Vistas: 0 Autor: Editor del sitio Hora de publicación: 2025-05-14 Origen: Sitio
Como profesionales en el campo del vidrio arquitectónico, a menudo nos encontramos con una serie de problemas técnicos relacionados con el vidrio. Entre ellos, el problema de la autoexplosión de El vidrio templado ocupa un lugar especial en nuestro proceso de producción y fabricación. El siguiente texto fue escrito por nuestro consultor técnico profesional, resumiendo las propiedades mecánicas del vidrio arquitectónico, las formas de falla, el mecanismo de autoexplosión del vidrio templado y los métodos para reducir la autoexplosión del vidrio templado.
El vidrio arquitectónico es un material típico quebradizo. Una comprensión profunda de sus propiedades mecánicas es de gran importancia para un diseño y construcción correctos. Este artículo revisa las propiedades mecánicas del vidrio arquitectónico, con la expectativa de desempeñar un papel beneficioso en la aplicación del vidrio arquitectónico.
1. El vidrio arquitectónico elástico es un cuerpo completamente elástico. Hasta el momento, no se ha detectado ninguna deformación plástica visible en todo el mundo. Por lo tanto, al diseñar y construir vidrio arquitectónico, su periferia debe estar en contacto con materiales blandos como tiras de goma o selladores, y no debe entrar en contacto directo con materiales metálicos como perfiles de aluminio o perfiles de acero.
2. El vidrio arquitectónico quebradizo tiene una gran cantidad de microfisuras en su superficie, lo que lo hace extremadamente frágil y tiene una tenacidad a la fractura extremadamente pobre, que se manifiesta como una fractura repentina cuando falla. Por lo tanto, en circunstancias normales, el vidrio arquitectónico no se puede utilizar como material estructural de ingeniería.
3. Dispersión de resistencia Debido a la presencia de una gran cantidad de microgrietas en la superficie del vidrio arquitectónico, su resistencia está estrechamente relacionada con el tamaño de la grieta, y el tamaño y la cantidad de la grieta existen aleatoriamente, lo que hace que la dispersión de resistencia del vidrio arquitectónico sea relativamente grande. Al diseñar y utilizar vidrio arquitectónico, se debe tener en cuenta un factor de seguridad mayor. Generalmente, para el vidrio se debe adoptar un factor de seguridad con una probabilidad de falla no mayor al 0,1%.
4. Valor de resistencia: La falla del vidrio arquitectónico está estrechamente relacionada con la propagación de grietas superficiales. La ubicación inicial de la grieta y la dirección de la grieta en el momento de la falla deben distinguirse durante el diseño. La dirección de aplicación de la fuerza determina la resistencia del vidrio arquitectónico.
La resistencia del vidrio arquitectónico se clasifica en resistencia de área grande, resistencia del borde y resistencia del extremo.
1. Fallo por flexión Bajo la acción de fuerzas externas, como la carga del viento, el vidrio arquitectónico muestra el fallo por flexión de placas delgadas. En términos generales, el diseño del vidrio templado requiere una resistencia de 84MPa, que es la resistencia a la flexión.
El vidrio arquitectónico no tiene resistencia a la compresión, al corte ni a la tracción. Por lo tanto, al diseñar, no tiene sentido calcular la tensión de compresión, la tensión de corte y la tensión de tracción del vidrio arquitectónico.
2. Daños por impacto Bajo el impacto del cuerpo humano u objetos, el vidrio arquitectónico es propenso a sufrir daños, es decir, la resistencia al impacto del vidrio es relativamente baja. Por lo tanto, mejorar su resistencia al impacto es una cuestión clave que debe considerarse en la producción de vidrio arquitectónico.
3. Agrietamiento térmico Bajo la acción del estrés por diferencia de temperatura, el vidrio de construcción es muy propenso a sufrir agrietamiento térmico. Dado que el agrietamiento inicial de la explosión térmica del vidrio comienza desde el borde de la placa de vidrio, el procesamiento fino de su borde tiene un efecto significativo en la mejora de la resistencia del vidrio a la explosión térmica. Mientras tanto, el tratamiento térmico del vidrio también mejorará significativamente su resistencia a la explosión térmica.
La resistencia a la flexión y al impacto del vidrio arquitectónico autoexplosivo del vidrio templado son relativamente bajas y es muy propenso al agrietamiento térmico, lo que limita su amplia aplicación.
El tratamiento térmico del vidrio, concretamente el tratamiento de templado, puede aumentar su resistencia a la flexión de 2 a 3 veces y su resistencia al impacto de 3 a 4 veces. No hay problema de craqueo térmico individual.
El excelente rendimiento del vidrio templado ha ampliado enormemente la aplicación del vidrio arquitectónico. Sin embargo, el vidrio templado también tiene un inconveniente distintivo, a saber, la autoexplosión del vidrio templado. Sólo comprendiendo a fondo el mecanismo de la autoexplosión del vidrio templado se puede diseñar y utilizar correctamente el vidrio templado. Hay muchas razones para la explosión espontánea del vidrio templado, y la más importante es la expansión de las partículas de sulfuro de níquel. El vidrio contiene inclusiones de sulfuro de níquel, que generalmente existen como cristales (NiS). A temperatura ambiente, existe una tendencia termodinámica de la fase A a transformarse en la fase opuesta, acompañada de una expansión de volumen del 2% al 3%. Las partículas de sulfuro de níquel existen en el vidrio plano, por lo que también existen en el vidrio semitemplado y en el vidrio templado.
Sin embargo, el vidrio plano y el vidrio semitemplado no presentan el fenómeno de autoexplosión. Sólo el vidrio templado presenta el fenómeno de autoexplosión. La razón es que la tendencia termodinámica de la transformación de fase de las partículas de sulfuro de níquel de a a A es insuficiente. Se deben cumplir ciertas condiciones cinéticas para lograr esta transformación de fase, lo que a su vez provoca la autoexplosión del vidrio. El vidrio plano es vidrio recocido y no hay tensión en su interior. El vidrio semitemplado y el vidrio templado, después del templado, tienen tensión interna y pertenecen a materiales pretensados.
Los estados de tensión interna del vidrio semitemplado y del vidrio templado se muestran en la Figura 1.
Como puede verse en la Figura 1, las tendencias de distribución de tensiones internas del vidrio semitemplado y del vidrio templado son consistentes, con la superficie exterior bajo tensión de compresión y la superficie interior bajo tensión de tracción. La diferencia entre los dos es que la tensión de compresión superficial y la tensión de tracción interna del vidrio templado son mayores que las del vidrio semitemplado. Las partículas de sulfuro de níquel en el vidrio tienen las condiciones cinéticas para la transformación de fase sólo cuando están ubicadas en una región de tensión de tracción suficientemente grande. Debido a que la transformación de fase de las partículas de sulfuro de níquel va acompañada de una expansión de volumen, una tensión de tracción suficientemente grande provoca la expansión de volumen de las partículas de sulfuro de níquel.
Se proporcionan las condiciones dinámicas. Esta es la razón por la cual el vidrio plano y el vidrio semitemplado no experimentan autoexplosión mientras que el vidrio templado sí. Las partículas de sulfuro de níquel en el vidrio están distribuidas aleatoriamente. Si se ubican en el área con la máxima tensión de tracción del vidrio templado, estas partículas pueden convertirse en el punto de ignición para la autoexplosión del vidrio templado. La autoexplosión del vidrio templado causada por partículas de sulfuro de níquel a menudo tiene una forma de grieta en el punto de explosión similar a la de una mariposa, lo que se denomina grieta en forma de mariposa. Algunos vidrios templados que explotan automáticamente tienen una partícula coloreada en el medio del punto de explosión, que se cree que es una partícula de sulfuro de níquel. Estas dos características se utilizan a menudo como criterio para determinar si el vidrio templado explota automáticamente. El volumen de partículas de sulfuro de níquel es diferente antes y después de la autoexplosión del vidrio templado. Antes de la explosión, el volumen era pequeño y no era fácil de ver. Después de la autoexplosión, su volumen aumenta, se determina la ubicación y es muy fácil de ver. Ésta es también una de las razones por las que la autoexplosión del vidrio templado no es fácil de predecir. La grieta por autoexplosión del vidrio templado se muestra en la Figura 2.
La autoexplosión del vidrio templado provocada por partículas de sulfuro de níquel tiene las características de iniciativa, espontaneidad y ninguna causa externa, y es verdaderamente una verdadera autoexplosión. Se requieren dos condiciones para que las partículas de sulfuro de níquel provoquen la autoexplosión del vidrio templado. Uno es la magnitud de la tensión de tracción en el lugar donde se encuentran las partículas de sulfuro de níquel. El segundo es el tamaño de las partículas de sulfuro de níquel. Cuanto mayor es el tamaño de las partículas de sulfuro de níquel, menor es la tensión de tracción que requiere. Es decir, para diferentes tensiones de tracción, las partículas de sulfuro de níquel tienen tamaños críticos. En el vidrio templado, cuanto mayor es la tensión de tracción, menor es el tamaño crítico de las partículas de sulfuro de níquel, más partículas de sulfuro de níquel autoexplosionantes se producen y mayor es la probabilidad de autoexplosión del vidrio templado.
Además de partículas de sulfuro de níquel, el vidrio plano también contiene piedras, burbujas e impurezas. El vidrio es un material típico quebradizo y su comportamiento mecánico sigue la mecánica de fractura. Piedras, burbujas e impurezas en el vidrio formarán grietas en el vidrio, que es el punto débil del vidrio templado, especialmente la punta de la grieta es el área de concentración de tensión. Si hay piedras, burbujas o impurezas en la zona de tensión de tracción del vidrio templado, o si se somete a tensión de tracción bajo carga, puede provocar que el vidrio templado se rompa.
Según los estándares chinos, la tensión superficial del vidrio templado no debe ser inferior a 90 MPa, mientras que las normas estadounidenses estipulan que la tensión de compresión superficial del vidrio templado debe ser superior a 69 MPa. Es muy digno de estudio si la tensión de compresión superficial del vidrio templado en nuestro país se puede reducir para que sea consistente o cercana a los estándares de los Estados Unidos.
Si es posible, reducirá en gran medida la tasa de autoexplosión del vidrio templado. La reducción del valor límite de la tensión de compresión de la superficie puede hacer que los fragmentos de vidrio templado sean más grandes. Sin embargo, incluso si la tensión de compresión de la superficie del vidrio templado es muy alta y los fragmentos son muy pequeños, no se puede garantizar que todos los fragmentos existan en un estado dividido. En muchos casos, los fragmentos se agrietan pero no se rompen, formando una 'cubierta de vidrio templado'. El resultado no es muy diferente al de fragmentos más grandes y, en algunos casos, el daño es aún mayor. Por lo tanto, se puede considerar que reduce el valor límite de la tensión de compresión superficial del vidrio templado.
Además, la norma para el vidrio semitemplado en nuestro país estipula que el valor límite de la tensión de compresión superficial no debe exceder los 60 MPa, mientras que la norma para el vidrio templado estipula que el valor límite de la tensión de compresión superficial no debe ser inferior a los 90 MPa. Si la tensión de compresión superficial del vidrio está entre 60MPa y 90MPa, no pertenece ni al vidrio semitemplado ni al vidrio templado y se considera un producto de calidad inferior.
Desde esta perspectiva, también debería reducirse el valor límite de la tensión de compresión superficial del vidrio templado. Si es difícil conectar el valor límite de la tensión de compresión superficial del vidrio semitemplado con el del vidrio templado, al menos el valor límite de la tensión de compresión superficial del vidrio templado se puede reducir para reducir la brecha entre los dos. Durante el procesamiento, transporte, almacenamiento y construcción de la superficie y los bordes del vidrio, pueden ocurrir defectos como rayones, bordes agrietados y bordes rotos, lo que fácilmente puede causar concentración de tensión y provocar la autoexplosión del vidrio templado. Ya existe una gran cantidad de microfisuras en la superficie del vidrio, lo que también es la razón fundamental por la cual el comportamiento mecánico del vidrio se ajusta a la mecánica de fractura.
Estas microfisuras se expandirán bajo ciertas condiciones, como la acción de cargas de vapor de agua, etc., todo lo cual puede acelerar la expansión de las microfisuras. En circunstancias normales, la velocidad de propagación de las microfisuras es extremadamente lenta, lo que se manifiesta en que la resistencia del vidrio es un valor constante. Sin embargo, existe un valor crítico para las microfisuras en la superficie del vidrio. Cuando el tamaño de las microfisuras se acerca o alcanza el valor crítico, las grietas se expanden rápidamente y provocan que el vidrio se rompa. Si hay microfisuras cercanas al tamaño crítico en la superficie y los bordes del vidrio, tales como rayones, grietas y bordes desconchados causados durante el procesamiento, transporte, almacenamiento y construcción, que son de tamaño relativamente grande, las microfisuras en la superficie o los bordes del vidrio pueden expandirse rápidamente bajo cargas extremadamente pequeñas, lo que eventualmente lleva a la rotura del vidrio.
Con este fin, se debe mejorar la calidad del procesamiento de los bordes del vidrio templado y se deben definir claramente los requisitos para el procesamiento de los bordes, como el pulido completo de los bordes en ambos lados o el pulido incompleto de los bordes en tres lados, para evitar rayones y golpes en los bordes y la superficie del vidrio. Los análisis teóricos y los experimentos muestran que el grado de templado del borde del vidrio templado es relativamente bajo. Por lo tanto, se debe dar protección prioritaria al borde del vidrio templado. Para el vidrio de muro cortina con soporte puntual, si se perforan orificios en el vidrio, los bordes de los orificios deben pulirse finamente, preferiblemente hasta obtener un acabado pulido, ya que los bordes de los orificios del vidrio son áreas donde se concentra la tensión. Durante el proceso de producción de vidrio templado, se requiere calentamiento y enfriamiento. El procesamiento desigual a lo largo de la superficie de la placa de vidrio y la asimetría a lo largo de la dirección del espesor darán lugar a tensiones desiguales a lo largo de la superficie de la placa y a una distribución asimétrica de la tensión a lo largo de la dirección del espesor del vidrio templado. Todo esto puede causar la autoexplosión del vidrio templado. La tensión desigual a lo largo de la superficie del vidrio templado puede causar tensión de tracción local en el vidrio. Si esta tensión de tracción es demasiado grande y excede la resistencia a la rotura del vidrio, el vidrio estallará. La distribución de tensiones a lo largo de la dirección del espesor de la placa de vidrio debe ser simétrica, es decir, las superficies superior e inferior están bajo tensión de compresión y la superficie media está bajo tensión de tracción.
La magnitud de la tensión de compresión en las superficies superior e inferior, el espesor y la variación de la capa de tensión son completamente simétricos. La capacidad de la placa de vidrio para resistir la presión del viento positiva y negativa es la misma. Si la distribución de la tensión a lo largo de la dirección del espesor de la placa de vidrio es asimétrica, la capacidad de la placa de vidrio para resistir la presión del viento positiva y negativa será diferente. Un lado tendrá una mayor capacidad de carga, mientras que el otro lado tendrá una más débil. Es decir, el vidrio puede romperse con una carga menor. En casos severos, la placa de vidrio se deformará sin carga, causando distorsión de la imagen del vidrio del muro cortina. Para este fin, se debe mejorar la uniformidad de la tensión superficial y la simetría a lo largo de la dirección del espesor del vidrio templado. Especialmente para el templado de vidrio Low-E, se debe prestar más atención a la simetría de la tensión a lo largo de la dirección del espesor. Porque la diferencia en la absorción de radiación térmica por las superficies superior e inferior del vidrio Low-E causará la diferencia de temperatura a lo largo de la dirección del espesor de la placa de vidrio durante el calentamiento, y esta diferencia eventualmente conducirá a la asimetría de la tensión del vidrio templado a lo largo de la dirección del espesor.
Actualmente, en el proceso de templado del vidrio, se adopta el método de convección forzada para eliminar este factor desfavorable. La tensión interna del vidrio templado es desigual y existe un gran gradiente de tensión, que puede provocar una autoexplosión, que se manifiesta cuando el tamaño de los fragmentos varía mucho. Hay cinco puntos de medición para la tensión de compresión superficial y se toma el valor promedio. Los valores límite de la diferencia entre los valores máximo y mínimo de los cinco puntos de medición deben agregarse para caracterizar la uniformidad de la compresión. tensión en la superficie del vidrio templado. Reducir el tamaño de la superficie de las placas de vidrio templado puede reducir la tasa de autoexplosión del vidrio templado. En la actualidad, en China, la aplicación de vidrio arquitectónico muestra una tendencia a superficies de placas cada vez más grandes. Cuanto mayor sea el tamaño del vidrio templado y más gruesa sea la placa de vidrio, mayor será la probabilidad de autoexplosión.
en un Placa de vidrio templado , siempre que haya un punto de autoexplosión y eventualmente conduzca a la autoexplosión del vidrio templado, independientemente del tamaño de la placa de vidrio templado, toda la placa de vidrio templado se romperá. Cuanto más grande sea la placa de vidrio, más desfavorables serán los factores como impurezas, partículas de sulfuro de níquel, defectos en el procesamiento de los bordes, rayones en la superficie y tensiones desiguales que pueden causar la autoexplosión del vidrio templado. Bajo la misma carga, aumentará la probabilidad de autoexplosión. Por lo tanto, el tamaño de las placas de vidrio templado debe restringirse según el grosor y la calidad del vidrio plano.
Tanto el 'Vidrio templado para puertas, ventanas y muros cortina de construcción' (JG/T455-2014) como el 'Código técnico para la aplicación de vidrio de construcción' (JGJ113-2015) han establecido regulaciones claras sobre la producción de vidrio templado y la aplicación de vidrio de construcción. Este artículo realiza una revisión exhaustiva de las propiedades mecánicas del vidrio de construcción y proporciona algunas explicaciones complementarias para comprender los estándares anteriores.
