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建筑玻璃現(xiàn)階段的發(fā)展趨勢(shì)以及應(yīng)用分析(三、四)

來源:中國(guó)幕墻網(wǎng) 2007/4/21 0:00:00

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本文擬就一些建筑應(yīng)用玻璃出現(xiàn)的問題做一些技術(shù)剖析,希望能夠從另外的角度給設(shè)計(jì)師、使用者和加工企業(yè)提供一些基礎(chǔ)素材。

    三)建筑用玻璃容易出現(xiàn)的問題及解決辦法>

    1、NiS導(dǎo)致鋼化玻璃的爆開問題

    硫化鎳引起熱增強(qiáng)以及鋼化安全玻璃爆開的問題,在較近的幾年在我國(guó)許多幕墻工程上十分普遍,也給很多企業(yè)造成較大的損失,雖然業(yè)內(nèi)人士嘗試使用多種測(cè)量方法解決這個(gè)問題,但是由于一直沒有完全成功,仍然在建筑幕墻以及許多現(xiàn)代建筑上留下了非常實(shí)際的問題。本文要點(diǎn)探討NiS引起鋼化玻璃爆開的機(jī)理。

    概述:

    由于浮法玻璃制作工藝的原因,玻璃內(nèi)部可能包含硫化鎳雜質(zhì),這些雜質(zhì)以小水晶狀態(tài)存在,在一般情況下,不會(huì)造成玻璃破損,但是在玻璃熔化以及鋼化處理過程中,經(jīng)過穩(wěn)態(tài)390℃的溫度條件,改變了α態(tài)-硫化鎳NiS的組成。在這個(gè)過程中,由于玻璃冷卻速度快,導(dǎo)致NiS沒有轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間,因而被冰凍在玻璃成分內(nèi),硫化鎳NiS沒有轉(zhuǎn)換本身的相態(tài)。β態(tài)-硫化鎳NiS的體積較α態(tài)-硫化鎳NiS的體積高2.2%到4%,從α態(tài)-硫化鎳NiS到β態(tài)-硫化鎳NiS轉(zhuǎn)換可以導(dǎo)致玻璃內(nèi)部產(chǎn)生誘導(dǎo)應(yīng)力、壓力導(dǎo)致在包含物周圍產(chǎn)生半圓的裂紋,這些變化在尺寸達(dá)到臨界之前一直是穩(wěn)定的,較終取決于玻璃內(nèi)部包含物周圍環(huán)境壓力狀況。

在室溫條件下,α態(tài)-硫化鎳NiS到β態(tài)-硫化鎳NiS轉(zhuǎn)換是緩慢的,需要很長(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)Nis的體積增長(zhǎng)超過鋼化玻璃可以接受的臨界狀態(tài)時(shí),爆開就會(huì)發(fā)生。NiS具有典型的熟化周期,較長(zhǎng)的可以達(dá)到4-5年的時(shí)間,主要引起的原因是玻璃與硫化鎳NiS的熱膨脹系數(shù)不同造成的。

    歐洲標(biāo)準(zhǔn)(prEN14179-1)已經(jīng)提議采用熱浸程序克服鋼化玻璃爆開的問題,這是破壞性實(shí)驗(yàn),經(jīng)過2個(gè)小時(shí)在290±10℃的溫度下,清理硫化鎳包含物對(duì)玻璃的擠壓。

    爆開起始點(diǎn):

    硫化鎳導(dǎo)致鋼化玻璃爆開引發(fā)點(diǎn)典型的是出現(xiàn)在玻璃中心部位,形狀類似“蝶形”,兩個(gè)翅膀組成的形狀類似五邊形或者六邊形,見圖1。對(duì)玻璃石頭做微量分析顯示,在玻璃斷面中心位置經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鎳和硫磺附加在非常小的金屬如鐵以及銅上,顯微鏡顯示,硫鎳礦NiS是主要成分。從另一方面看,“蝶形”的出現(xiàn)并不一定能夠證明是硫化鎳NiS出現(xiàn)造成,也有其他材料能夠?qū)е落摶AС霈F(xiàn)相同的現(xiàn)象,因?yàn)椴A?nèi)部?jī)?chǔ)存了太高的能量。

    硫化鎳石頭大多數(shù)具有球形組成,有時(shí),他們也有一些橢圓形狀,這就顯示,在玻璃熔化過程中,他們一定被熔化而且沒有與玻璃結(jié)合。因此,象油在水中一樣,他們形成小滴游離在玻璃溶液中。另一方面,石頭表面是粗糙的,顯示在玻璃冷卻過程中發(fā)生了結(jié)晶化:從高溫到低溫過程中出現(xiàn)同素相態(tài)轉(zhuǎn)換。

    同素相態(tài)轉(zhuǎn)換、熱膨脹、化學(xué)合成等,這個(gè)同素相態(tài)轉(zhuǎn)換是導(dǎo)致鋼化玻璃爆開的真實(shí)原因,NiS包含物遭受相態(tài)轉(zhuǎn)換,導(dǎo)致結(jié)晶體膨脹。雖然也存在其他相態(tài)的硫化鎳(如Ni7S6、Ni3S4或者Ni3S2),但是他們與鋼化玻璃爆開沒有關(guān)系,真實(shí)導(dǎo)致鋼化玻璃爆開的僅僅是NiS。

    NiS硫化鎳化合物的熱膨脹系數(shù)大約為14×10-6(平均在20-300℃)和16×10-6(大約在350-500℃高溫),這些數(shù)值較玻璃的熱膨脹系數(shù)(在相同溫度范圍內(nèi)為9×10-6)高。另外,α態(tài)-硫化鎳NiS理論上可以包括更多的硫(NiSx1≤x<1.08),實(shí)際上,經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在α態(tài)-NiS中有鐵的痕跡。這些Ni(Fez)Sx是具有與他們本身特性不同的地方(如同素相態(tài)轉(zhuǎn)換以及從α態(tài)-硫化鎳NiS到β態(tài)-硫化鎳NiS轉(zhuǎn)換的速度)。

    NiS包含物的粒子尺寸變化大約在0.05mm到0.6mm之間,平均在0.2mm,所有的能夠?qū)е卤_的NiS包含物都在鋼化玻璃的內(nèi)部,在玻璃厚度方向25%-75%的范圍之間(即玻璃的張力區(qū))。

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