玻璃之家:幕墙玻璃失效的原因分析

   更新日期:2019-05-05     来源:建材之家    作者:地板之家    浏览:43    评论:0    
核心提示:80年代后期开始,我国玻璃幕墙的建设用量获得了飞跃发展,幕墙品种丰富多彩,玻璃幕墙、石材幕墙、铝板幕墙的出现,给建筑外观增添了明快的感觉。随着幕墙使用量的增多,幕墙工程质量也越来越引起人们的重视,幕墙的耐老化性能即幕墙的使用寿命问题,已经引起业界人士的广泛关注。影响幕墙寿命的因素有以下几个方面:1.幕墙结构件的寿命,也就是铝合金型材的结构失效与否,将直接影

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玻璃之家讯:
80年代后期开始,我国玻璃幕墙的建设用量获得了飞跃发展,幕墙品种丰富多彩,玻璃幕墙、石材幕墙、铝板幕墙的出现,给建筑外观增添了明快的感觉。

随着幕墙使用量的增多,幕墙工程质量也越来越引起人们的重视,幕墙的耐老化性能即幕墙的使用寿命问题,已经引起业界人士的广泛关注。

影响幕墙寿命的因素有以下几个方面:

1.幕墙结构件的寿命,也就是铝合金型材的结构失效与否,将直接影响到幕墙的安全性能,这方面的因素很多,如铝合金的强度设计、型材老化等原因,这里不做过多叙述;

2.结构粘接部位的寿命,主要是指粘接幕墙构件与结构件之间的结构胶失效, 也影响整个幕墙的安全性能,虽然涉及的因素很多,在这里也不做过多的评论;

3.幕墙单元件的寿命,主要指幕墙采用的玻璃单元的使用寿命问题,本文将分别就幕墙玻璃失效现象进行分析,并重点论述产生的原因及预防措施。

幕墙设计考虑的因素主要是从建筑美观、实用的角度考虑,将幕墙的空气渗透控制、雨水渗透控制、热性能(热损失和热获得)性能控制和幕墙表面的凝露阻抗作为设计的重点进行控制,这些性能不仅包括了幕墙产品的隔热性能,同时包括了幕墙的采光性能、外观性能和安全性能。随着对建筑外观多样化的需求越来越高,各种综合配置的玻璃也被广泛应用到幕墙上来,如各种颜色的镀膜玻璃、钢化玻璃和各种玻璃组合而成的中空玻璃在幕墙工程上的使用越来越普及,也越来越得到认可。但是随之而来的是各种玻璃出现了过早失效的现象,给用户、施工单位造成了各种困难。

幕墙玻璃失效的形式多种多样,归纳起来不外乎以下几点:

1.中空玻璃结露进水失效,影响幕墙工程的视线和热性能;

2.玻璃炸裂,包括玻璃热炸裂和钢化玻璃自爆炸裂;

3.镀膜玻璃脱膜,造成建筑美感丧失;

一.中空玻璃失效原因及解决措施:

中空玻璃产品失效的典型现象的在中空玻璃间隔层内部结露、进水(见文件图),这样的产品不仅影响整个玻璃的外观,还对整个玻璃的热性能造成影响。造成这种现象的原因包括几个方面:

1.制作中空玻璃选用的原材料质量的影响;对中空玻璃寿命产生影响的关键因素是密封剂的耐老化性能和干燥剂的吸附能力的大小,而决定因素是密封剂的性能。因为不论干燥剂的吸附能力有多大,在中空玻璃的内部毕竟有一定量的限制,当中空玻璃内部的干燥剂完全吸附饱和后,再好的干燥剂也不能再对水蒸气吸附了,这时的中空玻璃也该失效了。只有当密封剂的密封性能好,水气渗透系数低时,进入中空玻璃内部的水蒸气的量很少,而且一直保持这个状态,仅用很少的干燥剂就能保证中空玻璃内部气体干燥,从而保证中空玻璃的效果。要保持密封剂长期不变,就必须要求密封剂有很好的耐老化性能,如果这些材料选用质量不好,就将影响中空玻璃产品的寿命,在所有密封剂中,最能够体现对潮气阻挡性能的密封剂是以丁基胶为基本原料的各种类型的密封剂,所以在幕墙标准中规定幕墙中空玻璃必须采用双道密封是十分正确的决定。下面是各种密封胶的水气渗透系数表,从表中我们可以看出,结构胶是不能单独作为中空玻璃密封胶的。

各种密封剂的水汽渗透系数表 表2

密封剂 结构胶 聚硫胶 聚氨酯 丁基胶 实唯高胶条

水汽渗透系数 46.42 18.86 13.07 0.36 0.09

对干燥剂的性能要求是必须具备初始吸附能力低,便于生产操作,而剩余吸附能力强,保证在密封的中空玻璃内部具有更多的吸附能力并且仅仅对水分子进行吸附、具有一定的耐磨强度,通常情况下选择3A的分子筛作为中空玻璃的专用吸附剂,而对于特殊的、内部含有挥发物的密封胶,要求干燥剂特殊具备吸附有机分子的能力,一般选择13X型的分子筛,作为既吸附水又吸附有机物的分子筛。干燥剂吸收水蒸气的能力随着干燥剂温度变化而不同,不同的干燥剂在给定温度条件下吸收水蒸气数量不同,取决于中空玻璃腔体内得到水蒸气的速度,水蒸气速度增长是几个因素的函数,包括:

·干燥剂的吸附水蒸气的能力:

· 密封剂的水气传送速度(MVTR或者水蒸气渗透通道);

· 密封剂的水气传送通道(MVTP),通道长度(从中空玻璃外部到腔体内部)和面积(中空玻璃周边长度乘以玻璃和间隔框密封剂之间的宽度);

· 结构方法;

· 通过周边密封胶水气分压;

· 工艺和服务环境;

干燥剂吸附水气的能力依次是下面因素的函数,包括:

· 被干燥剂晶体吸附的通过黏结剂(对铝条+丁基胶)或者基体(对挤出材料)的气体扩散速度;

· 水分子尺寸与对应的分子筛晶体微孔尺寸;

· 水分子与分子筛表面吸附的亲和力

· 分子筛的温度。

这些因素的影响是动态的不是静态的,例如:硅胶和分子筛吸附水蒸气的能力随着温度而变化,(通常,吸附能力在高温、低温时都会降低,很显然,硅胶的能力降低的幅度较分子筛更大),水蒸气渗透速度(MVTR)随通过密封胶的水蒸气压梯度差异变化而改变(随中空玻璃内部间隔层相对湿度增加而增加),水蒸气传送通道MVTP面积随间隔层的体积变化而变化(根据环境空气、温度变化、阳光得热和普通大气压力变化),随服务环境变化(从夏天到冬天、从一个住户到另外的住户或者从一个住户种类到另外一种),这样,在中空玻璃间隔层内水蒸气含量增加的速度不是一个常数。露点温度上升与时间的关系并不一定是线性的,需要综合考虑很多因素才能作出评估结论。

2.中空玻璃的加工制作工艺质量存在缺陷,造成空气中的水气透过密封胶的缝隙进入中空玻璃内部,造成中空玻璃过早失效(见图);

中空玻璃失效时间可以采用下面经验公式进行简单预测:

W = M? A ?θ? ΔP其中:W--在不结露情况下,中空玻璃内部最大的湿度含量;

M=μ/L μ--水气渗透性能;L--密封胶的深度;

A--密封胶的面积,A==密封胶宽度×周长;

θ--时间;

ΔP--通过密封胶截面水气含量差别产生的水气压力;

中空玻璃失效时间:θ=(M?L)/μ?A?ΔP

在这里,L和A会因为生产操作工艺粗糙而缩短,μ会随着湿度增大而增大,ΔP也随着时间增加而增大。

3.中空玻璃的安装质量及使用环境对中空玻璃寿命的影响。

中空玻璃在安装过程中应该避免产生长久的机械应力存在,对于垫块、密封胶、耐候胶应该正确使用,起结构粘接作用的胶必须采用结构胶,以保证具有足够的粘接强度。而在两块玻璃接口位置,就必须采用耐候胶密封,以阻挡水气与中空玻璃或者结构件接触,保证中空玻璃和结构件具有长久的寿命。

在不同的地区使用中空玻璃,由于当地的气候湿度存在很大的差异,将对中空玻璃的使用寿命造成很大的影响。湿度大的地区,由于空气中的水气压与中空玻璃内部的水气分压差较大,中空玻璃的失效时间会缩短,反之,就会延长中空玻璃的使用寿命。

为了避免中空玻璃出现过早失效现象,在制作过程中应该严格控制中空玻璃的原材料,重点选择水气密封性能好的密封胶和吸水能力强的分子筛,严格控制中空玻璃的安装工艺,正确选用合适的密封胶或者结构胶对中空玻璃组件或者单元进行密封和粘接。

二.玻璃炸裂原因及解决措施

玻璃炸裂主要表现在两个方面,一方面是玻璃的热炸裂,另一方面是钢化玻璃的炸裂。下面将分别论述:

玻璃热炸裂的原因:

造成玻璃的热炸裂因素很多,主要受玻璃自身性能和外部环境条件的影响,一般来讲,造成玻璃热炸裂的主要因素有三个:

1.玻璃的吸热率

由于热炸裂的机理是玻璃吸收阳光中的红外辐照,自身温度升高,与边部的冷端之间形成温度梯度,造成非均匀膨胀或受到约束,形成热应力,进而使薄弱部位发生裂纹扩展。

不同部分玻璃温度差别引起玻璃板内的热应力,举例来说,在热的季节,玻璃中心的温度较玻璃边部的温度上升快,因为玻璃边部在装配框的内部并将直接辐射遮蔽。在框内的玻璃面积可以忽略太阳辐射,玻璃中心在温度增加时膨胀,玻璃边部将承受膨胀产生的拉应力。玻璃边部膨胀在下面公式给出:

dL = a x Lx dT

在这里:a是热膨胀系数;L是原始长度;dT是玻璃边部与中心的温度差。

诱导应力由下式给出:

s = ( dL / L ) x E

这里,E是Young’s模数;

一度温度差的诱导应力a x E

a=10x10-6/0C和E=70,000MPa(N/mm2)

一度温度差引起的应力大约是0.7 MPa ( N/mm2 ),当应力水平超过20MPa( N/mm2 )时,普通退火浮法玻璃热炸裂十分危险,当玻璃中心与玻璃边部温度差达到30℃时,将引起玻璃热炸裂。如果玻璃的边部缺陷很多、操作过程出现损害或者装配错误,炸裂将在更低的温度下发生。

玻璃本身对红外线的吸收率是一个关键因素,吸热玻璃和镀膜玻璃热炸裂是十分普遍的现象。吸热玻璃的热吸收率在20—40之间,如果再镀膜,则玻璃本身需要经过双重的太阳能加热,导致玻璃中心温度与边部温度差过大,更容易产生热炸裂。在设计吸热玻璃、吸热镀膜玻璃工程时,一定根据使用环境来确定玻璃的品种和安装位置如镀膜玻璃透射率、玻璃的朝向、环境的温度、玻璃与边框以及墙体连接情况及墙体的导热情况等,并尽可能将玻璃做强化或者热增强处理,提高玻璃本身抵抗热应力的能力。

2.玻璃的板面尺寸

玻璃的板面越大,受热膨胀后的变形也越大,形成的约束反力也越大,相应地造成更大热应力,增加了热炸裂的几率。同时板面尺寸越大,越容易受到其它荷载的更大叠加效应。所以在追求大板面玻璃的装饰效果的同时,应对风荷载、热应力、边框变形、自重、装配应力等综合影响作全面考虑。

3.玻璃边部的加工质量

因为诱导应力集中的作用,一般玻璃炸裂都是从不理想的玻璃边部开始的。这些炸裂容易鉴别是因为他们在损害的地点与玻璃边部垂直相交。。玻璃边部炸裂纹的数量取决于玻璃板的边部缺陷的严重程度和玻璃垫块的硬度并。一般来讲,应该采用邵氏硬度在80-90度的垫块支撑玻璃的边部并通风避免阳光直接照射,垫块太软,容易造成玻璃位移,而太硬将对脆弱的玻璃边部造成损害,导致玻璃热炸裂,在加工安装时最好将玻璃边部进行精磨,并剔除有严重缺陷的玻璃。

钢化玻璃炸裂

能够导致钢化玻璃炸裂的外部原因包括负载、碰撞、焊滴、不适当的间隙和边部损害都可以导致强化玻璃破损,尽管因为钢化玻璃的应力高,破损的危险低。带有干净切割边部的钢化玻璃在正常环境条件下,不会发生热应力破损,因为他们要求玻璃中心和边部的温度差达到90℃-150℃,而导致钢化玻璃破损的内在因素包括钢化玻璃边部缺陷等应力集中区域、钢化玻璃内部应力过大和钢化玻璃内部存在硫化镍杂质。前两种因素是由于钢化玻璃加工过程中工艺控制原因导致的,硫化镍的因素在原片玻璃制作过程产生。

玻璃内部可能包含硫化镍杂质,以小水晶状态存在,在一般情况下,不会造成玻璃破损,但是由于钢化玻璃重新加热,改变了硫化镍杂质的相态,硫化镍的高温α态在玻璃急冷时被冻结,他们在恢复到β态可能需要几年的时间,由于低温β态的硫化镍杂质将产生体积增大,在玻璃内部产生局部的应力集中,这时钢化玻璃自爆将发生。然而,仅仅比较大的杂质将引起自爆,而且仅仅当杂质在拉应力的核心部位时才能发生钢化玻璃自爆。硫化镍可以在生产完成后任何时候发生,最典型的引起钢化玻璃自爆的时间是产品生产完成后的4-5年。

为了减少钢化玻璃在建筑上自爆的可能,一方面需要在加工制作过程中,严格控制玻璃的磨边精度、严格控制钢化工艺,在满足钢化玻璃质量要求的情况下尽可能降低钢化玻璃的内部应力,严格挑选原片玻璃,将硫化镍晶体排除在钢化过程之外,最后是将钢化玻璃做热浸处理,虽然这样会导致钢化玻璃的成本增加,但是可以消除钢化玻璃在幕墙上自爆的危险并延长幕墙的使用寿命。

经过各方面的努力,最终的幕墙产品的使用寿命是可以控制并得到应该得到的寿命的,让我们一起努力,为我国建筑行业的发展做贡献!





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