo)致玻璃邊緣破損；d、幕墻安裝過程中一定要使用玻璃吸盤來移動(dòng)在框架槽口里的玻璃片，用撬桿提升或移動(dòng)玻璃會(huì)造成邊緣損壞。

三、不合理的幕墻設(shè)計(jì)、施工原因造成玻璃破裂；

這方面破裂的原因很多，下面重點(diǎn)介紹幾種常見的情況；

1、玻璃幕墻規(guī)范JGJ102-2003規(guī)定了玻璃邊緣槽口的尺寸，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，玻璃都會(huì)破裂；

2、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；

3、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；

4、玻璃幕墻的層間，通常做法是在用玻璃后襯鋁單板等，在施工設(shè)計(jì)時(shí)后襯板和玻璃的距離太少且兩者中間的空氣層沒有留有通氣孔，在太陽的直射下，中間的空氣層溫度急劇升高，玻璃受熱過高且氣體的膨脹而使玻璃炸裂；

5、玻璃的厚度和類型選擇不合理，無法承受所受風(fēng)荷載，導(dǎo)致玻璃幕墻玻璃破裂；

6、沉降縫和變形縫處幕墻結(jié)構(gòu)不合理，因主體變形導(dǎo)致玻璃破裂；

對(duì)于此種破裂，我們的設(shè)計(jì)、施工嚴(yán)格按照建筑、幕墻規(guī)范制定的要求去實(shí)施，不斷學(xué)習(xí)總結(jié)，結(jié)合長(zhǎng)期的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，采取必要的措施減少玻璃的破裂；

四、熱應(yīng)力造成的幕墻玻璃破裂；

玻璃熱應(yīng)力破壞產(chǎn)生的原因：

1、玻璃熱膨脹是玻璃熱應(yīng)力破壞的基本因素。玻璃在溫度變化影響下會(huì)熱脹冷縮，如果玻璃的膨脹和收縮收到限制，應(yīng)力會(huì)積累起來，當(dāng)這種應(yīng)力大于玻璃的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)就會(huì)使玻璃發(fā)生破裂；

2、玻璃受熱不均勻會(huì)造成玻璃熱應(yīng)力破壞。如果同一塊玻璃一部分受熱而另一部分未受熱，比如日光直射玻璃中部，而玻璃邊緣遮在陰影中，就可能引發(fā)受熱部分的玻璃會(huì)膨脹并推擠未受熱部分的玻璃。這種不平衡膨脹的結(jié)果就是產(chǎn)生熱應(yīng)力。由于玻璃的斷裂韌度較低，邊緣存在瑕疵的玻璃就容易發(fā)生熱應(yīng)力破壞；

3、玻璃的朝向?qū)ΣＡ釕?yīng)力破壞也有明顯的影響。幕墻玻璃面朝南和朝北或其他方向，所受熱應(yīng)力均有不同。幕墻玻璃朝南時(shí)陽光直射照在幕墻玻璃上，太陽的輻射能很大，熱應(yīng)力也就很大，如遇天氣突變或日落降溫很快，則易引起玻璃的熱應(yīng)力破裂；

4、寒冷的氣候條件：氣候寒冷時(shí)，如果室內(nèi)溫度較低，同時(shí)室外溫度驟降，可造成玻璃破裂。由于室內(nèi)直接采暖，玻璃窗內(nèi)側(cè)溫度較高，室外冷空氣式窗框和玻璃邊緣冷卻，結(jié)果可能造成巨大熱應(yīng)力，導(dǎo)致玻璃破裂。如果室內(nèi)熱空氣直吹玻璃窗，結(jié)果可能會(huì)更加嚴(yán)重；

5、玻璃的尺寸和厚度也是直接導(dǎo)致玻璃熱應(yīng)力破壞的因素。由于受溫度影響時(shí)，熱膨脹與物質(zhì)的長(zhǎng)度直接相關(guān)，尺寸大的玻璃會(huì)經(jīng)受更大的熱應(yīng)力。大玻璃表面積大，能吸收更多太陽能，其邊緣熱應(yīng)力也會(huì)相應(yīng)加大。厚的玻璃，特別是厚的有色玻璃吸收熱量更多，溫度變化范圍也就更大。由于厚玻璃切割難度大，更容易出現(xiàn)邊緣瑕疵，熱應(yīng)力破壞的幾率也隨之增加；

6、室內(nèi)遮陽設(shè)備的不合理布置導(dǎo)致玻璃熱應(yīng)力破壞。室內(nèi)深色窗簾或百頁窗對(duì)太陽輻射能的吸收較高，并且具備較高的再輻射率。如果幕墻玻璃與內(nèi)側(cè)遮陽設(shè)備間無合適距離，且空氣流通不暢，幕墻玻璃不僅受室外太陽輻射能直接照射，同時(shí)也受到室內(nèi)遮陽裝置吸熱后的再輻射，導(dǎo)致熱量聚集起來，致使邊緣應(yīng)力增加，也易造成幕墻玻璃熱應(yīng)力破壞；

7、其他的影響玻璃熱應(yīng)力破壞的因素： a、幕墻上的空調(diào)通風(fēng)口也可以導(dǎo)致玻璃面板不同部位明顯的溫度差，加大熱應(yīng)力，使玻璃熱應(yīng)力破裂的機(jī)率增加；

解決熱應(yīng)力破壞的方案：

1、《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ102-20 03）和《建筑幕墻》GB/T 21086-2007 規(guī)定了玻璃邊緣槽口的尺寸，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。

2、使用熱加固玻璃能極大降低玻璃熱應(yīng)力破壞的風(fēng)險(xiǎn)；

3、寒冷地區(qū)使用中空玻璃和斷熱型材來消除室內(nèi)外溫度對(duì)溫度的影響；

4、室內(nèi)必須懸掛窗簾、軟百葉窗或其他室內(nèi)遮陽裝置，可以在頂部和底部或一側(cè)和底部提供空間允許自然的空氣流過玻璃的室內(nèi)面，以避免熱聚集的形成。玻璃和遮陽設(shè)施之間的間隙最少是50mm；

5、空調(diào)熱氣、冷氣出口必須在室內(nèi)遮陽裝置的室內(nèi)側(cè)；

五、結(jié)束語

玻璃幕墻玻璃破裂，因各種玻璃性能不同，地區(qū)不同，安裝方法不同，破裂的原因也很復(fù)雜，因此實(shí)際情況仔細(xì)分析，找出原因，才能避免大面積玻璃的破裂。文中以上是結(jié)合本人十多年設(shè)計(jì)咨詢經(jīng)驗(yàn)，對(duì)幕墻玻璃破裂原因的分析與解決方案，寫出來與大家分享。由于水平有限，請(qǐng)各位專家指正。