建筑玻璃現(xiàn)階段的發(fā)展趨勢以及應(yīng)用

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隨著建筑多元化的發(fā)展，建筑玻璃的已經(jīng)成為建筑多樣化和建筑功能化的關(guān)鍵組成部分，尤其是最近幾年,建筑用深加工玻璃的品種、數(shù)量也得到了很大的發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量有了很大的提高。但是一些建筑使用的深加工玻璃出現(xiàn)了如鋼化玻璃自爆、中空玻璃漏氣等多種問題，造成很大的損失。本文重點(diǎn)針對(duì)一些建筑使用玻璃出現(xiàn)的問題進(jìn)行探討分析，以期為玻璃深加工行業(yè)和建筑部門提供一些借鑒。

　　一、世界建筑的發(fā)展對(duì)玻璃的要求變化

　　從20世紀(jì)60年代，隨著第一個(gè)玻璃幕墻出現(xiàn)開始，建筑幕墻一直占據(jù)著建筑市場的主導(dǎo)位置并引領(lǐng)著建筑行業(yè)技術(shù)的發(fā)展。

　　到目前，建筑對(duì)玻璃的要求經(jīng)過了從白玻、本體著色玻璃、熱反射鍍膜到低輻射鍍膜玻璃的變化。玻璃的顏色也由無色、茶色、金黃色到蘭色、綠色并最后向通透方向的發(fā)展變化。隨著現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)理念向人性化、親近自然以及世界各國對(duì)能源危機(jī)的憂患意識(shí)提高，對(duì)建筑節(jié)能的重視程度也越來越高，對(duì)玻璃的要求也逐步向功能性、通透性進(jìn)行轉(zhuǎn)變。全世界建筑行業(yè)對(duì)玻璃的要求有向高通透、低反射或者減反射的方向轉(zhuǎn)變的趨勢。

　　二、建筑玻璃的主要應(yīng)用品種及特點(diǎn)

　　1、鋼化玻璃

　　它是利用加熱到一定溫度后迅速冷卻的方法，或是化學(xué)方法進(jìn)行特殊處理的玻璃。一般是在原來普通的浮法玻璃基礎(chǔ)上，經(jīng)過將玻璃加熱到軟化點(diǎn)溫度再經(jīng)過淬火處理，使玻璃內(nèi)部中心部位具有張應(yīng)力而玻璃表面部位具有壓應(yīng)力并達(dá)到均勻應(yīng)力平衡的玻璃產(chǎn)品。鋼化玻璃的品種包括化學(xué)鋼化也稱離子鋼化和物理鋼化兩種；

　　化學(xué)鋼化玻璃的特點(diǎn)是由于采用顆粒較大的離子如鉀離子置換玻璃表面的鈉離子，在約400度的溫度下經(jīng)過一定的工藝制作完成；化學(xué)鋼化玻璃可以切割、熱彎等，但經(jīng)過高溫加工后的玻璃強(qiáng)度會(huì)受影響；化學(xué)鋼化玻璃的初始強(qiáng)度可以達(dá)到原片的6-7倍，但是隨著使用時(shí)間加長，性能會(huì)衰減；由于離子置換的特殊性，多數(shù)使用在超薄的玻璃上。

　　物理鋼化玻璃的特點(diǎn)是強(qiáng)度高，一般強(qiáng)度可以達(dá)到普通平板玻璃的4倍左右；安全—鋼化玻璃破碎后立即分裂成沒有尖角產(chǎn)生的小顆粒；缺點(diǎn)是存在自暴的可能；

　　物理鋼化玻璃也同樣存在著兩個(gè)品種即全鋼化玻璃及熱增強(qiáng)玻璃之分，熱增強(qiáng)玻璃不存在自暴現(xiàn)象，但是強(qiáng)度僅僅是普通玻璃的兩倍左右，多數(shù)應(yīng)用在高層建筑，提高抗風(fēng)壓性能；熱增強(qiáng)玻璃不屬于安全玻璃。

　　2、夾層玻璃

　　夾層玻璃是由一層玻璃與一層或多層玻璃、塑料材料夾中間層而成的玻璃制品，中間層是介于玻璃之間或玻璃與塑料材料之間起粘結(jié)和隔離作用的材料，使夾層玻璃具有抗沖擊、陽光控制、隔音等性能；

　　夾層玻璃的特點(diǎn)是安全—即使破碎，也不會(huì)對(duì)人造成傷害，如汽車風(fēng)擋玻璃；阻擋紫外線，減少物體退色。

　　PVB膠片可以減少達(dá)到99%以上的紫外線；缺點(diǎn)是降低采光性能、玻璃自重增加。

　　3、鍍膜玻璃

　　鍍膜玻璃俗稱熱反射玻璃，包括陽光控制鍍膜玻璃和低輻射鍍膜玻璃（Low-E）玻璃兩個(gè)品種。鍍膜形成的原理是在原片玻璃表面鍍上金屬或者金屬氧化物/氮化物膜，使玻璃的遮蔽系數(shù)降低。又稱低輻射玻璃、“Low-E”玻璃（lowemissivitycoatedglass），是一種對(duì)波長范圍4.5μm-25μm的遠(yuǎn)紅外線有較高反射比的鍍膜玻璃。低輻射鍍膜玻璃還可以復(fù)合陽光控制功能，稱為陽光控制低輻射玻璃。

　　鍍膜玻璃主要有兩個(gè)系列的品種，一種是在線鍍膜玻璃，也稱氣相蒸發(fā)鍍膜玻璃；一種是離線鍍膜玻璃，也稱磁控濺射鍍膜玻璃。在線汽相蒸發(fā)鍍膜玻璃的特點(diǎn)是持久的/損傷阻抗，無制作程序限制；可以鋼化、切割、熱彎處理及其他二次加工；沒有去邊和密封相容性的問題；

　　磁控濺射鍍膜玻璃的特點(diǎn)是產(chǎn)品性能及使用范圍廣泛；濺射程序要求員工具有好的操作習(xí)慣；二次加工過程中需要?jiǎng)h除邊部；合成中空玻璃時(shí)采用的密封劑必須與膜層相容；可以采用已經(jīng)鋼化的玻璃加工制成鋼化鍍膜玻璃，多數(shù)不能直接用于鋼化；多數(shù)不能異地加工，而必須在鍍膜玻璃生產(chǎn)完成后盡快加工合成中空玻璃使用。

　　4、中空玻璃

　　中空玻璃是由兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開并周邊粘結(jié)密封，使玻璃層間形成有干燥氣體空間的制品。目前市場上大部分的中空玻璃全部為膠封中空玻璃，而膠封中空玻璃又分為傳統(tǒng)鋁條及暖邊密封方式。Swiggle暖邊中空玻璃在世界上第一個(gè)提出暖邊概念并一直引領(lǐng)著世界暖邊中空玻璃的發(fā)展方向。

　　要滿足不同的建筑性能需求，必須采用多品種組合的復(fù)合玻璃產(chǎn)品，如著色中空玻璃、著色夾層玻璃、鍍膜中空玻璃、彩釉中空玻璃、彩釉夾層玻璃、鍍膜夾層中空玻璃等等。由于中國地域遼闊，南北氣候特征差異懸殊，因此對(duì)建筑玻璃性能指標(biāo)的要求不盡相同；此外不同功能用途的建筑物對(duì)玻璃的節(jié)能性、隔聲性及采光的要求也有所差異。因此，設(shè)計(jì)師或使用者在選擇玻璃時(shí)必然面臨這樣的問題：什么樣的玻璃、怎樣的復(fù)合玻璃結(jié)構(gòu)能滿足建筑物的性能要求？不同地區(qū)甚至建筑物的不同部位是否應(yīng)選擇同樣的玻璃？而對(duì)于玻璃深加工企業(yè)來說，設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)配置是否合理？要求企業(yè)制作的產(chǎn)品是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求？如何避免產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題？將是十分關(guān)鍵的問題。

　　本文擬就一些建筑應(yīng)用玻璃出現(xiàn)的問題做一些技術(shù)剖析，希望能夠從另外的角度給設(shè)計(jì)師、使用者和加工企業(yè)提供一些基礎(chǔ)素材。

　　三、建筑用玻璃容易出現(xiàn)的問題及解決辦法>

　　1、NiS導(dǎo)致鋼化玻璃的自爆問題

　　硫化鎳引起熱增強(qiáng)以及鋼化安全玻璃自爆的問題，在最近的幾年在我國許多幕墻工程上十分普遍，也給很多企業(yè)造成極大的損失，雖然業(yè)內(nèi)人士嘗試使用多種測量方法解決這個(gè)問題，但是由于一直沒有完全成功，仍然在建筑幕墻以及許多現(xiàn)代建筑上遺留了非常實(shí)際的問題。本文重點(diǎn)探討NiS引起鋼化玻璃自爆的機(jī)理。

　　概述：

　　由于浮法玻璃制作工藝的原因，玻璃內(nèi)部可能包含硫化鎳雜質(zhì)，這些雜質(zhì)以小水晶狀態(tài)存在，在一般情況下，不會(huì)造成玻璃破損，但是在玻璃熔化以及鋼化處理過程中，經(jīng)過穩(wěn)態(tài)390℃的溫度條件，改變了α態(tài)-硫化鎳NiS的組成。在這個(gè)過程中，由于玻璃冷卻速度快，導(dǎo)致NiS沒有轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，因而被冰凍在玻璃成分內(nèi)，硫化鎳NiS沒有轉(zhuǎn)換本身的相態(tài)。β態(tài)-硫化鎳NiS的體積較α態(tài)-硫化鎳NiS的體積高2.2%到4%，從α態(tài)-硫化鎳NiS到β態(tài)-硫化鎳NiS轉(zhuǎn)換可以導(dǎo)致玻璃內(nèi)部產(chǎn)生誘導(dǎo)應(yīng)力、壓力導(dǎo)致在包含物周圍產(chǎn)生半圓的裂紋，這些變化在尺寸達(dá)到臨界之前一直是穩(wěn)定的，最終取決于玻璃內(nèi)部包含物周圍環(huán)境壓力狀況。

　　在室溫條件下，α態(tài)-硫化鎳NiS到β態(tài)-硫化鎳NiS轉(zhuǎn)換是緩慢的，需要很長時(shí)間。當(dāng)Nis的體積增長超過鋼化玻璃可以接受的臨界狀態(tài)時(shí)，自爆就會(huì)發(fā)生。NiS具有典型的熟化周期，最長的可以達(dá)到4-5年的時(shí)間，主要引起的原因是玻璃與硫化鎳NiS的熱膨脹系數(shù)不同造成的。

　　歐洲標(biāo)準(zhǔn)(prEN14179-1)已經(jīng)提議采用熱浸程序克服鋼化玻璃自爆的問題，這是破壞性實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過2個(gè)小時(shí)在290±10℃的溫度下，消除硫化鎳包含物對(duì)玻璃的擠壓。

　　自爆起始點(diǎn)：

　　硫化鎳導(dǎo)致鋼化玻璃自爆引發(fā)點(diǎn)典型的是出現(xiàn)在玻璃中心部位，形狀類似“蝶形”，兩個(gè)翅膀組成的形狀類似五邊形或者六邊形，見圖1。對(duì)玻璃石頭做微量分析顯示，在玻璃斷面中心位置經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鎳和硫磺附加在非常小的金屬如鐵以及銅上，顯微鏡顯示，硫鎳礦NiS是主要成分。從另一方面看，“蝶形”的出現(xiàn)并不一定能夠證明是硫化鎳NiS出現(xiàn)造成，也有其他材料能夠?qū)е落摶ＡС霈F(xiàn)相同的現(xiàn)象，因?yàn)椴Ａ?nèi)部儲(chǔ)存了太高的能量。

　　硫化鎳石頭大多數(shù)具有球形組成，有時(shí)，他們也有一些橢圓形狀，這就顯示，在玻璃熔化過程中，他們一定被熔化而且沒有與玻璃融合。因此，象油在水中一樣，他們形成小滴游離在玻璃溶液中。另一方面，石頭表面是粗糙的，顯示在玻璃冷卻過程中發(fā)生了結(jié)晶化：從高溫到低溫過程中出現(xiàn)同素相態(tài)轉(zhuǎn)換。

　　同素相態(tài)轉(zhuǎn)換、熱膨脹、化學(xué)合成等，這個(gè)同素相態(tài)轉(zhuǎn)換是導(dǎo)致鋼化玻璃自爆的真正原因，NiS包含物遭受相態(tài)轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致結(jié)晶體膨脹。雖然也存在其他相態(tài)的硫化鎳（如Ni7S6、Ni3S4或者Ni3S2），但是他們與鋼化玻璃自爆沒有關(guān)系，真正導(dǎo)致鋼化玻璃自爆的僅僅是NiS。

　　NiS硫化鎳化合物的熱膨脹系數(shù)大約為14×10-6（平均在20-300℃）和16×10-6（大約在350-500℃高溫），這些數(shù)值較玻璃的熱膨脹系數(shù)（在相同溫度范圍內(nèi)為9×10-6）高。另外，α態(tài)-硫化鎳NiS理論上可以包括更多的硫（NiSx1≤x<1.08），實(shí)際上，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在α態(tài)-NiS中有鐵的痕跡。這些Ni(Fez)Sx是具有與他們本身特性不同的地方（如同素相態(tài)轉(zhuǎn)換以及從α態(tài)-硫化鎳NiS到β態(tài)-硫化鎳NiS轉(zhuǎn)換的速度）。

　　NiS包含物的粒子尺寸變化大約在0.05mm到0.6mm之間，平均在0.2mm，所有的能夠?qū)е伦员腘iS包含物都在鋼化玻璃的內(nèi)部，在玻璃厚度方向25%-75%的范圍之間（即玻璃的張力區(qū)）。