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玻璃幕墙为何会“自爆”?

文章出处:人气:-发表时间:2014-11-27 08:24【

上周末,太古汇又下了一次“玻璃雨”,玻璃幕墙的安全问题再次引起关注。在全国各地发生的玻璃幕墙碎落报道中,钢化玻璃3‰左右的“自爆率”常被提及,玻璃究竟为什么会“自爆”?玻璃幕墙的自爆为什么频频发生?它是无法避免的吗?

“自爆”的都是钢化玻璃

华南理工大学材料科学与工程学院教授、中国硅酸盐学会特种玻璃分会理事彭明营介绍,玻璃幕墙用的一般是经过钢化处理过的浮法玻璃,是一种硅酸盐玻璃。之所以称为浮法玻璃,是因为在生产过程中玻璃熔体浮于锡槽上部冷却成型的缘故。所谓钢化处理,就是将玻璃在600℃左右高温处理,然后急冷获得。

玻璃经过钢化处理以后,玻璃表面形成压应力,内部形成张应力,两者在一般条件下达到平衡,所以玻璃不会破碎。万一破碎后,玻璃会碎成钝角而不是尖锐的碎片,所以可以在很大程度上减少对人身的伤害,故而被人们称之为安全玻璃,受到用户的青睐。

然而这种玻璃也有不安全的地方,那就是会有自爆现象。一般钢化玻璃的结构失效,既有外在原因,也有内在原因。

硫化镍是玻璃自爆的元凶

外在原因有多种,玻璃加工、储存、运输、安装等过程中都会无意地引入,譬如缺口、划痕、微裂纹等。这些缺陷可以成为玻璃结构失效的起点,一定条件下长成致命材料的致命伤。这些外在原因仔细检查,可以很容易发现。

有一些难以发现的内在原因,使得安全玻璃不安全,结构失效无先兆,也是玻璃工业一直无法解决的问题,那就是玻璃中的包容物。包容物中最为严重的就是一些硫化镍微晶相,它被认为是玻璃自爆的元凶。它主要是在浮法玻璃生产过程中引入的,部分来自于原料如石英砂等,部分来源于燃料如重油,部分来源于生产设备上使用的含镍合金等。

在高温下,硫化镍均匀分布在熔融玻璃液中,当温度逐渐降低形成玻璃的过程中,硫化镍逐渐结晶,由高温A lpha相六方晶系,逐渐转变为低温B eta相三方晶系,相转变温度为379℃,当高温相完全转变为低温相时,浮法玻璃不会自爆。(这两种晶相的晶体结构如图1与图2所示。)

但当浮法玻璃加工成钢化玻璃时,问题就出现了。钢化需要将玻璃在600℃左右热处理,这刚好在相转变温度以上,所有低温相三方晶系硫化镍(N iS)转变为高温六方晶系。热处理后的急冷这一降温过程,使得玻璃中高温相硫化镍无法完全转变为低温相,部分高温相被冷冻在玻璃中。

被冷冻的高温相,即使在室温下也在非常缓慢地向低温相转变。这种转变的过程,是一个体积膨胀的过程,大约膨胀2%-4%。当温度升高时,这种转变加剧,在玻璃内部产生体积膨胀,进而产生额外的张应力。当张应力增加到大于钢化玻璃表层的压应力时,玻璃结构破裂,形成自爆。

自爆的玻璃碎片如果从高空坠落,即便很小,但速度很大,所以还是会造成人身伤害。鉴于此,彭明营建议,在使用钢化玻璃的地方,最好增设防玻璃散落的设施,也可以在玻璃表面贴上防散落膜,减少人身、财产损失。

追问

玻璃安全性能检测出来吗?

“二次引爆”无法杜绝问题玻璃出厂

广东省建筑科技研究院的工程师邢先生从事玻璃幕墙物理性能检测,他说,玻璃“自爆”一般涉及玻璃产品质量本身,还有幕墙体系本身的耐久性,即框架结构设计、施工好不好。

玻璃产品本身的自爆隐患,一般靠厂家自己把关,比如用抽样办法,拿一块玻璃切成小块,用显微镜来看,若玻璃杂质分布均匀,抽检结果就有代表性,若正好杂质分布不均匀,抽检也不一定准确。

实际上,玻璃的自爆风险在安装之前是可以减小的。他介绍,玻璃制成成品后,有一种“二次引爆”技术,就是创造条件,让有隐患的玻璃“会爆的在厂里就爆了,破的作废,好的出厂使用”。

不过,彭明营提醒,这种检测一般只能检出划痕、微裂纹等有外部缺陷的玻璃,内部包容物形成的硫化镍微晶相膨胀问题还是无法解决。

另一方面,玻璃幕墙框架设计、施工是否合格,比如框架是否会对玻璃产生压、拉扯的力,一般在整个工程竣工验收时会纳入到验收体系中,但实际操作中不排除漏掉相关隐患的可能性。

建筑交付使用后,按照《广州市建筑玻璃幕墙使用维护管理办法》等规定,业主一年后要全面检查一次,此后每五年要“体检”,邢先生说,这种规定的执行全靠自觉,没有什么实质上的监管体系,他遇到过的业主许多没有这个意识,况且检测还要花钱。

疑问

玻璃3‰“自爆率”从何来?

可能只是行业“毛估估”

广州市现有玻璃幕墙550万平方米,如果按照钢化玻璃3‰的“自爆率”,至少1万多平方米的玻璃如利剑悬在市民头顶,真有这么可怕吗?广东省建筑科技研究院工程师邢先生说,一般所说的钢化玻璃3‰左右的“自爆率”,只是生产行业普遍认可的一个正常水平,他觉得,这可能是从实践中得出的。但实际上,相关的产品技术标准中没有这个“自爆率”的评估标准。

在现实中,玻璃自爆没什么规律可言,“有的地方上万平方米玻璃只破一块,有的破两三百块”,而他们所做的事后分析检测,也只能提供可能性的分析,是一种推断,“有可能某一批玻璃产品杂质多,正好用在同一个地方了,问题会有个集中性爆发”。

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