幕墻玻璃碎裂原因及解決方案探討

【摘 要】近幾年來鐵路站房玻璃幕墻玻璃爆裂的事件頻頻發生，高空玻璃的墜落會對下面經過旅客造成很大傷害，作為鐵路房建設備管理維修單位，為了消除安全隱患，研究怎樣防止幕墻玻璃的碎裂也成為了工作重點。

【關鍵詞】玻璃破裂分析；玻璃自爆

玻璃幕墻在我國已廣泛應用于各類建筑，鐵路上近些年高鐵車站站屋也基本采用玻璃幕墻結構，然而幕墻玻璃破裂時有所聞。有不少學者對幕墻玻璃破裂進行調查、分析，發表了不少調查（研究）報告、文章。這里簡單對玻璃的碎裂原因及解決方案進行探討，有利于進一步認識幕墻玻璃破裂的原因，采取相應措施來消除（減少）幕墻玻璃破裂的發生。

一、鋼化玻璃自爆造成玻璃破裂；

生產玻璃的原料中通常含有微量的鎳和硫，熔化過程中鎳合金碎片也會增加玻璃中的鎳含量。當玻璃被加熱時，這些原子發生反應，形成微小的硫化鎳晶體。熔爐中0.1克鎳可以形成的晶體數量多達5萬個，這些晶體以兩種方法存在：高溫下穩定的密度較大的α相和室溫下穩定的密度小一些的β相。強化過程中的高溫把所有的硫化鎳晶體都轉化成高密度的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間重新轉化成β相。這在玻璃中遺留下不穩定的α相晶體，它就像被壓縮的彈簧一樣隨時準備毫無征兆地重新轉化為β相。硫化鎳晶體由α相轉化成β相時體積膨脹4%，如果α相晶體位于張力最大的玻璃中央，膨脹產生的壓力可以使整塊玻璃破裂。玻璃被日光加熱會加快晶體的轉化速度，破裂時間無法預測，可能是生產出來的幾個月或幾十年后。

玻璃廠家迄今沒有找到從源頭上消除這種雜質的方法，不過他們正努力尋找防止玻璃中硫化鎳晶體產生危害的方法。其中有通過熱浸法給玻璃加熱數小時后使之強化，目的是把大多數硫化鎳晶體轉化成β相，使含有雜質的玻璃在熔爐中破碎，存留下來的玻璃差不多可被當作不含雜質。然而熱浸法迄今為止也沒有成為被廣泛接受的標準，而且熱浸法使玻璃成本提高1～4倍，為了降低成本有的公司熱浸時間短或者溫度低。反過來講，即使完全按標準生產也不能徹底避免玻璃破碎，一些大型建筑物輕易就會用上幾百噸玻璃，這意味著玻璃中硫化鎳存在的幾率很大。

二、玻璃本身質量造成的幕墻玻璃破裂；

1、玻璃本身質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，玻璃內有氣泡夾渣等；在受到太陽照射下，熱效應不均勻，導致玻璃破裂；

2、在裁切玻璃時，玻璃內部產生三條裂痕，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，在豎縫的端部會產生拉應力，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，延玻璃周邊隱藏著許多微小的裂口，這些裂口在各種效應與熱應力影響下，會擴展成裂縫，裂縫進一步發展導致玻璃破裂；

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

解決應玻璃本身質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、幕墻生產廠家要加強玻璃質量的檢查，對存在缺陷和有邊緣問題的玻璃一定不要應用于幕墻；c、在安裝期間不要將玻璃向框的方向擠壓，這樣會導致玻璃邊緣破損；d、幕墻安裝過程中一定要使用玻璃吸盤來移動在框架槽口里的玻璃片，用撬桿提升或移動玻璃會造成邊緣損壞。

三、不合理的幕墻施工原因造成玻璃破裂；

施工質量也是關系到玻璃開裂的重要原因，JGJ102規范規定了玻璃邊緣與槽口的配合尺寸，它的目的就是保證玻璃在溫度變化和其他因素影響下能自由伸縮，一旦出現阻礙玻璃自由伸縮的因素，玻璃就會破裂，如果在玻璃邊緣與鑲嵌槽底板之間存在一粒很微小的固體顆粒（即使該顆粒的直徑<1mm）也會使玻璃擠壓破裂，有時在玻璃邊緣有一顆釘子（即使直徑<1mm）阻礙玻璃伸縮也會使玻璃破裂，玻璃槽口兩側不能用干硬材料填塞，這些材料體積變化對玻璃產生擠壓而使玻璃破裂，玻璃在平面外作用的影響下會產生撓曲，如果嵌縫材料阻礙玻璃變曲變形亦會使玻璃破裂，必須用彈性材料填縫，填縫材料要保持必要的彈性以保證玻璃自由撓曲變形。

四、熱應力造成的幕墻玻璃破裂；

玻璃熱應力破壞產生的原因：

1、玻璃熱膨脹是玻璃熱應力破壞的基本因素。玻璃在溫度變化影響下會熱脹冷縮，如果玻璃的膨脹和收縮收到限制，應力會積累起來，當這種應力大于玻璃的強度標準值時就會使玻璃發生破裂；

2、玻璃受熱不均勻會造成玻璃熱應力破壞。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，就可能引發受熱部分的玻璃會膨脹并推擠未受熱部分的玻璃。這種不平衡膨脹的結果就是產生熱應力。由于玻璃的斷裂韌度較低，邊緣存在瑕疵的玻璃就容易發生熱應力破壞；

3、玻璃的朝向對玻璃熱應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，所受熱應力均有不同。幕墻玻璃朝南時陽光直射照在幕墻玻璃上，太陽的輻射能很大，熱應力也就很大，如遇天氣突變或日落降溫很快，則易引起玻璃的熱應力破裂；

4、寒冷的氣候條件：氣候寒冷時，如果室內溫度較低，同時室外溫度驟降，可造成玻璃破裂。由于室內直接采暖，玻璃窗內側溫度較高，室外冷空氣式窗框和玻璃邊緣冷卻，結果可能造成巨大熱應力，導致玻璃破裂。如果室內熱空氣直吹玻璃窗，結果可能會更加嚴重；

5、玻璃的尺寸和厚度也是直接導致玻璃熱應力破壞的因素。由于受溫度影響時，熱膨脹與物質的長度直接相關，尺寸大的玻璃會經受更大的熱應力。大玻璃表面積大，能吸收更多太陽能，其邊緣熱應力也會相應加大。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，更容易出現邊緣瑕疵，熱應力破壞的幾率也隨之增加；

6、室內遮陽設備的不合理布置導致玻璃熱應力破壞。室內深色窗簾或百頁窗對太陽輻射能的吸收較高，并且具備較高的再輻射率。如果幕墻玻璃與內側遮陽設備間無合適距離，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，同時也受到室內遮陽裝置吸熱后的再輻射，導致熱量聚集起來，致使邊緣應力增加，也易造成幕墻玻璃熱應力破壞；

7、其他的影響玻璃熱應力破壞的因素： a、幕墻上的空調通風口也可以導致玻璃面板不同部位明顯的溫度差，加大熱應力，使玻璃熱應力破裂的機率增加；

解決熱應力破壞的方案：

1、《玻璃幕墻工程技術規范》（JGJ102-20 03）和《建筑幕墻》GB/T 21086-2007 規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力破壞的風險；

3、寒冷地區使用中空玻璃和斷熱型材來消除室內外溫度對溫度的影響；

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

5、空調熱氣、冷氣出口必須在室內遮陽裝置的室內側；

五、結束語

玻璃幕墻玻璃破裂，因各種玻璃性能不同，地區不同，安裝方法不同，破裂的原因也很復雜，因此實際情況仔細分析，找出原因，才能避免大面積玻璃的破裂。文中以上是結合各項研究及專家論著，簡單對幕墻玻璃破裂原因的分析與解決方案，寫出來與大家分享。