超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃加工技術(shù)要點

超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃加工技術(shù)要點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，此外沒有其它破壞形式。由于玻璃是完全的彈性體，至今沒有玻璃抗壓強度、拉伸強度和剪切強度的測量方法，因此玻璃沒有抗壓強度、拉伸強度和剪切強度的數(shù)值。通常采用的玻璃強度實際上是玻璃的彎曲強度。且不說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，就是單從玻璃沒有抗壓強度、拉伸強度和剪切強度就無法實現(xiàn)玻璃構(gòu)件的設(shè)計，如玻璃作為立柱使用至少應(yīng)進行玻璃柱的壓應(yīng)力條件下的承載力計算，作為橫梁使用至少應(yīng)進行拉應(yīng)力和剪應(yīng)力條件下的承載力計算。由于玻璃沒有抗壓強度、拉伸強度和剪切強度，即使計算出玻璃構(gòu)件中的壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和拉應(yīng)力，也無法判斷玻璃構(gòu)件是否滿足承載力要求。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，玻璃在破碎時表現(xiàn)為典型的脆性，即玻璃在破碎之前沒有任何的屈服表現(xiàn)，而表現(xiàn)為突然的斷裂，從這個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、運輸、貯存和安裝過程中難免在玻璃邊部和表面產(chǎn)生大尺寸的撞傷或劃傷，這些撞傷和劃傷將極大地降低玻璃的強度，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。當被用于建筑外圍護材料使用時，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，他們在設(shè)計使用時需要承擔風荷載，有些還要承擔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。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，有關(guān)設(shè)計計算技術(shù)要點、構(gòu)造技術(shù)要點、安裝技術(shù)要點等將在后續(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，即市場上能夠買到的最好的玻璃原片，因為玻璃原片品質(zhì)的優(yōu)劣是玻璃鋼化后是否自爆的決定性因素。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃對玻璃表面的缺陷要求較高，通常不允許1.0mm以上的點狀缺陷存在，對小于1.0mm的點狀缺陷允許1處/10平米，小于0.5mm的點狀缺陷相鄰兩個缺陷的間距必須大于300mm。玻璃表面的外觀線狀缺陷及影響玻璃性能的缺陷不允許存在。因為超大鋼化玻璃必須進行均質(zhì)處理，為了降低鋼化玻璃均質(zhì)的自爆率，所以在切割前必須對原片進行清洗檢查，避免使用不合格的原片。嚴禁使用帶有硬傷、厚度方向結(jié)石、密集微氣泡的不合格原片。然后對玻璃板應(yīng)進行精準裁切和邊部加工。一般玻璃的邊長允許偏差通常為mm，對于大尺寸的玻璃，邊長允許偏差通常為mm，甚至更大。對于結(jié)構(gòu)玻璃而言，這樣的邊長允許偏差太大了，因為結(jié)構(gòu)玻璃要求精準對位，邊長允許偏差通常為mm，邊長偏差太大無法滿足工程要求。結(jié)構(gòu)玻璃邊部要求倒角，且應(yīng)進行三邊精磨和三邊拋光，因為玻璃板在裁切過程中在邊部產(chǎn)生大量裂紋，這些裂紋會極大地降低玻璃板的端面強度，通過三邊精磨、拋光，可將玻璃板邊部的裂紋清除，達到提高玻璃強度的目的。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，對于大孔徑的玻璃，直徑允許偏差更大。對于結(jié)構(gòu)玻璃而言，這樣的邊長允許偏差太大了，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)進行精度控制在2.0mm±0.5mm。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須進行精磨邊處理，端面須精磨光亮，多片玻璃的疊差控制在1.0mm以內(nèi)。(2)鋼化設(shè)備目前鋼化設(shè)備最大的加工能力為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)力的最大值和最小值之差小于15MPa。對鋼化爐內(nèi)各點的溫度差不得超過5度，并且要求快速均勻加熱，迅速冷卻，風壓偏差不得超過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%以內(nèi)，同時要求超大尺寸玻璃的外觀視覺效果，不得存在明顯的變形和風斑不均現(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)明顯的麻點和局部片狀或團裝的應(yīng)力斑，鋼化后的玻璃不得出現(xiàn)白霧缺陷。圖2鋼化玻璃表面壓應(yīng)力的實際測量結(jié)果，15米鋼化玻璃應(yīng)力值最大99MPa、最小90MPa，應(yīng)力差9MPa。圖3為鋼化玻璃的碎片。圖2鋼化玻璃表面壓應(yīng)力數(shù)值圖3鋼化玻璃碎片超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須采用均質(zhì)鋼化玻璃，均質(zhì)過程中的溫度必須達到290度±10度，在此條件下保溫至少2小時(建議保溫150分鐘，因為超大尺寸玻璃面積大，受熱不均勻，超大版玻璃自身重，為了保證恒溫均勻)，在保溫過程中時刻監(jiān)控記錄保溫時的溫度變化情況，降溫時達到70度以下，均質(zhì)采用的熱電偶必須經(jīng)過專業(yè)校準，并要求每年校準一次，超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃均質(zhì)時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)量進行張貼。均質(zhì)完成后要對均質(zhì)的玻璃提供完整的均質(zhì)報告，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行封邊處理，具有高強度的抗彎性能和超強的撞擊性能，同時具有破碎后不倒塌的優(yōu)點。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)計要求。夾層必須在十萬級以上的凈化室內(nèi)進行合片，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)玻璃表面必須進行清洗，并且不殘留其它異物，合片前對玻璃表面進行目視檢查，對離子型中間層進行目視檢查，對異物及時清除。合片時保證結(jié)構(gòu)玻璃的底邊和可見邊的疊差，對多層玻璃合片時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，由于玻璃板面較大，合片后需對玻璃邊緣進行簡單的固定。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須在真空狀態(tài)下進行加工，保證夾層玻璃的中間層充分融化并粘接。對夾層結(jié)構(gòu)玻璃進行涂刷封邊劑處理，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、10萬級潔凈合片室進行合片，對于厚度100mm的玻璃，在SGP夾層拼接技術(shù)上，視覺無缺陷，拼接縫肉眼達到不可視。圖4為合片室，圖5為夾層玻璃孔邊質(zhì)量，圖6為夾層玻璃邊部質(zhì)量。圖4超潔凈合片室圖5夾層玻璃孔邊質(zhì)量圖6夾層玻璃邊部質(zhì)量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)件之一為點支式玻璃幕墻的玻璃肋。玻璃肋支承的點式玻璃幕墻往往被誤認為全玻幕墻。玻璃肋支承的點式玻璃幕墻與全玻幕墻有較大的差異。圖7為玻璃肋支承的點式玻璃幕墻，圖8為全玻幕墻。全玻幕墻的面板玻璃和玻璃肋各自獨立安裝，兩者雖然相互支承，但各自的垂直荷載由自身承擔，玻璃肋只承擔面板玻璃承受的水平荷載。如果玻璃肋發(fā)生破裂，表面玻璃不會墜落，因為表面玻璃獨自安裝在結(jié)構(gòu)上，因此全玻幕墻一般不會發(fā)生整體坍塌、墜落的事故。但玻璃肋支承的點式玻璃幕墻則不同，面板玻璃安裝在玻璃肋上，玻璃肋不但要承擔自身的重力荷載，還要承擔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，面部玻璃就會墜落，甚至發(fā)生幕墻整體坍塌墜落。因此玻璃肋支承的點式玻璃幕墻其安全性要求是極高的，也正因為如此，玻璃肋破裂的事故也是最多的。玻璃肋破裂的原因很多，如玻璃加工質(zhì)量不滿足要求、玻璃肋構(gòu)造不合理、設(shè)計計算錯誤、裝配應(yīng)力過大等。本文主要討論玻璃加工質(zhì)量不滿足要求導致的玻璃肋破裂，其他原因造成的玻璃肋破裂留待后續(xù)文章闡述。圖7玻璃肋支承的點支式玻璃幕墻圖8全玻幕墻玻璃肋破裂一部分表現(xiàn)為鋼化玻璃的自爆，其原因有：選擇普通平板玻璃，沒有選擇超白浮法玻璃中的優(yōu)等品;鋼化度過高，最大碎片顆粒數(shù)遠遠超過90粒;玻璃板邊部沒有精磨、拋光。其他原因還有玻璃板邊部碰傷嚴重;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，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)力過大。(1)原片玻璃質(zhì)量近年來，建筑鋼化玻璃自爆現(xiàn)象比較普遍，為降低鋼化玻璃自爆率，國家發(fā)布了《建筑門窗幕墻用鋼化玻璃》JG/T455產(chǎn)品標準。在該標準中規(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。但實際工程中，采用平板玻璃的工程很多，造成鋼化玻璃自爆現(xiàn)象嚴重，有些玻璃還沒有安裝就發(fā)生自爆。鋼化玻璃原片品質(zhì)的優(yōu)劣是鋼化玻璃是否自爆的決定性因素，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自爆，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，其自爆率是極低的。由于鋼化玻璃是否經(jīng)過均質(zhì)處理無法檢測，造成在實際工程中，盡管對鋼化玻璃有均質(zhì)要求，但實際上并未對鋼化玻璃進行均質(zhì)處理，造成鋼化玻璃自爆率居高不下。對于超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃，必須進行均質(zhì)處理。(3)適度鋼化鋼化度高，鋼化玻璃自爆率就高，這是無可爭論的客觀事實?！督ㄖT窗幕墻用鋼化玻璃》JG/T455產(chǎn)品標準規(guī)定，鋼化玻璃允許碎片數(shù)應(yīng)在30—90粒之間。對于超大尺寸結(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，對鋼化爐和鋼化工藝都有嚴格的要求。在實際工程中，許多自爆率高的工程，鋼化玻璃的碎片數(shù)都遠超90粒上限。(4)邊部加工質(zhì)量建筑門窗幕墻用鋼化玻璃》JG/T455產(chǎn)品標準規(guī)定，鋼化玻璃應(yīng)進行三邊精磨。對于超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)進行三邊拋光處理。但在實際工程中，邊部加工質(zhì)量遠遠沒有達到這一要求，造成玻璃破裂現(xiàn)象嚴重。(5)玻璃邊部碰傷嚴重鋼化玻璃邊部不但要精加工，還要在運輸、儲存、安裝等一切環(huán)節(jié)中妥善保護。玻璃邊部碰傷嚴重，玻璃的破裂就難以避免了。(6)尺寸偏差大玻璃板