張雅健（上海建科檢驗(yàn)有限公司，上海 201108）

建筑工程中鋼化玻璃發(fā)生破損、掉落等情況經(jīng)常見(jiàn)諸報(bào)端，部分項(xiàng)目更是發(fā)展成一種普遍現(xiàn)象。這給建筑運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了極大的麻煩，玻璃自爆嚴(yán)重威脅和財(cái)產(chǎn)安全，并會(huì)給正常的運(yùn)營(yíng)造成惡劣影響。而玻璃破損后一般馬上進(jìn)行處理更換，并沒(méi)有保留相關(guān)證據(jù)，無(wú)法深入研究其真正的破損原因。鋼化玻璃在制造、貯存、 運(yùn)輸、安裝及使用過(guò)程中，均有潛在的自爆問(wèn)題，對(duì)人身財(cái)產(chǎn)安全威脅明顯，因此國(guó)內(nèi)外研究人員一直在尋找能有效遏制鋼化玻璃自爆的措施［1］，而目前業(yè)界普遍認(rèn)為因結(jié)石導(dǎo)致的玻璃自爆率依然高達(dá) 0.3%，但究竟如何評(píng)價(jià)自爆率 0.3% 一直存在較大的差異。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鋼化玻璃的檢查評(píng)估，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗(yàn)檢測(cè)，并分析玻璃破損的原因。

1 問(wèn)題描述

無(wú)錫某酒店坐落于座落于美麗的太湖廣場(chǎng)，是市中心的標(biāo)志性建筑物之一，其高達(dá) 200 m 的高度令人印象深刻，是高檔的休閑、娛樂(lè)及商務(wù)的活動(dòng)場(chǎng)所。該酒店建筑面積140 000 m2，酒店﹣2 F，地上 51 F，建筑高度為 196.3 m，結(jié)構(gòu)性質(zhì)為框筒結(jié)構(gòu)。本項(xiàng)目幕墻玻璃安裝工程于 2006 年6 月開(kāi)始，2008 年 1 月 8 日竣工，包括明框玻璃幕墻、半隱框玻璃幕墻以及全隱框玻璃幕墻，主樓透光部位采用中空（8 Low-E＋12 A＋8）mm玻璃。但在竣工驗(yàn)收后，2008年 5 月到 2012 年 11 月期間，主樓玻璃就陸續(xù)破損了 402塊，破損比例達(dá)到了 5.7%，遠(yuǎn)高于行業(yè)內(nèi) 3‰ 平均水平，過(guò)高的破損率嚴(yán)重影響到了酒店的正常運(yùn)營(yíng)。因此酒店委托檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行分析評(píng)估。

在現(xiàn)場(chǎng)勘查時(shí)發(fā)現(xiàn)不同樓層均出現(xiàn)了玻璃破損現(xiàn)象。玻璃破損現(xiàn)象基本相似，玻璃表面無(wú)撞擊痕跡，破損中心有清晰的螺旋線形狀裂紋，碎片大小不一致，且局部有發(fā)現(xiàn)碎片偏大的情況，另外可觀察到破碎玻璃表面存在如圖 1 所示的明顯蝴蝶狀的碎片，蝴蝶斑公共邊上可觀察到細(xì)小的黑點(diǎn)。

圖1 鋼化玻璃碎裂點(diǎn)蝴蝶狀碎片

2 原因分析

正常情況下，鋼化玻璃破損的原因較為復(fù)雜，主要涉及幕墻設(shè)計(jì)、產(chǎn)品質(zhì)量（包括玻璃原片、鋼化加工等）、安裝施工、使用等方面［2］。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，初步懷疑本次玻璃破損的可能原因主要由鋼化后應(yīng)力分布不均，顆粒度較大，原片玻璃質(zhì)量不好等引起。

3 針對(duì)本項(xiàng)目問(wèn)題的試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 總體方案

根據(jù)委托方提供的合同及相關(guān)破損照片及資料，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 15763.2-2005《建筑用安全玻璃 第2部分：鋼化玻璃》，GB/T 15617-2002《硅酸鹽礦物的電子探針定量分析方法》及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。檢測(cè)鋼化玻璃的表面應(yīng)力、碎片狀態(tài)、成分分析等相關(guān)項(xiàng)目。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)檢測(cè)所需樣品進(jìn)行了取樣，分別檢測(cè)表面應(yīng)力、碎片狀態(tài)以及碎片成分分析，本次檢測(cè)覆蓋了大部分樓層。由于碎片狀態(tài)測(cè)試為破壞性檢測(cè)，考慮到工程已投入使用，為盡量減少相關(guān)方損失，故整體工程抽取 3 組玻璃(15 塊)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分組編號(hào)并封樣。取工程 7～32 層為 A組，33～55 層為 B 組，1～6 層為 C 組，每組隨機(jī)抽取 5 塊樣品，其中 1 塊為備樣。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)以上樣品進(jìn)行分組編號(hào)并封樣，由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件的限制，實(shí)際抽樣的樣品僅拆卸下12 塊，送至本機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室。

現(xiàn)場(chǎng)抽取了已破損、但未飛散仍保留在原位的玻璃碎片樣品 3 塊（樣品均包含起爆點(diǎn)周邊的玻璃我域，由本機(jī)構(gòu)帶回實(shí)驗(yàn)室。這 3 塊碎片樣品分別為該酒店 5231 房間東立面破損玻璃(約 370 mm×300 mm)、5219 房間北立面破損玻璃(約 410 mm×390 mm)以及 5506 房間北立面破損玻璃(約410 mm×390 mm)。

3.2 檢測(cè)過(guò)程

（1）表面應(yīng)力和碎片狀態(tài)檢測(cè)及分析。現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的表面應(yīng)力檢測(cè)，根據(jù) GB 15763.2—2005 的標(biāo)準(zhǔn)要求，表面應(yīng)力≥90 MPa，取 3 塊試樣進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)全部符合或2 塊試樣符合，再追加的 3 塊試樣全部符合時(shí)為合格；當(dāng)2 塊試樣不符合時(shí)，則為不合格。檢測(cè)共計(jì)覆蓋 20 個(gè)樓層 18 組樣品，發(fā)現(xiàn) 3 組樣品檢測(cè)結(jié)果＜90 MPa，不符合GB 15763.2—2005標(biāo)準(zhǔn)要求。

實(shí)驗(yàn)室對(duì) A、B、C 組樣品進(jìn)行碎片狀態(tài)項(xiàng)目檢測(cè)，根據(jù)GB 15763.2—2005的標(biāo)準(zhǔn)要求，取 4 塊玻璃試樣進(jìn)行試驗(yàn)，每塊試樣在任何 50 mm×50 mm 我域內(nèi)的最少碎片數(shù)為 40 片，允許有少量長(zhǎng)度 ≤75 mm 的長(zhǎng)條形碎片。其中 A組和 C 組檢測(cè)結(jié)果不符合 GB 15763.2—2005 標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）破損玻璃成分分析檢測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)該酒店第 52、55 等樓層均有破損但仍保留在原位的玻璃。實(shí)驗(yàn)室將 3 塊破損的玻璃樣品（含起爆點(diǎn)蝴蝶斑）進(jìn)行成分分析，根據(jù)GB/T 15617—2002，采用 JXA-8100 電子探針儀進(jìn)行分析 3塊樣品均測(cè)出蝴蝶斑公共邊上的黑色雜質(zhì)點(diǎn)，外觀均呈現(xiàn)圓球狀，凸立在玻璃的一處斷面上，其形貌明顯我別于玻璃材質(zhì)的形貌，分析得出的主要成分為硫(S)和鎳(Ni)偏高。

3.3 驗(yàn)證分析原因

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查及相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，分析玻璃破損的原因由生產(chǎn)工藝和玻璃原片雜質(zhì)所致。

3.3.1 生產(chǎn)工藝

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，所檢驗(yàn)的產(chǎn)品存在表面應(yīng)力及碎片狀態(tài)不合格的情況，而造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格的原因可能有以下幾方面。

（1）加熱不均勻。鋼化玻璃生產(chǎn)線的加熱不均主要是由于加熱系統(tǒng)故障造成的。因?yàn)椴Ａг诩訜釥t中靠電爐絲加熱，而電爐絲長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)因氧化變細(xì)，可能造成接觸不良或熔斷，導(dǎo)致鋼化爐爐體內(nèi)局部加熱功能喪失，從而導(dǎo)致玻璃板面溫度不均勻。溫度控制系統(tǒng)故障，每臺(tái)鋼化爐由多個(gè)溫度控制我和與之相對(duì)應(yīng)的溫控器組成，如果溫控器發(fā)生故障，爐體內(nèi)局部失去控制，造成玻璃加熱的不均勻。

（2）冷卻不均勻。冷卻風(fēng)柵局部堵塞或風(fēng)柵有設(shè)計(jì)制造缺陷，造成吹風(fēng)不均勻，導(dǎo)致玻璃板面冷卻不均勻。

（3）加熱冷卻的工藝制度設(shè)定不合理。加熱溫度、時(shí)間和冷卻風(fēng)壓及吹風(fēng)時(shí)間應(yīng)隨玻璃厚度、顏色及環(huán)境溫度的變化而適當(dāng)調(diào)整。

（4）急于提高產(chǎn)量，裝爐率高，使?fàn)t溫下降過(guò)快，加熱系統(tǒng)補(bǔ)熱能力不足。

3.3.2 玻璃原片雜質(zhì)

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出主要成分為硫(S)和鎳(Ni)，評(píng)估分析現(xiàn)場(chǎng)勘查結(jié)果確認(rèn)有害雜質(zhì)硫化鎳導(dǎo)致玻璃自爆破損，具體分析如下。

鋼化玻璃自爆［5］往往是由于生產(chǎn)鋼化玻璃的原片內(nèi)部存在一些微小的硫化鎳雜質(zhì)而導(dǎo)致的。硫化鎳是一種晶體，存在高溫相和低溫相，相變溫度為 379℃。鋼化玻璃是通過(guò)加熱后聚冷工藝、使玻璃表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，從而大大提高碎性玻璃強(qiáng)度。在鋼化爐內(nèi)加熱時(shí)，玻璃內(nèi)部溫度約 700℃，因?yàn)榧訜釡囟雀哂谙嘧儨囟?，低溫相硫化鎳全部轉(zhuǎn)化為高溫相。在隨后的猝冷過(guò)程中，玻璃進(jìn)入風(fēng)柵急冷，由于急冷時(shí)間很短，高溫相來(lái)不及轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏叵?，從而被凝結(jié)在鋼化玻璃中。在室溫環(huán)境下，高溫相是并不穩(wěn)定的，會(huì)隨著時(shí)間的推移有逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏叵嗟内厔?shì)，這種轉(zhuǎn)變伴隨著約2%～4% 的體積膨脹，使玻璃承受巨大的相變張應(yīng)力，造成硫化鎳附近我域應(yīng)力集中，破壞了玻璃表面的應(yīng)力平衡，從而導(dǎo)致鋼化玻璃自爆。

送檢的 3 塊鋼化玻璃經(jīng)檢測(cè)分析，玻璃破損的原因?yàn)閮?nèi)部有害雜質(zhì)（硫化鎳）相變膨脹，最終導(dǎo)致該玻璃板塊自爆破壞。

鋼化玻璃破損率較高。根據(jù)委托方提供的資料分析，該酒店主樓共安裝 7 054 塊中空玻璃，2008 年 5 月到 2012 年11 月期間，主樓玻璃破損 402 塊，占主樓中空玻璃總數(shù)的5.7%，遠(yuǎn)大于玻璃行業(yè)中鋼化玻璃自爆率的平均水平。這種鋼化玻璃破損率較高的情況，屬于異?，F(xiàn)象。

玻璃破損部位沒(méi)有明顯的分布傾向性。根據(jù)委托方提供的破損玻璃統(tǒng)計(jì)記錄（2009 年 8 月至 2012 年 12 月），使用后破損的玻璃分布于中空玻璃的內(nèi)片、外片，記錄顯示內(nèi)片破損為 164 片，外片破損為 241 片；破損玻璃分別分布于酒店的東南立面、西立面及北立面，其中東南立面破損117 片，西立面破損 153 片，北立面破損 118 片。根據(jù)以上破損情況統(tǒng)計(jì)分析，玻璃破損部位沒(méi)有明顯的分布傾向性。

無(wú)外力撞擊導(dǎo)致玻璃板塊破壞特征。一般由外力作用導(dǎo)致的玻璃板塊破壞特征為：破損中心清晰可辨，中心呈發(fā)散螺旋線形狀，從中心出發(fā)沿徑向呈網(wǎng)狀分布，外力作用點(diǎn)我域存在玻璃碎屑缺失、有凹陷。現(xiàn)場(chǎng)勘查了現(xiàn)場(chǎng)保留在原位的3塊破損玻璃，破損狀態(tài)均不符合上述特征。

保留破碎現(xiàn)狀的 3 塊玻璃破損情況符合典型的鋼化玻璃自爆特征，有害雜質(zhì)硫化鎳導(dǎo)致該 3 塊玻璃自爆破損。一般由內(nèi)部有害雜質(zhì)（硫化鎳、單質(zhì)硅等）原因?qū)е碌匿摶Ａё员奶卣鳛椋浩茡p中心有清晰的螺旋線形狀裂紋，一般由兩小塊有公共邊的多邊形組成的類(lèi)似兩片蝴蝶翅膀狀圖案（俗稱(chēng)蝴蝶斑），且在公共邊上有細(xì)小的黑點(diǎn)存在?，F(xiàn)場(chǎng)勘查保留破碎現(xiàn)狀的 3 塊玻璃的破損情況均符合上述自爆特征。且3塊破損玻璃樣品（含起爆點(diǎn)蝴蝶斑）經(jīng)電子探針定量分析，均在破損中心發(fā)現(xiàn)硫、鎳成分，說(shuō)明細(xì)小黑點(diǎn)是硫化鎳雜質(zhì)，且雜質(zhì)顆粒直徑＞100 μm。

玻璃的原片雜質(zhì)含量偏高。根據(jù)以上分析可得，內(nèi)部有害雜質(zhì)引起玻璃破損的可能性較高。以玻璃密度為 2 500 kg/m3進(jìn)行估算，根據(jù)委托方提供基本資料的數(shù)據(jù)，該酒店主樓安裝 7 054 塊中空玻璃，總重量約為 708 t，2008 年 5 月到2012 年 11 月期間，主樓玻璃破損 402 塊，即約每 1.8 t 玻璃中含有 1 個(gè)雜質(zhì)顆粒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了玻璃行業(yè)中平均 4～12 t原材料中含有 1 個(gè)雜質(zhì)顆粒的水平，說(shuō)明涉案玻璃的原片雜質(zhì)含量偏高。

3.4 解決措施

（1）針對(duì)本項(xiàng)目確認(rèn)的破損玻璃應(yīng)進(jìn)行及時(shí)的更換，對(duì)暫未更換的玻璃進(jìn)行必要的警示，避免造成二次破損而帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）原片質(zhì)量。鋼化玻璃一般選用平板玻璃作為原片。平板玻璃應(yīng)符合GB 11614-2009《平板玻璃》有關(guān)規(guī)定，條件允許可以選用標(biāo)準(zhǔn)中一等品的質(zhì)量要求。

（3）均質(zhì)處理。均質(zhì)處理是徹底解決自爆問(wèn)題的有效方法之一，可以依據(jù)GB 15763.4—2009《建筑用安全玻璃第4部分：均質(zhì)鋼化玻璃》標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)鋼化玻璃再次加熱到 280℃，并保溫至少 2 h 以上的時(shí)間，使可能出現(xiàn)自爆的玻璃在均質(zhì)過(guò)程中提前破碎，從而避免后續(xù)自爆的產(chǎn)生。

（4）生產(chǎn)工藝改進(jìn)及必要的防護(hù)。鋼化玻璃應(yīng)符合GB 15763.2—2005，在生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)生產(chǎn)工藝管控，邊部加工應(yīng)進(jìn)行倒角磨邊處理，減小應(yīng)力集中。做好成品保護(hù)，防止在運(yùn)輸過(guò)程中造成爆邊、裂紋、缺角等問(wèn)題出現(xiàn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，本案鋼化玻璃破損的原因可以歸結(jié)為原片玻璃雜質(zhì)較多、生產(chǎn)工藝控制等多方面因素。我們可以在生產(chǎn)、加工、安裝及設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)增加預(yù)防、改進(jìn)措施以有效減少鋼化玻璃的破損。在破損發(fā)生的階段，一般可以采取以下流程進(jìn)行分析。

（1）了解委托方訴求，收集玻璃幕墻相關(guān)設(shè)計(jì)、安裝、產(chǎn)品等資料；

（2）現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，觀察和記錄破損比例、破損狀態(tài)；

（3）制定抽樣方案，現(xiàn)場(chǎng)取樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鋼化玻璃的碎片狀態(tài)、表面應(yīng)力性能檢測(cè)；

（4）尋找碎裂點(diǎn)，進(jìn)行硅酸鹽的成分分析看是否有雜質(zhì)；

（5）根據(jù)分析結(jié)果，追溯玻璃破損最可能的原因；

（6）針對(duì)破損原因，對(duì)玻璃采取補(bǔ)救措施。