鋼化玻璃 (Tempered glass/Reinforced glass) 屬於安全玻璃。鋼化玻璃是一種預應力(lì)玻璃,為提高玻璃的(de)強度,通常(cháng)使用化學或(huò)物理的方法,在玻璃表麵形成壓應(yīng)力,玻璃承受外力時首(shǒu)先抵消表層(céng)應力,從而提高(gāo)了承載能力,增(zēng)強玻璃(lí)自身抗風壓性、寒暑性(xìng)、衝擊性(xìng)等。
鋼化玻璃強度、抗彎和耐(nài)衝擊性能較(jiào)之普通玻璃提高數倍。鋼化玻璃破壞呈(chéng)無銳角(鈍角)的小碎片,對人體的傷害極低。鋼化玻璃的耐冷熱衝擊性質較之普通玻璃有3~5倍的提高,一般(bān)可承受250℃以上的溫差變化(huà),對防止熱炸裂有明顯的效果(guǒ)。鋼化玻璃強度雖(suī)然比普通玻璃強,但是鋼化玻璃有自爆(自己破裂)的(de)可能性,而普通玻璃不存在自爆的可能性。單片鋼(gāng)化玻璃構築的門玻璃、窗玻璃(lí)並不安全。尖銳的硬質金屬,可(kě)輕易將其破壞。應用中還不如傳統的木(mù)門安(ān)全。鋼化玻璃預應力(lì)過(guò)程,表麵(miàn)會出現明暗交替(tì)的應力斑紋(wén)(風斑),這是淬火中表麵收縮不均勻,厚薄發生(shēng)變化,出現輕微凹凸不平的現象。導致物理(lǐ)鋼化玻璃鏡麵成像差,鏡玻璃仍使用(yòng)退火玻璃製作。玻璃物(wù)理鋼化,一般都出現整體變形,如弓(gōng)形、鍋形和馬鞍形等,變形程度與設備結構(gòu)、工藝參數設置有密切關係。在一定程度上,影響了裝飾外(wài)觀效果。雜亂扭曲成像是鋼化玻(bō)璃通病。
玻璃的安全性,通常按破壞後碎片大小區別。談到(dào)鋼化(huà)玻璃或安全玻璃,自然聯想到碎片大小。許多文(wén)章(zhāng)普遍將鋼化玻璃和夾層鋼化玻璃破裂歸納為以下兩種原因:
一是外力破壞,比如搬運時候的磕碰,或者人為的敲擊、試樣單點撞擊、落球衝擊、霰彈(dàn)袋衝擊(jī)性能等。
二是未受外力破壞,自然破裂。也稱鋼化玻璃(lí)自爆。這裏不去(qù)贅述原因。人們(men)觀察到鋼(gāng)化玻璃自爆,有發生在幕牆上的,也有堆垛在工廠架子上的。滿足(zú)應力(lì)要(yào)求的鋼化玻(bō)璃,受上述外(wài)力破壞(huài),碎片(piàn)為常見的小顆粒狀。引起(qǐ)各方的關(guān)注和重視的是,玻璃幕牆大量應用而產生的“玻璃(lí)雨”事故。很少展(zhǎn)現同一玻璃,受多點外力作(zuò)用破壞的形式。也忽略玻璃內部應力釋放後,整片(piàn)玻璃脫落的危害性。
當玻璃被加熱到650℃,經淬冷過程,內外冷卻速率不等,玻璃表麵收縮形成壓應力,內部的拉應力與外部壓應力保持平(píng)衡。猶(yóu)如無數相互獨立(lì)的小顆粒受外力作用,擠壓約束在一起,約束力由表及裏逐漸(jiàn)減弱(ruò)。如果其中一個(某點(diǎn))被抽去(qù)(破壞),平衡力不再保持,旋即發生位移破壞。玻璃增強是預應力過程。事先(xiān)施加一個力,抵抗消弭應用中的載荷。猶如彈簧壓縮蓄能等。假定多應力同時作用在(zài)不同區域,表麵預壓應力被分散,應力值向半鋼化(huà)玻璃趨近,破裂玻璃不再全是小顆粒,靠(kào)近破壞點區域的玻璃碎片,有時呈刀狀分布。
存在(zài)問題和解決方案
目(mù)前,建築行業對於建築玻璃的安全應用認識(shí)不足。製定標準沒有充足的應用(yòng)理論(lùn)基礎支撐,套用的做法占據思路(lù)主(zhǔ)導地位。僅看到鋼(gāng)化玻璃破損小顆(kē)粒,忽略破碎後飛(fēi)散墜落或鋼化夾層玻璃(lí)整體墜落的危害性。也沒有意識到出現(xiàn)暴力事件、爆炸等突發災難(nán)性事件時,玻璃的破壞形(xíng)式。幕牆門(mén)窗玻璃設計中受造價左右,單片鋼化玻璃的造價比夾層玻璃低,鋼化玻璃(lí)屬安全玻璃,造成鋼化玻璃應用更為(wéi)普遍。盡管JGJ102-2003《玻璃幕牆工程技術規範》標準第4.0.4條中規定:人員(yuán)流動密(mì)度大、青少年或幼兒活動的公(gōng)共場所(suǒ)以及使用中容易受到撞(zhuàng)擊的部位,其玻璃幕牆應采用安全玻璃。但對於人(rén)流密集、建築密集區域的高層建築使用玻璃(lí)幕牆時,夾層玻璃是最佳的技術選擇方案,認(rèn)識不足。關於鋼化玻璃平整度差、易自爆,一旦破壞即(jí)整體粉碎等現象,行業逐步有了共識,但還停留在補救措施上,使得玻璃造價、製造(zào)能耗不斷(duàn)攀升。
鋼化玻璃生產,特別是高層建築夾層鋼化玻璃生產,為(wéi)了防止自爆,必須經熱浸處理。玻璃經過三(sān)次加熱,浪費大量電能。經曆(lì)多道工序,質量(liàng)成本也無形上升。使用中(zhōng)有時並沒有起到應有的安全作用。造成目前尷尬局麵(miàn),不能歸罪於2003年出台的《建築安全玻璃管理規定》。因為鋼化玻璃的安全(quán)性被誇大了。采用鋼化玻璃的建築能順利通(tōng)過安全驗收。日後使(shǐ)用如(rú)何,沒有(yǒu)標準製(zhì)約。半鋼(gāng)化玻璃破壞時,沿裂紋源呈放射狀徑向開裂(liè),一(yī)般無切向裂紋擴展,所以破壞後一般情況下仍能保持整體不(bú)塌落。半鋼(gāng)化玻璃的表麵壓應力在24MPa到52MPa之間,是退火(huǒ)玻璃強度的兩倍(bèi),由半鋼化玻(bō)璃構建的夾層或夾層中(zhōng)空安全玻(bō)璃,光畸變小,在建築中更適用(yòng)於幕(mù)牆和外窗(chuāng)。幕牆玻璃(lí)抗颶風能力,與自身強度、厚度有關。根據力(lì)學公式得(dé)知,實心矩(jǔ)形的(de)慣性矩(jǔ)及抗彎截麵係數,與高度(厚度)3次方成正比。JGJ 102-2013玻璃幕牆(qiáng)工程技術規範,玻璃剛度D與玻璃厚度3次(cì)方成正比(bǐ)。增加(jiā)玻璃的(de)厚度,顯(xiǎn)著提高玻璃板麵強度,減少表麵撓(náo)度。增加玻璃厚度,可明顯提升玻璃降噪性能。
結語
鋼化玻璃在幕牆、窗應用(yòng)中(zhōng)維護成本很高,不論是何種結構,一旦破壞,徹底(dǐ)報廢。而其它形式的玻(bō)璃,耐用性、對缺陷的(de)接受能力明顯強於鋼(gāng)化玻璃。人們不可能為裝飾石材、裝飾板表(biǎo)麵上的一點損傷,更換它。但鋼化玻璃就不同(tóng),一旦破壞,功能(néng)特性顯示殆盡(jìn)。有些專家認為:鋼化玻璃高空墜(zhuì)落會造(zào)成“玻璃雨”,浮法玻璃或者半鋼化玻璃高空墜落會造成“玻璃刀”。其實,受多點(diǎn)同時撞擊(jī)的鋼化玻(bō)璃、鋼化夾(jiá)層玻璃,破裂也呈“玻璃刀”。在10餘米超長玻璃,或(huò)3米以上(shàng)的超寬幕牆(qiáng)玻璃中,強度高(gāo),抗彎能力優良的鋼化(huà)玻璃,應用前景仍然十分(fèn)廣闊,相對其他玻璃,安(ān)全性更佳可靠(kào)。十多年前的認識規定,已經不再適合中國國情。技術進(jìn)步,推(tuī)動標準修訂,重新評估安全玻璃應用結構(gòu),細化標準內容,合理使用鋼化玻璃,有助降低玻(bō)璃破損墜落(luò)率下降,提高幕牆玻璃安全性。減(jiǎn)少鋼(gāng)化玻璃使用,相應減少了工廠電力裝機負荷,同時緩解地區用電緊張,對綠色環保,降低產品單位能耗,十分必要。采用高強度夾(jiá)層膜,目視區非鋼化玻璃使用,同(tóng)時提升玻璃建築外(wài)觀成像質量,增加建築美感,未必(bì)不可取,而且安全防盜。隨著我(wǒ)國國際地位的提升,人(rén)身安全(quán),合理利用能(néng)源(yuán),逐步向歐美發達國家先進理念靠近。采用合理、安全(quán)、節能、經濟的建築圍護材料,提升建築的舒適性,安全(quán)性。從戰略眼光看,合理利用現有資源,也是節能降耗的最佳途(tú)徑。