钢化玻璃自爆探讨

摘 要：自爆是钢化玻璃特有的一种现象，通过了解钢化玻璃的生产过程及钢化玻璃自爆的原理，根据工程实践经验，在玻璃幕墙设计过程就如何避免最大程度的避免钢化玻璃自爆提出一些经验总结及措施。

关键词：关键词；钢化玻璃；自爆；硫化镍

引言

玻璃幕墙是当代的一种新型墙体，它赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来，建筑物从不同角度呈现出不同的色调，随阳光、月色、灯光的变化给人以动态的美。随着社会的进步和人民生活水平的提高，玻璃幕墙已在国内外得到广泛应用。钢化玻璃自爆给玻璃幕墙留下了极大的安全隐患，给社会带了很大的经济损失。硫化镍是人造玻璃中的杂质，是引起玻璃自爆的元凶。现就如何避免玻璃自爆做如下探讨，供大家参考。

1 硫化镍的形成过程

1.1 镍的来源

玻璃的主要成分是沙子，在制造玻璃过程的开始阶段，这种原材料中包括了七种主要成分：二氧化硅、氧化钠、氧化钙、氧化镁、三氧化二铝、三氧化二铁、三氧化硫。这种原材料的主要成分是取自于地面的天然沙砾，天然沙砾里面会夹带富镍物质的杂质，这是玻璃中镍元素的主要来源之一。除此外，富镍的致污物，如不锈钢，也通过不锈钢器件与混合物接触而进入玻璃生产的投料中。

1.2 硫的来源

在浮法玻璃生产过程中，硫有已下两个主要来源：第一，玻璃生产的原材料里需加入硫酸钠，以达到去除混合物中的微小气泡的目的；第二，熔化原材料的燃料中含有硫的成分。

1.3 硫化镍的形成

玻璃制造的熔化阶段，熔窑温度达到了1400℃～1500℃，硫与少量的镍发生化学反应生成了硫化镍。硫化镍石的体积处于0.076～0.38mm之间，因此，浮法玻璃生成过程中无法通过实际检查发现体积如此小的硫化镍石。

1.4 钢化玻璃的制造过程

钢化玻璃的生产过程为：通过传送带将退火玻璃送入熔炉，被加热到700℃，玻璃处于半融化状态，然后迅速冷却。由于外表面要比内层快，已经硬化的表面被压缩，内层会随着温度的降低收缩，产生张力，内外表面达到一种应力平衡。全钢化完成后的玻璃强度接近钢化前同等厚度、同样大小玻璃的4倍。

普通浮法玻璃内部的残余应力很小，硫化镍的存在并不会影响玻璃的特性，只有当浮法玻璃经强化变成钢化玻璃后才会引发问题。

2 钢化玻璃自爆的原因

引起钢化玻璃自爆的原因可分为以下两种情况：一种是玻璃在加工或安装过程中等外在因素使得玻璃表面产生细微裂纹，引起应力集中，破坏钢化玻璃的自平衡状态导致玻璃自爆；一种是钢化玻璃含有硫化镍杂质引起玻璃自爆。其中，后一种原因目前不可避免的，是钢化玻璃的一种固有特性。浮法玻璃的生产过程中，温度超过1000℃，此时硫化镍以液相存在于熔融状态的玻璃液中。当玻璃熔液温度降至797℃时，液相硫化镍开始结晶固化，生成高温状态的六方晶体（α-NiS晶相）。当玻璃温度持续下降至379℃时，硫化镍由高温状态的六方晶体（α-NiS晶相）转变成为低温状态的三方晶系（β-NiS晶相）。高温状态的六方晶体（α-NiS晶相）的密度相对低温状态的三方晶系（β-NiS晶相）的密度要大。硫化镍由高温稳定α相转变为低温β相过程中，产生2 .38%的体积膨胀。相变过程的快慢，取决于以下两个因素：硫化镍颗粒中不同组成物（包括Ni7S6、NiS、NiS1.01）含量的百分比；外界温度的高低。没有来得及完成相变的α相硫化镍，即便是在正常使用的温度条件下，仍然继续以很低的速度转变为β相。

钢化过程中，玻璃在钢化炉内来回的摆动并均匀的加热至700℃，此时所有的硫化镍都转化为高温状态的六方晶体（α-NiS晶相）。随后，使用冷气流使玻璃表面迅速冷却，这导致玻璃外表先于玻璃内核凝固硬化。随着玻璃内核的凝固硬化，会对已经硬化的外表产生拉力，导致硬化的表面被压缩，达到一个自平衡状态，这与施加预应力原理一样。这过程中，当玻璃的温度降至379℃时，硫化镍再次发生相变。与浮法退火玻璃生产过程不同的是，浮法退火玻璃是均匀逐渐慢慢的冷却，钢化玻璃急冷时间很短，硫化镍来不及由高温稳定α相转变为低温β相已经完全的包在玻璃体中。包在钢化玻璃体中的硫化镍在正常使用的温度下低速持续进行着相变，体积也持续增大，对包裹它的玻璃体的压力也逐渐增大。当这种压力足够大时，钢化玻璃原有平衡系统被打破，钢化玻璃随即破裂即自爆。

3 防止钢化玻璃自爆的措施

3.1 重视玻璃的生产环节，从源头上减少硫化镍含量

玻璃生产厂家应尽最大努力，严格按照生产规程，对玻璃的生产全过程监督。首先，严格控制生产玻璃原材料、燃料的质量，通过检查并最大程度的去除原材料中的杂质；其次，尽可能减少使用含镍器件（如不锈钢）接触玻璃生产材料和熔化后的玻璃。

3.2 对钢化玻璃进行引爆处理

引爆处理是钢化玻璃在安装使用前，人为的让钢化玻璃经历温度急剧变化的过程，以发现含有硫化镍的钢化玻璃并令其自爆。需要注意的是引爆处理后的钢化玻璃并不能保证其在安装使用过程中完全不发生自爆，但它是检查同批次玻璃含有硫化镍杂质可能性高低的有效手段，减少钢化玻璃自爆带来隐患的有效方法。

3.3 合理设计玻璃幕墙

钢化玻璃属于安全玻璃，破碎后的颗粒很小一般不会割伤皮肤，但破碎后大量的玻璃颗粒从空而降，形成玻璃雨，也会对地面上的人员安全造成伤害。因此，我们需要对玻璃幕墙进行合理的设计。

《建筑安全玻璃管理规定》、《建筑玻璃应用技术规程》及《玻璃幕墙工程技术规范》等规定，对特定位置处的玻璃必须使用安全玻璃，如倾斜装配窗、各类天棚（含天窗、采光顶）、吊顶，7层及7层以上建筑物外开窗等等。

对于以上规范要求使用对于规范要求使用安全玻璃的地方，可用夹层玻璃替代钢化玻璃。夹层玻璃与单片钢化玻璃不同，即便玻璃破碎后，也能保持玻璃的整体性，不会形成玻璃雨。

对于全玻幕墙的玻璃肋，最好使用夹胶玻璃。这可避免因为玻璃肋发生自爆、意外破损而使玻璃面板失去支撑，导致整个结构体系失去平衡倒塌。

通过合理的设计，也可用半钢化玻璃取代钢化玻璃。有专家提出，幕墙可采用半钢化玻璃。不少工程实践也证明了幕墙采用半钢化玻璃是安全可靠的。如上海环球金融中心采用了三块均为半钢化玻璃组成的中空夹胶玻璃：（8+1.52+8）+12A+8；广州西塔采用了四块半钢化玻璃组成的中空夹胶玻璃：（6+1.52+8）+12A+（8+1.52+8）。

也可选用高性能玻璃取代钢化玻璃，如超白玻璃。

4 结语

钢化玻璃的自爆，给人民造成了巨大的财产损失，威胁着人们的生命安全。人们还需努力去改进玻璃的生产工艺，规范安全玻璃的使用，合理的设计，以减轻钢化玻璃自爆带来的危害。

参考文献

[1] 《建筑用安全玻璃规范-钢化玻璃》GB 15763.2-2005

[2] 《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009

[3] 《玻璃幕墙设计规范》JGJ103-2003