玻璃幕墻玻璃破裂原因分析與解決方案

【摘 要】近幾年來玻璃幕墻玻璃爆裂的事件頻頻發生，高空玻璃的墜落對下面經過的行人和車輛造成傷害，引起了社會各界的極大關注。本文對玻璃破裂的各種原因進行剖析論證，提出一些解決方案，與各位專家探討。

【關鍵詞】玻璃破裂分析；玻璃自爆

統計數據顯示，目前中國現有玻璃幕墻達兩億平方米，占全世界的85%，近幾年來玻璃幕墻玻璃爆裂的事件頻頻發生，高空玻璃的墜落對下面經過的行人和車輛造成傷害，引起了社會各界的極大關注。作為一名有社會責任感的幕墻設計師，深感痛心，通過本文對玻璃破裂的各種原因進行剖析論證，結合本人十多年的幕墻設計咨詢經驗，提出一些解決方案，與各位專家探討。

一、鋼化玻璃自爆造成玻璃破裂；

硫化鎳是人造玻璃中偶爾含有的雜志，它存在于玻璃生產過程的熔化環節，金屬鎳元素與硫元素結合生成了一種硫化鎳石。硫化鎳石本身對玻璃并無任何損害，但是在玻璃通過熱處理強化后，它就可能對玻璃產生不良影響。

硫化鎳石以小水晶狀態存在，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。浮法玻璃中硫化鎳晶體基本上以β相存在，用浮法玻璃加工鋼化玻璃的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。

由于硫化鎳石的體積和位置不同，破裂時間無法預測，可能是生產出來的幾個月或幾十年后，才會發生這種劇烈變化。玻璃爆裂后會崩散成無數細小碎塊。

玻璃廠家迄今沒有找到從源頭上消除硫化鎳的方法，在滿足建筑、幕墻規范下，可用其他玻璃替代鋼化玻璃（第一、二條）；對于必須使用鋼化玻璃的幕墻，通過有效措施降低硫化鎳存在的機率（第三、四條）；

1、高層建筑、采光頂等應使用夾層玻璃作基底，可避免玻璃破裂后散落對下方人員的傷害；盡管鋼化玻璃破裂后碎成很小的，不會割傷皮膚的玻璃顆粒，但是如果大量的碎顆粒從高空墜落，肯定會對地面人員的安全造成危害；

2、用半鋼化玻璃代替鋼化玻璃；半鋼化玻璃很少發生因硫化鎳雜質造成的自然破裂現象，但必須使用安全玻璃的地方，不可用半鋼化玻璃代替；

3、玻璃生產廠家應高度重視生產環節，盡可能減少含鎳器件（如不銹鋼）接觸玻璃生產材料和熔化后的玻璃，減少硫化鎳雜質的潛在危害，使用含較少硫化鎳結石的原片；

4、必須使用鋼化玻璃，則需對鋼化玻璃進行二次熱處理；鋼化玻璃進行二次熱處理，通常稱為引爆或均質處理。進行二次熱處理時，一般分為3個階段：升溫、保溫和降溫過程，升溫階段為玻璃的表面溫度從室溫升至2800C的過程，保溫階段為所有玻璃的表面溫度均達到2900C±100C，且至少保持2h，這一過程降溫階段從玻璃完成保溫階段后開始降至室溫750C時的過程，整個二次熱處理過程應避免爐膛溫度超過3200C，玻璃表面溫度超過3000C，否則，玻璃的鋼化應力會由于過熱而松弛，從而影響其安全性。

經過熱處理的鋼化玻璃提高了玻璃的機械性能，它對均勻荷載、熱應力和大多數沖擊荷載的效應，大約是退火玻璃的4倍，而且破碎時，玻璃碎成小顆粒，對安全影響較小，但這種玻璃不易切割。各種加工要在淬火前進行，需按實際使用規格訂貨。

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、不合理的幕墻設計、施工原因造成玻璃破裂；

這方面破裂的原因很多，下面重點介紹幾種常見的情況；

1、玻璃幕墻規范JGJ102-2003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，一旦出現阻礙玻璃的自由伸縮的因素，哪怕是直徑很少的固體顆粒如釘子等，玻璃都會破裂；

2、玻璃的槽口兩側和底部不能用硬性的材料填塞，這些材料的體積變化對玻璃產生擠壓而使玻璃破裂；

3、玻璃在平面外力作用下，如風荷載的影響下會產生翹曲，如果嵌縫材料阻礙玻璃的翹曲變化也會使玻璃破裂；

4、玻璃幕墻的層間，通常做法是在用玻璃后襯鋁單板等，在施工設計時后襯板和玻璃的距離太少且兩者中間的空氣層沒有留有通氣孔，在太陽的直射下，中間的空氣層溫度急劇升高，玻璃受熱過高且氣體的膨脹而使玻璃炸裂；

5、玻璃的厚度和類型選擇不合理，無法承受所受風荷載，導致玻璃幕墻玻璃破裂；

6、沉降縫和變形縫處幕墻結構不合理，因主體變形導致玻璃破裂；

對于此種破裂，我們的設計、施工嚴格按照建筑、幕墻規范制定的要求去實施，不斷學習總結，結合長期的實際經驗，采取必要的措施減少玻璃的破裂；

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。文中以上是結合本人十多年設計咨詢經驗，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。由于水平有限，請各位專家指正。