玻璃自发断裂

玻璃自发断裂

版权:Amanda Gibney Weko先生

自发断裂

玻璃搬运过程中轻微的边缘损坏,安装过程中的刮擦或划痕,设计缺陷或玻璃的自然缺陷都可能导致自发破裂。

我们都听说过鹅卵石或道路碎片撞击汽车挡风玻璃的刺耳裂纹。 我们可能会立即看到针孔或裂缝,并且知道这不可避免地会在玻璃上形成蜘蛛网状的结构,如果不进行处理,会导致挡风玻璃破裂。

微小的撞击会导致玻璃严重损坏,这不仅限于我们的车辆。 商业玻璃也发生类似的问题。

玻璃搬运过程中的细微边缘损坏,安装过程中的刮擦或划痕,设计缺陷或玻璃的自然缺陷都可能导致玻璃自发破裂,这似乎是无意的玻璃破碎。

对于设计和施工专业人士而言,了解如何以及为什么玻璃破碎可能是预防的关键。

安全玻璃

通常,玻璃是通过在高温下将二氧化硅(沙的一种成分),碳酸钠(或苏打粉,可降低二氧化硅的熔点)和氧化钙(或石灰,可增加化学稳定性)融合在一起制成的。

然后将玻璃冷却,定型并进一步冷却(称为退火的过程)以稳定和强化玻璃。

标准的退火玻璃可用于低交通区域的窗户,但大多数法规要求使用安全玻璃。 如果破裂,退火的玻璃将破碎成尖锐的碎片。

左:标准退火玻璃破碎成锋利的碎片; 右:钢化或钢化玻璃破碎成卵石大小的小块
左:标准退火玻璃破碎成锋利的碎片; 右:钢化或钢化玻璃破碎成卵石大小的小块

安全玻璃减少了断裂造成的潜在伤害。 对玻璃进行处理以增强和改变其断裂特性。 安全玻璃的主要类型有两种:钢化玻璃和夹层玻璃。

热强化玻璃比退火玻璃具有更高的稳定性,但不能被认为是安全玻璃,因为它可能会在破裂时形成大碎片。

钢化玻璃和热强化玻璃均经过热处理至1200华氏度(650摄氏度),并强制冷却以产生表面或边缘压缩。

钢化玻璃 被迅速冷却,从而产生更高的表面和边缘压缩率。

与钢化玻璃相比,热强化玻璃的表面和边缘压缩更低,冷却速度较慢,但​​与退火玻璃相比仍更高。

该图显示了热强化玻璃
该图显示 热强化玻璃

钢化玻璃也被称为钢化玻璃,已经过热处理,最小表面压缩为10,000 PSI,抗冲击性是退火玻璃的四倍。

快速冷却(或淬火)过程使玻璃的表面和边缘处于压缩状态,而中心仍处于拉伸状态。

该过程改变了玻璃的断裂特性,因此,当破碎时,它会破碎成卵石大小的碎片,并减少锋利碎片的潜在伤害。

不能切割钢化玻璃。 对热强化玻璃进行了3,500-7,500的表面压缩处理。

在退火玻璃的表面压缩两倍的情况下,在需要附加的隔热和防风功能的情况下,可使用热强化玻璃代替普通玻璃。

另一种安全玻璃选择,夹层玻璃结合了热量和压力,将一层或多层聚乙烯醇缩丁醛(PVB)夹在两层或多层玻璃之间。

夹层玻璃层可在破裂的情况下将面板固定在一起,同时提高强度和边缘稳定性。

夹层玻璃插图由JE Berkowitz提供
夹层玻璃插图由JE Berkowitz提供

破损原因

玻璃本身就是一种易碎的建筑材料,总是有破裂的可能性。

制造商生产安全玻璃和自愈涂层,并开发出使玻璃更坚固,更安全的新方法时,设计和建筑专业人士必须注意破裂的常见原因和预防措施。

处理损坏

玻璃破裂的最常见原因来自搬运过程中的边缘或表面损坏。

在包装,运输或安装过程中,即使是玻璃中最细微的缺口或碎片也会随着时间的推移以及温度变化和细微的建筑物运动而自然膨胀和收缩,从而在缺陷的周围形成应力集中,这可能导致将来的破裂。

尽管看似自然发生,但这些类型的中断是自然原因。 由训练有素的专业玻璃工进行正确的处理是避免发生此类断裂的主要手段。

框架相关的损坏

如果金属窗或窗帘框架中的垫片,调节块或边缘块丢失,损坏或不足以缓冲玻璃以防止温度变化和建筑物移动引起的玻璃与金属的接触,则应力会累积,最终导致破损。

由于风或环境条件而导致的建筑物或框架系统移动也可能导致玻璃与金属的接触。

工程设计不当的玻璃窗格太大或太薄,可能会因风或天气而损坏。

仔细的设计审查,适当的工程设计以及专业的安装,可以防止与框架相关的自然损坏。

热应力断裂

随着对自然采光和被动式太阳能设计的日益重视,与热应力相关的玻璃破裂应成为一个问题。

当玻璃窗格的中心变得比边缘的温度高时,加热的玻璃中心的膨胀会在边缘周围产生拉应力。

如果热应力超过边缘强度,玻璃可能会破裂。

大型中空玻璃(IGU),尤其是与日光控制涂层结合使用的玻璃,需要进行热分析,以避免与应力相关的破裂。

可以在设计阶段进行热建模和设计调整,以减少与热应力有关的自发破裂。

包容破坏

这种情况相对较少,但是在回火过程中,浮法玻璃中的镍污染物会导致形成硫化镍结石。

随着时间的流逝,当安装的钢化玻璃暴露于自然温度变化时,微小的石头可能会膨胀,从而导致玻璃破碎。

硫化镍宝石可存在于经过退火和热强化的玻璃中,但不会自发破裂,因为较慢的冷却周期会阻止宝石的相变或在其体积膨胀之前将其捕获。

目前尚无消除硫化镍结石的技术,而且它们是如此之小(直径为0.003至0.015英寸),因此也没有办法目视检查其在浮法玻璃中的存在。

微观硫化镍夹杂物
微观硫化镍夹杂物

ASTM指南允许瑕疵,包括硫化镍结石,介于0.020到0.1英寸之间,但这比典型的结石尺寸大得多。 有关完整的详细信息,请参阅ASTM C1036平板玻璃标准规范。

一些制造商对硫化镍石材的存在采取了预防措施。

PPG和其他北美玻璃制造商在任何初级批次配方中均不使用镍,禁止运营含镍金属,并使用磁选机。

PPG还建议在需要热处理玻璃的情况下使用热强化玻璃,除非法规要求使用安全玻璃。

行业顾问Bill Coddington在2008年Glass.com的一篇文章中引用:“美国的主要玻璃工厂在选择所使用的原材料和生产设备方面做得很出色,以最大程度地减少将镍引入浮法的可能性。玻璃批次。”

自发断裂

自发断裂

从上到下:玻璃边缘损坏的两个例子(上图由Bruening Glass Works提供); 钢化玻璃破裂–注意玻璃留在框架内; 通过中心的“蝴蝶翼”断裂方式确定可能的夹杂物断裂

自发断裂

自发断裂

热浸

均热通常用于点支撑墙等高要求的应用中,或者优先考虑降低自发破裂的可能性时使用。

示例包括栏杆,门,重型钢化玻璃和中空玻璃组件。

在热浸过程中,将一批或整批钢化玻璃面板暴露在288至316摄氏度(550至660华氏度)的温度下最多四个小时,以测试和减轻夹杂物。

该过程会提示任何夹杂物改变相态并在玻璃出厂前将其弄碎。

业界不同意热浸的“现在就破口”的方法。 这个过程降低了与夹杂物有关的破裂的可能性,但是不能防止或保证其他夹杂物将来不会改变并刺激破裂。

实际上,该过程会导致小的,稳定的夹杂物在热浸过程中开始发生相变,并有可能在安装玻璃后完成转变。

均热还会对表面压缩和固有强度特性产生负面影响,并且增加的过程及其相关的处理方式可能会增加边缘损坏,划痕或表面涂层性能变化的机会。

制造后的热浸可能会破坏一些有缺陷的玻璃面板,但是这是一个昂贵且耗时的过程,无法消除所有硫化镍夹杂物。

JE Berkowitz遵循国际标准EN 14179-1:2005,提供均热功能,以减少由于硫化镍夹杂物引起的自发破裂和对钢化玻璃制造造成的损害。

正式使用的建筑玻璃标准-热浸热增韧的苏打石灰硅酸盐安全玻璃,定义了热浸工艺系统以及整块扁平热浸热增韧的苏打石灰硅酸盐安全性的平面度,边缘加工,碎裂以及物理和机械特性的公差用于建筑物的玻璃。

在JE Berkowitz均热过程中,将全钢化玻璃堆叠在经过特殊构造和认证的烤箱中,加热到550华氏度,然后逐渐冷却。

整个过程大约需要XNUMX个小时:提高温度需要XNUMX个小时,约XNUMX到XNUMX个小时的停留时间,以及降低温度需要XNUMX个小时。

隔热杯放置在玻璃上以监控温度。 但是,该过程仅将断裂的可能性从标准的1,000颗1,000颗降低到XNUMX颗XNUMX颗。

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