建筑玻璃現(xiàn)階段的發(fā)展趨勢以及應用分析

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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。本文重點針對一些建筑使用玻璃出現(xiàn)的問題進行探討分析，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)展對玻璃的要求變化

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

　　到目前，建筑對玻璃的要求經(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)代建筑設計理念向人性化、親近自然以及世界各國對能源危機的憂患意識提高，對建筑節(jié)能的重視程度也越來越高，對玻璃的要求也逐步向功能性、通透性進行轉(zhuǎn)變。全世界建筑行業(yè)對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）建筑玻璃的主要應用品種及特點

　　1、鋼化玻璃

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

　　化學鋼化玻璃的特點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；化學鋼化玻璃可以切割、熱彎等，但經(jīng)過高溫加工后的玻璃強度會受影響；化學鋼化玻璃的初始強度可以達到原片的6-7倍，但是隨著使用時間加長，性能會衰減；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是強度高，一般強度可以達到普通平板玻璃的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；缺點是存在自暴的可能；

　　物理鋼化玻璃也同樣存在著兩個品種即全鋼化玻璃及熱增強玻璃之分，熱增強玻璃不存在自暴現(xiàn)象，但是強度僅僅是普通玻璃的兩倍左右，多數(shù)應用在高層建筑，提高抗風壓性能；熱增強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；

　　夾層玻璃的特點是安全—即使破碎，也不會對人造成傷害，如汽車風擋玻璃；阻擋紫外線，減少物體退色。

　　PVB膠片可以減少達到99%以上的紫外線；缺點是降低采光性能、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），是一種對波長范圍4.5μm-25μm的遠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慣；二次加工過程中需要刪除邊部；合成中空玻璃時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提出暖邊概念并一直引領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，因此對建筑玻璃性能指標的要求不盡相同；此外不同功能用途的建筑物對玻璃的節(jié)能性、隔聲性及采光的要求也有所差異。因此，設計師或使用者在選擇玻璃時必然面臨這樣的問題：什么樣的玻璃、怎樣的復合玻璃結(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選擇同樣的玻璃？而對于玻璃深加工企業(yè)來說，設計師的設計結(jié)構(gòu)配置是否合理？要求企業(yè)制作的產(chǎn)品是否能夠達到設計要求？如何避免產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題？將是十分關鍵的問題。

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

　　三）建筑用玻璃容易出現(xiàn)的問題及解決辦法

　　1、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(nèi)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(xiàn)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(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。在這個過程中，由于玻璃冷卻速度快，導致NiS沒有轉(zhuǎn)換所需要的時間，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)換可以導致玻璃內(nèi)部產(chǎn)生誘導應力、壓力導致在包含物周圍產(chǎn)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(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(shù)不同造成的。

　　歐洲標準（prEN14179-1）已經(jīng)提議采用熱浸程序克服鋼化玻璃自爆的問題，這是破壞性實驗，經(jīng)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(xiàn)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(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，因為玻璃內(nèi)部儲存了太高的能量。

　　硫化鎳石頭大多數(shù)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(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、化學合成等，這個同素相態(tài)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換，導致結(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(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)）