建筑用玻璃容易出現的問題

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NiS導致鋼化玻璃的自爆問題

　　硫化鎳引起熱增強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)內人士嘗試使用多種測量方法解決這個問題，但是由于一直沒有完全成功，仍然在建筑幕墻以及許多現代建筑上遺留了非常實際的問題。本文重點探討NiS引起鋼化玻璃自爆的機理。

　　概述：

　　由于浮法玻璃制作工藝的原因，玻璃內部可能包含硫化鎳雜質，這些雜質以小水晶狀態(tài)存在，在一般情況下，不會造成玻璃破損，但是在玻璃熔化以及鋼化處理過程中，經過穩(wěn)態(tài)390℃的溫度條件，改變了α態(tài)-硫化鎳NiS的組成。在這個過程中，由于玻璃冷卻速度快，導致NiS沒有轉換所需要的時間，因而被冰凍在玻璃成分內，硫化鎳NiS沒有轉換本身的相態(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轉換可以導致玻璃內部產生誘導應力、壓力導致在包含物周圍產生半圓的裂紋，這些變化在尺寸達到臨界之前一直是穩(wěn)定的，最終取決于玻璃內部包含物周圍環(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轉換是緩慢的，需要很長時間。當Nis的體積增長超過鋼化玻璃可以接受的臨界狀態(tài)時，自爆就會發(fā)生。NiS具有典型的熟化周期，最長的可以達到4-5年的時間，主要引起的原因是玻璃與硫化鎳NiS的熱膨脹系數不同造成的。

　　歐洲標準（prEN14179-1）已經提議采用熱浸程序克服鋼化玻璃自爆的問題，這是破壞性實驗，經過2個小時在290±10℃的溫度下，消除硫化鎳包含物對玻璃的擠壓。

　　自爆起始點：

　　硫化鎳導致鋼化玻璃自爆引發(fā)點典型的是出現在玻璃中心部位，形狀類似“蝶形”，兩個翅膀組成的形狀類似五邊形或者六邊形，見圖1.對玻璃石頭做微量分析顯示，在玻璃斷面中心位置經常發(fā)現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”的出現并不一定能夠證明是硫化鎳NiS出現造成，也有其他材料能夠導致鋼化玻璃出現相同的現象，因為玻璃內部儲存了太高的能量。

　　硫化鎳石頭大多數具有球形組成，有時，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)生了結晶化：從高溫到低溫過程中出現同素相態(tài)轉換。

　　同素相態(tài)轉換、熱膨脹、化學合成等，這個同素相態(tài)轉換是導致鋼化玻璃自爆的真正原因，NiS包含物遭受相態(tài)轉換，導致結晶體膨脹。雖然也存在其他相態(tài)的硫化鎳，但是他們與鋼化玻璃自爆沒有關系，真正導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），這些數值較玻璃的熱膨脹系數（在相同溫度范圍內為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），實際上，經常發(fā)現在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)轉換以及從α態(tài)-硫化鎳NiS到β態(tài)-硫化鎳NiS轉換的速度）。

　　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，所有的能夠導致自爆的NiS包含物都在鋼化玻璃的內部，在玻璃厚度方向25%-75%的范圍之間（即玻璃的張力區(qū)）。