超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃加工技術(shù)要點(diǎn)

【中玻網(wǎng)】1、前言

　　建筑玻璃通常只有三種破壞形式：即彎曲破壞、沖擊破壞和熱炸裂，此外沒(méi)有其它破壞形式。由于玻璃是完全的彈性體，至今沒(méi)有玻璃抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的測(cè)量方法，因此玻璃沒(méi)有抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的數(shù)值。通常采用的玻璃強(qiáng)度實(shí)際上是玻璃的彎曲強(qiáng)度。且不說(shuō)玻璃是典型的脆性材料，不應(yīng)作為工程結(jié)構(gòu)材料使用，就是單從玻璃沒(méi)有抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度就無(wú)法實(shí)現(xiàn)玻璃構(gòu)件的設(shè)計(jì)，如玻璃作為立柱使用至少應(yīng)進(jìn)行玻璃柱的壓應(yīng)力條件下的承載力計(jì)算，作為橫梁使用至少應(yīng)進(jìn)行拉應(yīng)力和剪應(yīng)力條件下的承載力計(jì)算。由于玻璃沒(méi)有抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度，即使計(jì)算出玻璃構(gòu)件中的壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和拉應(yīng)力，也無(wú)法判斷玻璃構(gòu)件是否滿(mǎn)足承載力要求。在傳統(tǒng)概念下，建筑玻璃通常是不能作為工程結(jié)構(gòu)材料使用的。

　　由于建筑玻璃表面存在大量的微裂紋，玻璃在破碎時(shí)表現(xiàn)為典型的脆性，即玻璃在破碎之前沒(méi)有任何的屈服表現(xiàn)，而表現(xiàn)為突然的斷裂，從這個(gè)意義上考慮建筑玻璃也不應(yīng)作為工程結(jié)構(gòu)材料使用。此外建筑玻璃在制作、運(yùn)輸、貯存和安裝過(guò)程中難免在玻璃邊部和表面產(chǎn)生大尺寸的撞傷或劃傷，這些撞傷和劃傷將非常大地降低玻璃的強(qiáng)度，因此建筑玻璃作為典型的脆性材料，一般作為裝飾材料使用。當(dāng)被用于建筑外圍護(hù)材料使用時(shí)，主要作為面板材料使用。隨著建筑玻璃生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，超白玻璃、鋼化玻璃、復(fù)合夾層玻璃，特別是離子型中間膜(又被稱(chēng)為SGP)膠片材料出現(xiàn)后，夾層玻璃作為結(jié)構(gòu)材料有了可能，并且已在一些工程實(shí)踐中獲得應(yīng)用，即在一定條件下，玻璃也可作為結(jié)構(gòu)材料使用，如全玻幕墻的玻璃肋，玻璃肋支承的點(diǎn)式玻璃幕墻的玻璃肋等。這些玻璃肋都是作為結(jié)構(gòu)材料在使用，他們?cè)谠O(shè)計(jì)使用時(shí)需要承擔(dān)風(fēng)荷載，有些還要承擔(dān)玻璃幕墻面板的自重荷載。但這些玻璃構(gòu)件的使用也只有在一定條件下才成立，特別是近年來(lái)超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃在許多工程上得到應(yīng)用，有成功的應(yīng)用案例，也有失敗的教訓(xùn)。本文結(jié)合工程案例介紹超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃的加工技術(shù)要點(diǎn)，有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)要點(diǎn)、構(gòu)造技術(shù)要點(diǎn)、安裝技術(shù)要點(diǎn)等將在后續(xù)文章中闡述。

　　2、玻璃加工要求

　　首先應(yīng)選用超白浮法玻璃中的優(yōu)等品，即市場(chǎng)上能夠買(mǎi)到的較好的玻璃原片，因?yàn)椴Ａг焚|(zhì)的優(yōu)劣是玻璃鋼化后是否爆開(kāi)的決定性因素。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃對(duì)玻璃表面的缺點(diǎn)要求較高，通常不允許1.0mm以上的點(diǎn)狀缺點(diǎn)存在，對(duì)小于1.0mm的點(diǎn)狀缺點(diǎn)允許1處/10平米，小于0.5mm的點(diǎn)狀缺點(diǎn)相鄰兩個(gè)缺點(diǎn)的間距必須大于300mm。玻璃表面的外觀線狀缺點(diǎn)及影響玻璃性能的缺點(diǎn)不允許存在。因?yàn)槌?a href='//m.zbowof.cn/glassnews/k_%b8%d6%bb%af%b2%a3%c1%a7_page_1' target='_blank' class="blue" title="鋼化玻璃" >鋼化玻璃必須進(jìn)行均質(zhì)處理，為了降低鋼化玻璃均質(zhì)的爆開(kāi)率，所以在切割前必須對(duì)原片進(jìn)行清洗檢查，避免使用不合格的原片。嚴(yán)禁使用帶有硬傷、厚度方向結(jié)石、密集微氣泡的不合格原片。

　　然后對(duì)玻璃板應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確裁切和邊部加工。一般玻璃的邊長(zhǎng)允許偏差通常為mm，對(duì)于大尺寸的玻璃，邊長(zhǎng)允許偏差通常為mm，甚至更大。對(duì)于結(jié)構(gòu)玻璃而言，這樣的邊長(zhǎng)允許偏差太大了，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)玻璃要求準(zhǔn)確對(duì)位，邊長(zhǎng)允許偏差通常為mm，邊長(zhǎng)偏差太大無(wú)法滿(mǎn)足工程要求。結(jié)構(gòu)玻璃邊部要求倒角，且應(yīng)進(jìn)行三邊精磨和三邊拋光，因?yàn)椴ＡО逶诓们羞^(guò)程中在邊部產(chǎn)生大量裂紋，這些裂紋會(huì)非常大地降低玻璃板的端面強(qiáng)度，通過(guò)三邊精磨、拋光，可將玻璃板邊部的裂紋清除，達(dá)到提高玻璃強(qiáng)度的目的。結(jié)構(gòu)玻璃通常需要在玻璃板上鉆孔。一般玻璃的圓孔直徑允許偏差通常為mm，對(duì)于大孔徑的玻璃，直徑允許偏差更大。對(duì)于結(jié)構(gòu)玻璃而言，這樣的邊長(zhǎng)允許偏差太大了，結(jié)構(gòu)玻璃要求的直徑允許偏差通常為mm。結(jié)構(gòu)玻璃的孔徑偏差要求不但高，而且孔邊應(yīng)進(jìn)行精磨、拋光處理，因?yàn)椴ＡО蹇走厬?yīng)力集中，孔徑尺寸偏差過(guò)大和孔邊加工低，較易造成玻璃板在使用中由于孔邊受力不均而自孔邊開(kāi)裂。

　　結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)進(jìn)行鋼化處理。如果認(rèn)為鋼化玻璃有爆開(kāi)問(wèn)題而采用半鋼化處理是不合適的，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)玻璃通常需要在玻璃板上打孔，半鋼化玻璃是無(wú)法滿(mǎn)足開(kāi)孔要求的。即便不開(kāi)孔，結(jié)構(gòu)玻璃也應(yīng)采用鋼化處理，因?yàn)椴Ａ堑湫偷拇嘈圆牧�，鋼化處理后，玻璃的脆性得到非常大的改善，即玻璃的斷裂韌度提高了。盡管目前還沒(méi)有測(cè)量玻璃斷裂韌度的方法，也沒(méi)有規(guī)范采用斷裂韌度來(lái)表征玻璃的力學(xué)性能，但玻璃的斷裂韌度是客觀存在的，作為結(jié)構(gòu)玻璃，其斷裂韌度的提高無(wú)疑是較為有利的。半鋼化處理的玻璃，其斷裂韌度比鋼化處理玻璃斷裂韌度低得多，因此結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)進(jìn)行鋼化處理。至于鋼化玻璃的爆開(kāi)問(wèn)題可通過(guò)以下途徑解決：其一是結(jié)構(gòu)玻璃原片必須采用超白浮法玻璃中的優(yōu)等品。其二是適度鋼化，即鋼化玻璃允許碎片數(shù)應(yīng)在30—90粒之間。其三是鋼化玻璃表面壓應(yīng)力應(yīng)均勻，即表面壓應(yīng)力非常大值和較小值之差不應(yīng)超過(guò)15MPa。其四是結(jié)構(gòu)玻璃鋼化后必須進(jìn)行均質(zhì)處理。其五是玻璃板邊部精磨、拋光。采用這些措施，結(jié)構(gòu)玻璃的爆開(kāi)率應(yīng)當(dāng)較低。

　　結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)采用夾層玻璃。一般夾層玻璃可采用PVB膠片，但是結(jié)構(gòu)玻璃必須采用SGP膠片，因?yàn)镾GP的粘接性更強(qiáng)，且均有一定的殘余強(qiáng)度，由SGP膠片構(gòu)成的夾層玻璃的剛度更大。夾層玻璃都有疊差，一般夾層玻璃的疊差非常大，對(duì)于大板面夾層玻璃，非常大疊差可達(dá)6mm。作為結(jié)構(gòu)玻璃，夾層玻璃的疊差非常小，不得超過(guò)1.0mm，特別是孔邊的疊差更是嚴(yán)格限制，因?yàn)橐ＷC組成夾層玻璃的多片玻璃共同工作，同時(shí)受力，玻璃板孔邊必須保證疊差較小。結(jié)構(gòu)玻璃的孔必須進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，保證孔周受力均勻。

　　3、加工設(shè)備要求

　　(1)裁切、磨邊拋光設(shè)備

　　目前沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定多大的玻璃板為超大尺寸，一般認(rèn)為玻璃板一邊邊長(zhǎng)超過(guò)8m即為超大尺寸玻璃。如此大的板面，邊長(zhǎng)偏差要求小于1.0mm，采用一般裁切設(shè)備根本做不到，必須采用加工中心進(jìn)行加工，因?yàn)榧庸ぶ行牡脑O(shè)備精度達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后第八位。

　　超大尺寸玻璃板的精磨邊和拋光對(duì)磨邊機(jī)的要求也比通常的磨邊機(jī)要求。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃磨邊時(shí)不但要控制好尺寸公差，還要嚴(yán)格控制磨邊質(zhì)量。寬度邊尺寸控制在±1.0mm,高度邊的尺寸公差控制在±2.0mm，對(duì)角線控制在對(duì)角線長(zhǎng)度的0.05%，倒棱寬度控制在2.0mm±0.5mm。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須進(jìn)行精磨邊處理，端面須精磨光亮，多片玻璃的疊差控制在1.0mm以?xún)?nèi)。

　　(2)鋼化設(shè)備

　　目前鋼化設(shè)備非常大的加工能力為3660mm*18000mm，超大尺寸鋼化玻璃不但要控制好鋼化玻璃的表面應(yīng)力，還要控制好鋼化玻璃的平整度和外觀視覺(jué)效果。

　　超大尺寸鋼化設(shè)備要求鋼化玻璃的外觀質(zhì)量和視覺(jué)效果，即必須保證鋼化玻璃的碎片數(shù)為30—90之間，鋼化玻璃的表面應(yīng)力必須大于90MPa，且鋼化玻璃表面應(yīng)力的非常大值和較小值之差小于15MPa。對(duì)鋼化爐內(nèi)各點(diǎn)的溫度差不得超過(guò)5度，并且要求快速均勻加熱，迅速冷卻，風(fēng)壓偏差不得超過(guò)2MPa，需要快速出爐從而形成鋼化玻璃的表面應(yīng)力。超大尺寸鋼化玻璃的平整度控制在0.005%以?xún)?nèi)，同時(shí)要求超大尺寸玻璃的外觀視覺(jué)效果，不得存在明顯的變形和風(fēng)斑不均現(xiàn)象。滾波紋的變形邊部控制在0.08mm/300mm，中部波形控制在0.04mm/300mm，并要求輥波紋平行于底邊。外觀質(zhì)量：距1米處目視觀察不得出現(xiàn)明顯的麻點(diǎn)和局部片狀或團(tuán)裝的應(yīng)力斑，鋼化后的玻璃不得出現(xiàn)白霧缺點(diǎn)。15米鋼化玻璃應(yīng)力值非常大99MPa、較小90MPa，應(yīng)力差9MPa。

　　超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須采用均質(zhì)鋼化玻璃，均質(zhì)過(guò)程中的溫度必須達(dá)到290度±10度，在此條件下保溫至少2小時(shí)(建議保溫150分鐘，因?yàn)槌蟪叽绮Ａ娣e大，受熱不均勻，超大版玻璃自身重，為了保證恒溫均勻)，在保溫過(guò)程中時(shí)刻監(jiān)控記錄保溫時(shí)的溫度變化情況，降溫時(shí)達(dá)到70度以下，均質(zhì)采用的熱電偶必須經(jīng)過(guò)有經(jīng)驗(yàn)校準(zhǔn)，并要求每年校準(zhǔn)一次，超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃均質(zhì)時(shí)必須在玻璃表面貼熱電偶，并按照均質(zhì)要求的位置和數(shù)量進(jìn)行張貼。均質(zhì)完成后要對(duì)均質(zhì)的玻璃提供完整的均質(zhì)報(bào)告，否則判定均質(zhì)處理不合格。

　　(3)高壓釜

　　超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須采用離子型中間層做為夾層玻璃的中間層，在加工中必須采用高溫高壓并進(jìn)行封邊處理，具有高度度的抗彎性能和超強(qiáng)的撞擊性能，同時(shí)具有破碎后不倒塌的優(yōu)點(diǎn)。

　　超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須有一層離子型中間層或多次離子型中間層構(gòu)成，需具備結(jié)構(gòu)玻璃的設(shè)計(jì)要求。夾層必須在十萬(wàn)級(jí)以上的凈化室內(nèi)進(jìn)行合片，合片室須有溫濕度控制裝置，并保持正壓，光線充足良好。結(jié)構(gòu)玻璃表面必須進(jìn)行清洗，并且不殘留其它異物，合片前對(duì)玻璃表面進(jìn)行目視檢查，對(duì)離子型中間層進(jìn)行目視檢查，對(duì)異物及時(shí)清除。

　　合片時(shí)保證結(jié)構(gòu)玻璃的底邊和可見(jiàn)邊的疊差，對(duì)多層玻璃合片時(shí)需保證夾層玻璃的厚度方向與玻璃表面垂直，合片后預(yù)留1-2mm的中間層，由于玻璃板面非常大，合片后需對(duì)玻璃邊緣進(jìn)行簡(jiǎn)單的固定。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須在真空狀態(tài)下進(jìn)行加工，保證夾層玻璃的中間層充分融化并粘接。對(duì)夾層結(jié)構(gòu)玻璃進(jìn)行涂刷封邊劑處理，減少夾層玻璃因中夾層吸收空氣中的水分而影響玻璃的使用壽命。

　　超大尺寸高壓釜在提升氣壓和穩(wěn)壓方面都有更高的要求，要在恒溫、恒濕、正壓、10萬(wàn)級(jí)潔凈合片室進(jìn)行合片，對(duì)于厚度100mm的玻璃，在SGP夾層拼接技術(shù)上，視覺(jué)無(wú)缺點(diǎn)，拼接縫肉眼達(dá)到不可視。

　　4、失敗案例原因

　　超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃板應(yīng)用的主要構(gòu)件之一為點(diǎn)支式玻璃幕墻的玻璃肋。玻璃肋支承的點(diǎn)式玻璃幕墻往往被誤認(rèn)為全玻幕墻。玻璃肋支承的點(diǎn)式玻璃幕墻與全玻幕墻有非常大的差異。圖7為玻璃肋支承的點(diǎn)式玻璃幕墻，圖8為全玻幕墻。全玻幕墻的面板玻璃和玻璃肋各自單獨(dú)安裝，兩者雖然相互支承，但各自的垂直荷載由自身承擔(dān)，玻璃肋只承擔(dān)面板玻璃承受的水平荷載。如果玻璃肋發(fā)生破裂，表面玻璃不會(huì)掉落，因?yàn)楸砻娌ＡИ?dú)自安裝在結(jié)構(gòu)上，因此全玻幕墻一般不會(huì)發(fā)生整體坍塌、掉落的事故。但玻璃肋支承的點(diǎn)式玻璃幕墻則不同，面板玻璃安裝在玻璃肋上，玻璃肋不但要承擔(dān)自身的重力荷載，還要承擔(dān)面板玻璃的重力荷載及面板玻璃所承受的水平荷載。如果玻璃肋發(fā)生破裂，面部玻璃就失去支撐，面部玻璃就會(huì)掉落，甚至發(fā)生幕墻整體坍塌掉落。因此玻璃肋支承的點(diǎn)式玻璃幕墻其安全性要求是較高的，也正因?yàn)槿绱�，玻璃肋破裂的事故也是較多的。玻璃肋破裂的原因很多，如玻璃加工質(zhì)量不滿(mǎn)足要求、玻璃肋構(gòu)造不合理、設(shè)計(jì)計(jì)算錯(cuò)誤、裝配應(yīng)力過(guò)大等。本文主要討論玻璃加工質(zhì)量不滿(mǎn)足要求導(dǎo)致的玻璃肋破裂，其他原因造成的玻璃肋破裂留待后續(xù)文章闡述。

　　玻璃肋破裂一部分表現(xiàn)為鋼化玻璃的爆開(kāi)，其原因有：選擇普通平板玻璃，沒(méi)有選擇超白浮法玻璃中的優(yōu)等品;鋼化度過(guò)高，非常大碎片顆粒數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)90粒;玻璃板邊部沒(méi)有精磨、拋光。其他原因還有玻璃板邊部碰傷嚴(yán)重;玻璃板裁切尺寸偏差大。玻璃肋破裂另外一部分原因：1.安裝方式不當(dāng)，使用金屬件直接接觸玻璃。2.結(jié)構(gòu)玻璃局部受力或受力不均，造成局部應(yīng)力過(guò)大。

　　(1)原片玻璃質(zhì)量

　　近年來(lái)，建筑鋼化玻璃爆開(kāi)現(xiàn)象比較普遍，為降低鋼化玻璃爆開(kāi)率，國(guó)家發(fā)布了《建筑門(mén)窗幕墻用鋼化玻璃》JG/T455產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。在該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，應(yīng)用幕墻鋼化玻璃的原片玻璃應(yīng)采用超白浮法玻璃中的一等品或優(yōu)等品，平板玻璃應(yīng)采用優(yōu)等品。對(duì)于超大尺寸結(jié)構(gòu)鋼化玻璃應(yīng)采用超白浮法玻璃中的優(yōu)等品。但實(shí)際工程中，采用平板玻璃的工程很多，造成鋼化玻璃爆開(kāi)現(xiàn)象嚴(yán)重，有些玻璃還沒(méi)有安裝就發(fā)生爆開(kāi)。鋼化玻璃原片品質(zhì)的優(yōu)劣是鋼化玻璃是否爆開(kāi)的決定性因素，要保證超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)用的安全性，保證玻璃正常條件下使用無(wú)爆開(kāi)，鋼化玻璃原片必須采用超白浮法玻璃中的優(yōu)等品。

　　(2)均質(zhì)處理

　　經(jīng)均質(zhì)處理的鋼化玻璃，其爆開(kāi)率是較低的。由于鋼化玻璃是否經(jīng)過(guò)均質(zhì)處理無(wú)法檢驗(yàn)，造成在實(shí)際工程中，盡管對(duì)鋼化玻璃有均質(zhì)要求，但實(shí)際上并未對(duì)鋼化玻璃進(jìn)行均質(zhì)處理，造成鋼化玻璃爆開(kāi)率居高不下。對(duì)于超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃，必須進(jìn)行均質(zhì)處理。

　　(3)適度鋼化

　　鋼化度高，鋼化玻璃爆開(kāi)率就高，這是無(wú)可爭(zhēng)論的客觀事實(shí)�！督ㄖT(mén)窗幕墻用鋼化玻璃》JG/T455產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鋼化玻璃允許碎片數(shù)應(yīng)在30—90粒之間。對(duì)于超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃，要保證鋼化玻璃允許碎片數(shù)位于在30—90粒之間，對(duì)鋼化爐和鋼化工藝都有嚴(yán)格的要求。在實(shí)際工程中，許多爆開(kāi)率高的工程，鋼化玻璃的碎片數(shù)都遠(yuǎn)超90粒上限。

　　(4)邊部加工質(zhì)量

　　建筑門(mén)窗幕墻用鋼化玻璃》JG/T455產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鋼化玻璃應(yīng)進(jìn)行三邊精磨。對(duì)于超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)進(jìn)行三邊拋光處理。但在實(shí)際工程中，邊部加工質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到這一要求，造成玻璃破裂現(xiàn)象嚴(yán)重。

　　(5)玻璃邊部碰傷嚴(yán)重

　　鋼化玻璃邊部不但要精加工，還要在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、安裝等一切環(huán)節(jié)中妥善保護(hù)。玻璃邊部碰傷嚴(yán)重，玻璃的破裂就難以避免了。

　　(6)尺寸偏差大

　　玻璃板尺寸偏差大，特別是孔邊的疊差大是造成實(shí)際工程中玻璃肋破裂的主要原因。玻璃肋的原片玻璃為平板玻璃，邊部加工粗糙，邊部碰傷嚴(yán)重，孔邊疊差非常大，這樣的玻璃是無(wú)法滿(mǎn)足工程要求的，出現(xiàn)破裂是很正常的。

　　5、結(jié)束語(yǔ)

　　超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃不僅用于玻璃肋支承的點(diǎn)支式玻璃幕墻，也用于全玻幕墻的玻璃肋和無(wú)肋全玻幕墻，各自的設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)、構(gòu)造要點(diǎn)和安裝要點(diǎn)等將在后續(xù)文章中詳述。