建筑工程幕墻自爆原因及預防措施研究

王鉦濠

廣東省第一建筑工程有限公司 廣東 廣州 510000

引言

鋼化玻璃的綜合性能優(yōu)良，所以越來越多的使用在建筑工程過程當中，其獨特的優(yōu)勢，滿足了不同領(lǐng)域的使用需求[1]。但是由于在使用過程當中，鋼化玻璃容易出現(xiàn)自爆的情況，也引起了人們的擔心以及相關(guān)管理工作人員的關(guān)注。很多學者針對建筑工程當中幕墻工程鋼化玻璃自爆等問題，進行了深入的研究，分析玻璃目前發(fā)生自爆的主要原因，并且制定出相應的措施。

1 建筑工程幕墻自爆的分類

鋼化玻璃自爆指的鋼化發(fā)生的爆炸是在無任何直接外力作用下發(fā)生的自爆。自爆問題是在鋼化玻璃產(chǎn)生開始就一直伴隨的問題。鋼化玻璃加工，鋼化玻璃儲存，鋼化波運輸，鋼化安裝等任何一道工序鋼化玻璃自爆均有可能發(fā)生。按照起因的不同，鋼化玻璃自爆分為2種，一是鋼化玻璃在生產(chǎn)當中，就存在明顯缺陷，如沙礫、氣泡、劃傷、爆邊等，進而會造成鋼化玻璃自爆問題[2]。二是由玻璃當中的硫化鎳，雜質(zhì)以及異質(zhì)性顆粒引起鋼化玻璃自爆的情況。針對此兩種不同方式的自爆應對也有一定的區(qū)別，采用不同的方式進行處理和應對。前者可以從外觀上可以明顯看見，檢測也能夠發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)過程當中能夠控制。后者則是含有微小的硫化鎳顆粒鋼化玻璃，這些微小顆粒體積膨脹引發(fā)的鋼化自爆，無法使目測進行檢驗，所以不可控。在實際的工作和處理過程當中，前者可以提前預防，在進行安裝前及時的進行，后者則因為無法及時發(fā)現(xiàn)成為重大隱患。

2 鋼化玻璃發(fā)生自爆外部特征

鋼化玻璃自爆的典型特征就是蝴蝶斑，其主要是玻璃塊形似蝴蝶，共有兩塊玻璃碎片，位于放射中心。判斷鋼化玻璃是否有自爆的情況，首先，看其爆點是否在玻璃的正中間，如果在玻璃的邊緣處，一般情況下，就是未倒角磨邊的鋼化玻璃，或者是玻璃邊緣有所損傷，從而造成應力集中的情況，導致裂紋逐漸發(fā)展。如果起爆點在玻璃的中部，則需要觀察起爆點是否有兩塊多邊形組成的，圖形是否比較像蝴蝶翅膀。其次，進行外觀的觀察，如果經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，存在是否存在黑色小顆粒，則可以對自爆進行判斷，否則就應該是外力破壞的作用。

3 鋁合金有框幕墻產(chǎn)生玻璃裂紋的原因

3.1 玻璃材質(zhì)本身存在問題

想要弄清楚玻璃幕墻發(fā)生破裂的原因，首先就是檢查玻璃自身的材質(zhì)是否合格。如果玻璃原片平整度相對較長，厚薄不均，玻璃內(nèi)產(chǎn)生氣泡、夾渣等缺陷，是否符合相關(guān)規(guī)定的合格標準，如果在規(guī)范內(nèi)則一般不會出現(xiàn)自爆的情況。如果不符合相關(guān)規(guī)定標準，在太陽照射下熱效應不均勻，會產(chǎn)生自爆[3]。

3.2 玻璃在切割后未進行磨邊

玻璃切割以后，可能會出現(xiàn)一些問題，如細小的傷痕，或者是一些細小的裂紋，總會出現(xiàn)應力集中的情況，這種缺陷在各種荷載效應與熱力作用的發(fā)展下會導致其擴展成裂紋，裂紋進一步發(fā)展的話，必然會導致目前發(fā)生破裂的情況。在使用人工進行玻璃的切裁過程當中，邊緣一定要平整光滑，不許有牙邊以及崩角等情況，在進行切割后，玻璃進行磨邊處理，對于內(nèi)應力進行消除，保證玻璃周邊沒有殘缺的情況，否則容易出現(xiàn)自爆情況。

3.3 玻璃面板與鋁合金框之間縫隙不符合要求

玻璃幕墻在進行安裝過程中，應該盡量減少玻璃硬對硬的接觸情況，玻璃的下端不可以直接與鋁合金框等材料進行接觸，否則會很容易受到熱膨脹而發(fā)生自爆。應該在玻璃幕墻的下方安裝一種有彈性的固定墊塊位置，一般都會選擇安裝在玻璃邊緣部分的1/4處，至少要放這兩個墊塊，墊塊的數(shù)量應該根據(jù)玻璃的寬度來決定，對于玻璃幕墻，使其下方與鋁框進行接觸，并且是彈性接觸，這樣玻璃在外界環(huán)境的影響可以實現(xiàn)自由伸縮，從而減少發(fā)生自爆的情況。同時還應選擇彈性較好的材料，對玻璃周邊進行有效的密封，例如彈性較好的密封膠，應盡量減少硬膠條的使用，否則可能出現(xiàn)自爆問題。與此同時對玻璃周邊與鋁框之間，應設(shè)置一定的縫隙，一般情況下，縫隙的大小可以保持4～7mm，不可以直接進行接觸，并且保證周邊間隙能夠均勻。

3.4 幕墻玻璃面板溫度不均勻引起的自爆

陽光的直接照射下玻璃會吸收光，光在玻璃的那不會轉(zhuǎn)化為一種熱能，讓玻璃本身的體溫升高，并且形成熱膨脹。像如果玻璃鑲嵌在鋁合金框的內(nèi)部，玻璃被鑲嵌的部分無法接受到與外部暴露在框外同樣照射情況，從而導致暴露整體出現(xiàn)受熱不均勻的情況，形成內(nèi)部的熱應力，并且超過了玻璃抗張強度范圍之內(nèi)，進而引起了玻璃自爆。可以根據(jù)以下特點進行辨別，觀察玻璃破裂邊緣，如果裂口較為整齊且裂口數(shù)量相對較少，破裂現(xiàn)為曲折單線或者是復線，玻璃破裂線為直角，玻璃邊緣同樣也為直角。如果不具備上述特征，則可能是由于彎曲應力引發(fā)的玻璃破裂，除此以外，也有可能是玻璃邊緣存在一定的缺陷所導致玻璃破裂。對于玻璃中區(qū)，觀察其破裂線，可以發(fā)現(xiàn)大部分為弧線形，鑲嵌玻璃的鋁框無法保證幾何的精度鋁礦扭擰不平發(fā)生彎曲變形，玻璃彎曲受力容易發(fā)生熱應力產(chǎn)生自爆，因此必須嚴格遵循安裝標準（見圖1所示）。

圖1 鋼化玻璃自爆

3.5 在運輸過程中保護不當也會使幕墻發(fā)生自爆

在運輸過程中，工人搬運臨時放置在框下邊緣時輕輕地發(fā)生了觸碰，在進行運輸過程中由于保護不到位，在不平整的運輸?shù)缆飞习l(fā)生震動，都會使玻璃發(fā)生自爆。

4 隱框幕墻產(chǎn)生自爆的原因

在隱框玻璃幕墻施工過程中，首先要在單體鋁合金框格上粘貼鍍膜玻璃，通常采用結(jié)構(gòu)膠進行粘貼，并根據(jù)施工要求，對單體框格測量，完成測量后，將其懸掛在鋁合金幕墻的框架上。在對多面玻璃進行密封時，通常情況下，主要采用的就是幕墻硅酮密封膠，形成一個鏡面形狀的玻璃幕墻，也未進行鋁框的鑲嵌，所以不會出現(xiàn)溫差應力引發(fā)玻璃自爆的情況。但是對于半隱框玻璃幕墻，根據(jù)施工要求需要鑲嵌鋁框，因此半隱框玻璃幕墻可能引發(fā)由于溫度應力引發(fā)的自爆。

針對隱框玻璃幕墻，分析其發(fā)生自爆的原因主要包括以下幾個方面：

首先就是鍍膜玻璃尺寸問題。如果未嚴格按照規(guī)范要求對玻璃尺寸進行合理設(shè)計，導致單片玻璃設(shè)計呈面積相對較大，在此情況下，設(shè)計人員為了保證玻璃的抗壓性能，就會通增加鍍膜玻璃厚度來解決這一問題，但是隨之而來就會造成玻璃吸收更多的光，進而就會容易出現(xiàn)熱應力引發(fā)的自爆。如果鍍膜玻璃加工成明顯的長條形狀，長短對比會相對較大，就會越容易形成彎曲的應力，同時加大熱力的自爆概率，所以鍍膜玻璃尺寸設(shè)計過程中，要嚴格控制其面積和長度比例，將其控制在合理的范圍之內(nèi)，否則會增加玻璃幕墻自爆的概率。

其次是氣候條件的問題。我國一些溫差較大的地區(qū)，使用鋼化玻璃時，應充分考慮溫差對鍍膜玻璃的影響，這主要是因為鍍膜玻璃對太陽輻射吸收量比較大，可能會造成熱應力發(fā)生的自爆。例如炎熱地區(qū)使用鋼化玻璃，鍍膜玻璃吸收太陽輻射后表面溫度會達到800℃左右，有的甚至更高，這樣玻璃本身體內(nèi)的熱應力相對較大。如果因為結(jié)構(gòu)膠粘貼寬度，厚度過大，對于鍍膜玻璃，無法實現(xiàn)自由伸縮，也容易引發(fā)鍍膜玻璃發(fā)生自爆。

再次是幕墻朝向問題。幕墻玻璃如果朝南或者朝北其他方向所受到的熱應力均有著不同的情況，幕墻玻璃如果朝南進行安裝，這樣幕墻吸收熱量也會相應地增加，天氣突然變化或者日落降溫相對較快，則會出現(xiàn)熱應力破裂。因此設(shè)計工作人員應該主要應對熱應力的破壞為主，抗風壓強為輔。反之，如果玻璃幕墻如果朝北進行安裝，應將玻璃的抗風壓情況作為主要指標之一，熱應力破壞相對次之。

最后其他方面問題。在玻璃幕墻安裝過程當中，會粘貼各種圖案或者文字廣告，這樣就會讓多磨玻璃吸熱局部增加，從而導致整片玻璃產(chǎn)生溫差。空調(diào)通風口處的鍍膜玻璃，與別處不同位置的玻璃在溫度上會出現(xiàn)有明顯差異，進而造成熱應力引發(fā)的自爆。

5 防止建筑工程幕墻自爆的措施

5.1 在生產(chǎn)加工過程中進行預防

由于玻璃當中成分硫化鎳，其特性具有許多的不確定性，這樣對鋼化玻璃也產(chǎn)生一定的影響，有相關(guān)的實驗研究資料顯示，鋼化玻璃在生產(chǎn)后的3～5年，玻璃較容易發(fā)生自爆，即自爆的高發(fā)期，所以在生產(chǎn)過程當中，應該選擇含硫，鎳相對較少的主量、原料以及輔料，能夠降低硫化鎳的生成，對于硫化鎳的含量，則應適當?shù)臏p少。當前市面上超白玻璃，與其他類型的玻璃，硫化鎳雜質(zhì)就較少，在原料進行熔化過程當中，就可以通過精細技術(shù)以及控制手段，讓超白玻璃相對于普通玻璃來說其成分更加均勻，玻璃內(nèi)部的雜質(zhì)相對較少，從而有效降低鋼化后玻璃出現(xiàn)自爆的概率。通過精細的技術(shù)控制以及先進的生產(chǎn)手段，能夠有效減少玻璃中硫化鎳的含量，防止鋼化玻璃發(fā)生自爆。在加工過程當中采取相應的措施，鋼化玻璃的應力越大，硫化鎳的結(jié)石半徑就越小，自爆風險也會加大，所以鋼化玻璃的應力控制應該在合適的范圍之內(nèi)，能夠有效減少自爆的概率。另外可以通過均質(zhì)處理解決鋼化玻璃的自爆方式，即對鋼化玻璃進行加熱，將其加熱到290℃對鋼化玻璃進行二次熱處理，并且保溫兩個小時在移動到冷卻室內(nèi)，在這個過程當中，鋼化玻璃能在出廠前提前完成晶相的轉(zhuǎn)變。運輸過程當中，應該對于玻璃的邊緣進行磨邊，減少應力集中的情況，并且采取適宜的運輸保護措施，特別是針對玻璃的邊角要避免其被碰上出現(xiàn)崩邊掉角的情況，從而發(fā)生玻璃爆裂。

5.2 在進行安裝過程當中采取對應的措施

當前實際的工程案例顯示很多鋼化玻璃發(fā)生自爆與安裝不當有明顯的關(guān)系，玻璃幕墻的安裝過程當中，應該選擇有經(jīng)驗，有資質(zhì)的施工團隊，施工過程當中應采用適宜的密封材料，盡量全部使用高彈性的密封材料，遵循嚴格的施工技術(shù)標準，保證安裝人員具有較為專業(yè)的安裝技術(shù)，并且在安裝過程中，提高對安裝人員的管理力度，使得安裝工作更加科學規(guī)范。

5.3 玻璃幕墻設(shè)計方面的應對措施

在玻璃幕墻設(shè)計過程當中，應該充分考慮到材料之間位移，變形，充分把握好材料的使用情況，并且留出足夠的縫隙。設(shè)計人員應根據(jù)實際情況和要求，科學、合理的設(shè)計和計算玻璃品種，對于面積和厚度的比例，需要經(jīng)過設(shè)計人員精確到計算，保證比例適當，滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)束語

目前發(fā)生自爆的原因多種多樣，存在著內(nèi)在因素以及外在因素，內(nèi)在因素就是硫化鎳的影響，外在因素包括運輸，安裝，設(shè)計等過程，通過對于生產(chǎn)，加工，安裝設(shè)計的一些改進措施和預防措施，能夠有效地防止鋼化玻璃的自爆。另外，可以通過其他手段，降低玻璃自爆給人生帶來的損害。例如對于鋼化玻璃，可以將其制造成夾膠玻璃，這樣即使玻璃破碎，也會被黏附在薄膜上，與此同時還可以保證玻璃表面的整潔光滑的，可以保證人們的安全，避免發(fā)生玻璃墜落引發(fā)的安全事故。或者是可以將防爆膜粘貼在鋼化玻璃上，提高鋼化玻璃的抗撞擊性，減少鋼化玻璃受外力撞擊所產(chǎn)生的不利影響，進而防止玻璃破碎，保證安全問題。