建筑幕墙门窗中的钢化玻璃破裂

钢化玻璃 （Tempered glass/Reinforced glass） 属于安全玻璃。钢化玻璃是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性、寒暑性、冲击性等。

钢化玻璃强度、抗弯和耐冲击性能较之普通玻璃提高数倍。钢化玻璃破坏呈无锐角（钝角）的小碎片，对人体的伤害极低。钢化玻璃的耐冷热冲击性质较之普通玻璃有3～5倍的提高，一般可承受250℃以上的温差变化，对防止热炸裂有明显的效果。钢化玻璃强度虽然比普通玻璃强，但是钢化玻璃有自爆（自己破裂）的可能性，而普通玻璃不存在自爆的可能性。单片钢化玻璃构筑的门玻璃、窗玻璃并不安全。尖锐的硬质金属，可轻易将其破坏。应用中还不如传统的木门安全。钢化玻璃预应力过程，表面会出现明暗交替的应力斑纹（风斑），这是淬火中表面收缩不均匀，厚薄发生变化，出现轻微凹凸不平的现象。导致物理钢化玻璃镜面成像差，镜玻璃仍使用退火玻璃制作。玻璃物理钢化，一般都出现整体变形，如弓形、锅形和马鞍形等，变形程度与设备结构、工艺参数设置有密切关系。在一定程度上，影响了装饰外观效果。杂乱扭曲成像是钢化玻璃通病。

玻璃的安全性，通常按破坏后碎片大小区别。谈到钢化玻璃或安全玻璃，自然联想到碎片大小。许多文章普遍将钢化玻璃和夹层钢化玻璃破裂归纳为以下两种原因：

一是外力破坏，比如搬运时候的磕碰，或者人为的敲击、试样单点撞击、落球冲击、霰弹袋冲击性能等。

二是未受外力破坏，自然破裂。也称钢化玻璃自爆。这里不去赘述原因。人们观察到钢化玻璃自爆，有发生在幕墙上的，也有堆垛在工厂架子上的。满足应力要求的钢化玻璃，受上述外力破坏，碎片为常见的小颗粒状。引起各方的关注和重视的是，玻璃幕墙大量应用而产生的“玻璃雨”事故。很少展现同一玻璃，受多点外力作用破坏的形式。也忽略玻璃内部应力释放后，整片玻璃脱落的危害性。

当玻璃被加热到650℃，经淬冷过程，内外冷却速率不等，玻璃表面收缩形成压应力，内部的拉应力与外部压应力保持平衡。犹如无数相互独立的小颗粒受外力作用，挤压约束在一起，约束力由表及里逐渐减弱。如果其中一个（某点）被抽去（破坏），平衡力不再保持，旋即发生位移破坏。玻璃增强是预应力过程。事先施加一个力，抵抗消弭应用中的载荷。犹如弹簧压缩蓄能等。假定多应力同时作用在不同区域，表面预压应力被分散，应力值向半钢化玻璃趋近，破裂玻璃不再全是小颗粒，靠近破坏点区域的玻璃碎片，有时呈刀状分布。

存在问题和解决方案

目前，建筑行业对于建筑玻璃的安全应用认识不足。制定标准没有充足的应用理论基础支撑，套用的做法占据思路主导地位。仅看到钢化玻璃破损小颗粒，忽略破碎后飞散坠落或钢化夹层玻璃整体坠落的危害性。也没有意识到出现暴力事件、爆炸等突发灾难性事件时，玻璃的破坏形式。幕墙门窗玻璃设计中受造价左右，单片钢化玻璃的造价比夹层玻璃低，钢化玻璃属安全玻璃，造成钢化玻璃应用更为普遍。尽管JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》标准第4.0.4条中规定：人员流动密度大、青少年或幼儿活动的公共场所以及使用中容易受到撞击的部位，其玻璃幕墙应采用安全玻璃。但对于人流密集、建筑密集区域的高层建筑使用玻璃幕墙时，夹层玻璃是最佳的技术选择方案，认识不足。关于钢化玻璃平整度差、易自爆，一旦破坏即整体粉碎等现象，行业逐步有了共识，但还停留在补救措施上，使得玻璃造价、制造能耗不断攀升。

钢化玻璃生产，特别是高层建筑夹层钢化玻璃生产，为了防止自爆，必须经热浸处理。玻璃经过三次加热，浪费大量电能。经历多道工序，质量成本也无形上升。使用中有时并没有起到应有的安全作用。造成目前尴尬局面，不能归罪于2003年出台的《建筑安全玻璃管理规定》。因为钢化玻璃的安全性被夸大了。采用钢化玻璃的建筑能顺利通过安全验收。日后使用如何，没有标准制约。半钢化玻璃破坏时，沿裂纹源呈放射状径向开裂，一般无切向裂纹扩展，所以破坏后一般情况下仍能保持整体不塌落。半钢化玻璃的表面压应力在24MPa到52MPa之间，是退火玻璃强度的两倍，由半钢化玻璃构建的夹层或夹层中空安全玻璃，光畸变小，在建筑中更适用于幕墙和外窗。幕墙玻璃抗飓风能力，与自身强度、厚度有关。根据力学公式得知，实心矩形的惯性矩及抗弯截面系数，与高度（厚度）3次方成正比。JGJ 102-2013玻璃幕墙工程技术规范，玻璃刚度D与玻璃厚度3次方成正比。增加玻璃的厚度，显著提高玻璃板面强度，减少表面挠度。增加玻璃厚度，可明显提升玻璃降噪性能。

结语

钢化玻璃在幕墙、窗应用中维护成本很高，不论是何种结构，一旦破坏，彻底报废。而其它形式的玻璃，耐用性、对缺陷的接受能力明显强于钢化玻璃。人们不可能为装饰石材、装饰板表面上的一点损伤，更换它。但钢化玻璃就不同，一旦破坏，功能特性显示殆尽。有些专家认为：钢化玻璃高空坠落会造成“玻璃雨”，浮法玻璃或者半钢化玻璃高空坠落会造成“玻璃刀”。其实，受多点同时撞击的钢化玻璃、钢化夹层玻璃，破裂也呈“玻璃刀”。在10余米超长玻璃，或3米以上的超宽幕墙玻璃中，强度高，抗弯能力优良的钢化玻璃，应用前景仍然十分广阔，相对其他玻璃，安全性更佳可靠。十多年前的认识规定，已经不再适合中国国情。技术进步，推动标准修订，重新评估安全玻璃应用结构，细化标准内容，合理使用钢化玻璃，有助降低玻璃破损坠落率下降，提高幕墙玻璃安全性。减少钢化玻璃使用，相应减少了工厂电力装机负荷，同时缓解地区用电紧张，对绿色环保，降低产品单位能耗，十分必要。采用高强度夹层膜，目视区非钢化玻璃使用，同时提升玻璃建筑外观成像质量，增加建筑美感，未必不可取，而且安全防盗。随着我国国际地位的提升，人身安全，合理利用能源，逐步向欧美发达国家先进理念靠近。采用合理、安全、节能、经济的建筑围护材料，提升建筑的舒适性，安全性。从战略眼光看，合理利用现有资源，也是节能降耗的最佳途径。