玻璃幕墙玻璃破裂原因分析与解决方案

【摘 要】近几年来玻璃幕墙玻璃爆裂的事件频频发生，高空玻璃的坠落对下面经过的行人和车辆造成伤害，引起了社会各界的极大关注。本文对玻璃破裂的各种原因进行剖析论证，提出一些解决方案，与各位专家探讨。

【关键词】玻璃破裂分析；玻璃自爆

统计数据显示，目前中国现有玻璃幕墙达两亿平方米，占全世界的85%，近几年来玻璃幕墙玻璃爆裂的事件频频发生，高空玻璃的坠落对下面经过的行人和车辆造成伤害，引起了社会各界的极大关注。作为一名有社会责任感的幕墙设计师，深感痛心，通过本文对玻璃破裂的各种原因进行剖析论证，结合本人十多年的幕墙设计咨询经验，提出一些解决方案，与各位专家探讨。

一、钢化玻璃自爆造成玻璃破裂；

硫化镍是人造玻璃中偶尔含有的杂志，它存在于玻璃生产过程的熔化环节，金属镍元素与硫元素结合生成了一种硫化镍石。硫化镍石本身对玻璃并无任何损害，但是在玻璃通过热处理强化后，它就可能对玻璃产生不良影响。

硫化镍石以小水晶状态存在，这些晶体以两种方法存在：高温下稳定的密度较大的α相和室温下稳定的密度小一些的β相。浮法玻璃中硫化镍晶体基本上以β相存在，用浮法玻璃加工钢化玻璃的强化过程中的高温把所有的硫化镍晶体都转化成高密度的α相。但是接下来的冷却过程如此迅速，以致于硫化镍晶体没有足够的时间重新转化成β相。这在玻璃中遗留下不稳定的α相晶体，它就像被压缩的弹簧一样随时准备毫无征兆地重新转化为β相。

硫化镍晶体由α相转化成β相时体积膨胀4% ，如果α相晶于张力最大的玻璃中央，膨胀产生的压力可以使整块玻璃破裂。

由于硫化镍石的体积和位置不同，破裂时间无法预测，可能是生产出来的几个月或几十年后，才会发生这种剧烈变化。玻璃爆裂后会崩散成无数细小碎块。

玻璃厂家迄今没有找到从源头上消除硫化镍的方法，在满足建筑、幕墙规范下，可用其他玻璃替代钢化玻璃（第一、二条）；对于必须使用钢化玻璃的幕墙，通过有效措施降低硫化镍存在的机率（第三、四条）；

1、高层建筑、采光顶等应使用夹层玻璃作基底，可避免玻璃破裂后散落对下方人员的伤害；尽管钢化玻璃破裂后碎成很小的，不会割伤皮肤的玻璃颗粒，但是如果大量的碎颗粒从高空坠落，肯定会对地面人员的安全造成危害；

2、用半钢化玻璃代替钢化玻璃；半钢化玻璃很少发生因硫化镍杂质造成的自然破裂现象，但必须使用安全玻璃的地方，不可用半钢化玻璃代替；

3、玻璃生产厂家应高度重视生产环节，尽可能减少含镍器件（如不锈钢）接触玻璃生产材料和熔化后的玻璃，减少硫化镍杂质的潜在危害，使用含较少硫化镍结石的原片；

4、必须使用钢化玻璃，则需对钢化玻璃进行二次热处理；钢化玻璃进行二次热处理，通常称为引爆或均质处理。进行二次热处理时，一般分为3个阶段：升温、保温和降温过程，升温阶段为玻璃的表面温度从室温升至2800C的过程，保温阶段为所有玻璃的表面温度均达到2900C±100C，且至少保持2h，这一过程降温阶段从玻璃完成保温阶段后开始降至室温750C时的过程，整个二次热处理过程应避免炉膛温度超过3200C，玻璃表面温度超过3000C，否则，玻璃的钢化应力会由于过热而松弛，从而影响其安全性。

经过热处理的钢化玻璃提高了玻璃的机械性能，它对均匀荷载、热应力和大多数冲击荷载的效应，大约是退火玻璃的4倍，而且破碎时，玻璃碎成小颗粒，对安全影响较小，但这种玻璃不易切割。各种加工要在淬火前进行，需按实际使用规格订货。

二、玻璃本身质量造成的幕墙玻璃破裂；

1、玻璃本身质量不良容易造成玻璃幕墙破裂，如造成玻璃平整度差，厚薄不均，玻璃内有气泡夹渣等；在受到太阳照射下，热效应不均匀，导致玻璃破裂；

2、在裁切玻璃时，玻璃内部产生三条裂痕，其中两条是沿表面左右分开，另一条是垂直向下伸展的竖缝，在竖缝的端部会产生拉应力，再加上曲折的弯力，竖缝向下伸展出去便可把玻璃切断，玻璃在裁化切断时，延玻璃周边隐藏着许多微小的裂口，这些裂口在各种效应与热应力影响下，会扩展成裂缝，裂缝进一步发展导致玻璃破裂；

3、在玻璃生产过程中，玻璃边缘可能出现崩边、牙边、崩角等缺陷，玻璃在边缘有伤残的状态下使用，在玻璃边缘有缺陷处极易产生破裂；

解决应玻璃本身质量造成幕墙玻璃破裂的解决方案a、在玻璃裁切后，用磨边机磨边和倒角处理（磨边或者精磨边），消除玻璃周边隐藏的微小的裂纹；b、幕墙生产厂家要加强玻璃质量的检查，对存在缺陷和有边缘问题的玻璃一定不要应用于幕墙；c、在安装期间不要将玻璃向框的方向挤压，这样会导致玻璃边缘破损；d、幕墙安装过程中一定要使用玻璃吸盘来移动在框架槽口里的玻璃片，用撬杆提升或移动玻璃会造成边缘损坏。

三、不合理的幕墙设计、施工原因造成玻璃破裂；

这方面破裂的原因很多，下面重点介绍几种常见的情况；

1、玻璃幕墙规范JGJ102-2003规定了玻璃边缘槽口的尺寸，是为了保证玻璃在温度变化和其他因素影响下的自由伸缩，一旦出现阻碍玻璃的自由伸缩的因素，哪怕是直径很少的固体颗粒如钉子等，玻璃都会破裂；

2、玻璃的槽口两侧和底部不能用硬性的材料填塞，这些材料的体积变化对玻璃产生挤压而使玻璃破裂；

3、玻璃在平面外力作用下，如风荷载的影响下会产生翘曲，如果嵌缝材料阻碍玻璃的翘曲变化也会使玻璃破裂；

4、玻璃幕墙的层间，通常做法是在用玻璃后衬铝单板等，在施工设计时后衬板和玻璃的距离太少且两者中间的空气层没有留有通气孔，在太阳的直射下，中间的空气层温度急剧升高，玻璃受热过高且气体的膨胀而使玻璃炸裂；

5、玻璃的厚度和类型选择不合理，无法承受所受风荷载，导致玻璃幕墙玻璃破裂；

6、沉降缝和变形缝处幕墙结构不合理，因主体变形导致玻璃破裂；

对于此种破裂，我们的设计、施工严格按照建筑、幕墙规范制定的要求去实施，不断学结，结合长期的实际经验，采取必要的措施减少玻璃的破裂；

四、热应力造成的幕墙玻璃破裂；

玻璃热应力破坏产生的原因：

1、玻璃热膨胀是玻璃热应力破坏的基本因素。玻璃在温度变化影响下会热胀冷缩，如果玻璃的膨胀和收缩收到限制，应力会积累起来，当这种应力大于玻璃的强度标准值时就会使玻璃发生破裂；

2、玻璃受热不均匀会造成玻璃热应力破坏。如果同一块玻璃一部分受热而另一部分未受热，比如日光直射玻璃中部，而玻璃边缘遮在阴影中，就可能引发受热部分的玻璃会膨胀并推挤未受热部分的玻璃。这种不平衡膨胀的结果就是产生热应力。由于玻璃的断裂韧度较低，边缘存在瑕疵的玻璃就容易发生热应力破坏；

3、玻璃的朝向对玻璃热应力破坏也有明显的影响。幕墙玻璃面朝南和朝北或其他方向，所受热应力均有不同。幕墙玻璃朝南时阳光直射照在幕墙玻璃上，太阳的辐射能很大，热应力也就很大，如遇天气突变或日落降温很快，则易引起玻璃的热应力破裂；

4、寒冷的气候条件：气候寒冷时，如果室内温度较低，同时室外温度骤降，可造成玻璃破裂。由于室内直接采暖，玻璃窗内侧温度较高，室外冷空气式窗框和玻璃边缘冷却，结果可能造成巨大热应力，导致玻璃破裂。如果室内热空气直吹玻璃窗，结果可能会更加严重；

5、玻璃的尺寸和厚度也是直接导致玻璃热应力破坏的因素。由于受温度影响时，热膨胀与物质的长度直接相关，尺寸大的玻璃会经受更大的热应力。大玻璃表面积大，能吸收更多太阳能，其边缘热应力也会相应加大。厚的玻璃，特别是厚的有色玻璃吸收热量更多，温度变化范围也就更大。由于厚玻璃切割难度大，更容易出现边缘瑕疵，热应力破坏的几率也随之增加；

6、室内遮阳设备的不合理布置导致玻璃热应力破坏。室内深色窗帘或百页窗对太阳辐射能的吸收较高，并且具备较高的再辐射率。如果幕墙玻璃与内侧遮阳设备间无合适距离，且空气流通不畅，幕墙玻璃不仅受室外太阳辐射能直接照射，同时也受到室内遮阳装置吸热后的再辐射，导致热量聚集起来，致使边缘应力增加，也易造成幕墙玻璃热应力破坏；

7、其他的影响玻璃热应力破坏的因素： a、幕墙上的空调通风口也可以导致玻璃面板不同部位明显的温度差，加大热应力，使玻璃热应力破裂的机率增加；

解决热应力破坏的方案：

1、《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102-20 03）和《建筑幕墙》GB/T 21086-2007 规定了玻璃边缘槽口的尺寸，是为了保证玻璃在温度变化和其他因素影响下的自由伸缩。

2、使用热加固玻璃能极大降低玻璃热应力破坏的风险；

3、寒冷地区使用中空玻璃和断热型材来消除室内外温度对温度的影响；

4、室内必须悬挂窗帘、软百叶窗或其他室内遮阳装置，可以在顶部和底部或一侧和底部提供空间允许自然的空气流过玻璃的室内面，以避免热聚集的形成。玻璃和遮阳设施之间的间隙最少是50mm；

5、空调热气、冷气出口必须在室内遮阳装置的室内侧；

五、结束语

玻璃幕墙玻璃破裂，因各种玻璃性能不同，地区不同，安装方法不同，破裂的原因也很复杂，因此实际情况仔细分析，找出原因，才能避免大面积玻璃的破裂。文中以上是结合本人十多年设计咨询经验，对幕墙玻璃破裂原因的分析与解决方案，写出来与大家分享。由于水平有限，请各位专家指正。