Vues : 0 Auteur : Éditeur du site Heure de publication : 2025-05-14 Origine : Site
En tant que praticiens dans le domaine du verre architectural, nous sommes souvent confrontés à une série de problèmes techniques liés au verre. Parmi eux, le problème de l'auto-explosion de Le verre trempé est particulièrement mis en avant dans notre processus de production et de fabrication. Le texte suivant a été rédigé par notre consultant technique professionnel, résumant les propriétés mécaniques du verre architectural, les formes de défaillance, le mécanisme d'auto-explosion du verre trempé et les méthodes pour réduire l'auto-explosion du verre trempé.
Le verre architectural est un matériau fragile typique. Une compréhension approfondie de ses propriétés mécaniques est d'une grande importance pour une conception et une construction correctes. Cet article passe en revue les propriétés mécaniques du verre architectural, dans l'espoir de jouer un rôle bénéfique dans l'application du verre architectural.
1. Le verre architectural élastique est un corps complètement élastique. Jusqu'à présent, aucune déformation plastique visible n'a été détectée dans le monde. Par conséquent, lors de la conception et de la construction du verre architectural, sa périphérie doit être en contact avec des matériaux souples tels que des bandes de caoutchouc ou des produits d'étanchéité, et ne doit pas entrer en contact direct avec des matériaux métalliques tels que des profilés en aluminium ou des profilés en acier.
2. Le verre architectural fragile présente un grand nombre de microfissures à sa surface, ce qui le rend extrêmement cassant et présente une ténacité extrêmement faible, se manifestant par une rupture soudaine en cas de défaillance. Par conséquent, dans des circonstances normales, le verre architectural ne peut pas être utilisé comme matériau de structure technique.
3. Dispersion de la résistance En raison de la présence d'un grand nombre de microfissures sur la surface du verre architectural, sa résistance est étroitement liée à la taille des fissures, et la taille et la quantité des fissures existent de manière aléatoire, ce qui rend la dispersion de la résistance du verre architectural relativement grande. Lors de la conception et de l'utilisation du verre architectural, un facteur de sécurité plus important doit être pris en compte. Généralement, pour le verre, un facteur de sécurité avec une probabilité de défaillance ne dépassant pas 0,1 % doit être adopté.
4. Valeur de résistance : La défaillance du verre architectural est étroitement liée à la propagation des fissures superficielles. L'emplacement initial de la fissure et la direction de la fissure au moment de la rupture doivent être distingués lors de la conception. La direction de l'application de la force détermine la résistance du verre architectural.
La résistance du verre architectural est classée en résistance sur grande surface, résistance des bords et résistance des faces d'extrémité.
1. Rupture par flexion Sous l'action de forces externes telles que la charge du vent, le verre architectural présente une rupture par flexion de plaques minces. D'une manière générale, la conception du verre trempé nécessite une résistance de 84 MPa, qui correspond à la résistance à la flexion.
Le verre architectural n’a pas de résistance à la compression, au cisaillement ou à la traction. Par conséquent, lors de la conception, il est inutile de calculer la contrainte de compression, la contrainte de cisaillement et la contrainte de traction du verre architectural.
2. Dommages causés par l'impact Sous l'impact du corps humain ou d'objets, le verre architectural est sujet aux dommages, c'est-à-dire que la résistance aux chocs du verre est relativement faible. Par conséquent, l’amélioration de sa résistance aux chocs est une question clé à prendre en compte dans la production de verre architectural.
3. Fissuration thermique Sous l'action des contraintes de différence de température, le verre de construction est très sujet à la fissuration thermique. Étant donné que la fissure initiale de l'explosion thermique du verre commence à partir du bord de la plaque de verre, le traitement fin de son bord a un effet significatif sur l'amélioration de la résistance du verre à l'explosion thermique. Parallèlement, le traitement thermique du verre améliorera également considérablement sa résistance aux explosions thermiques.
La résistance à la flexion et la résistance aux chocs du verre architectural auto-explosion en verre trempé sont relativement faibles et il est très sujet à la fissuration thermique, ce qui limite sa large application.
Le traitement thermique du verre, à savoir le traitement de trempe, peut augmenter sa résistance à la flexion de 2 à 3 fois et sa résistance aux chocs de 3 à 4 fois. Il n’y a aucun problème de fissuration thermique individuelle.
Les excellentes performances du verre trempé ont considérablement élargi l'application du verre architectural. Cependant, le verre trempé présente également un inconvénient distinct, à savoir l'auto-explosion du verre trempé. Ce n'est qu'en comprenant parfaitement le mécanisme d'auto-explosion du verre trempé que le verre trempé peut être correctement conçu et utilisé. Il existe de nombreuses raisons à l'explosion spontanée du verre trempé, et la plus importante est l'expansion des particules de sulfure de nickel. Le verre contient des inclusions de sulfure de nickel, qui existent généralement sous forme de cristaux (NiS). A température ambiante, on observe une tendance thermodynamique de la phase A à se transformer en phase opposée, accompagnée d'une expansion volumique de 2 à 3 %. Les particules de sulfure de nickel existent dans le verre plat, c'est pourquoi elles existent également dans le verre semi-trempé et le verre trempé.
Cependant, le verre plat et le verre semi-trempé ne présentent pas de phénomène d'auto-explosion. Seul le verre trempé présente le phénomène d'auto-explosion. La raison en est que la tendance thermodynamique de la transformation de phase des particules de sulfure de nickel de a à A est insuffisante. Certaines conditions cinétiques doivent être remplies pour réaliser cette transformation de phase, qui à son tour provoque l'auto-explosion du verre. Le verre plat est du verre recuit et il n'y a aucune contrainte à l'intérieur. Le verre semi-trempé et le verre trempé, après trempe, ont une contrainte interne et appartiennent à des matériaux précontraints.
Les états de contrainte interne du verre semi-trempé et du verre trempé sont illustrés à la figure 1.
Comme le montre la figure 1, les tendances de répartition des contraintes internes du verre semi-trempé et du verre trempé sont cohérentes, la surface extérieure étant soumise à une contrainte de compression et la surface intérieure étant soumise à une contrainte de traction. La différence entre les deux est que la contrainte de compression superficielle et la contrainte de traction interne du verre trempé sont toutes deux supérieures à celles du verre semi-trempé. Les particules de sulfure de nickel dans le verre présentent les conditions cinétiques de transformation de phase uniquement lorsqu'elles sont situées dans une région de contrainte de traction suffisamment grande. Étant donné que la transformation de phase des particules de sulfure de nickel s'accompagne d'une expansion volumique, une contrainte de traction suffisamment importante provoque l'expansion volumique des particules de sulfure de nickel.
Les conditions dynamiques sont fournies. C'est la raison pour laquelle le verre plat et le verre semi-trempé ne subissent pas d'auto-explosion contrairement au verre trempé. Les particules de sulfure de nickel dans le verre sont réparties de manière aléatoire. Si elles se trouvent dans la zone présentant la contrainte de traction maximale du verre trempé, ces particules peuvent devenir le point d'inflammation de l'auto-explosion du verre trempé. L'auto-explosion du verre trempé provoquée par des particules de sulfure de nickel présente souvent une forme de fissure au point d'éclatement similaire à celle d'un papillon, appelée fissure en forme de papillon. Certains verres trempés auto-explosifs présentent une particule colorée au milieu du point d'explosion, que l'on pense être une particule de sulfure de nickel. Ces deux caractéristiques sont souvent utilisées comme critères pour déterminer si le verre trempé explose automatiquement. Le volume des particules de sulfure de nickel est différent avant et après l'auto-explosion du verre trempé. Avant l'explosion, le volume est petit et difficile à voir. Après l'auto-explosion, son volume augmente, l'emplacement est déterminé et il est très facile à voir. C’est aussi l’une des raisons pour lesquelles l’auto-explosion du verre trempé n’est pas facile à prévoir. La fissure d'auto-explosion du verre trempé est illustrée à la figure 2.
L'auto-explosion du verre trempé provoquée par des particules de sulfure de nickel présente les caractéristiques d'initiative, de spontanéité et d'absence de cause externe, et est une véritable auto-explosion. Deux conditions sont requises pour que les particules de sulfure de nickel provoquent l'auto-explosion du verre trempé. L'un d'entre eux est l'ampleur de la contrainte de traction à l'endroit où se trouvent les particules de sulfure de nickel. La seconde est la taille des particules de sulfure de nickel. Plus la taille des particules de sulfure de nickel est grande, plus la contrainte de traction requise est faible. Autrement dit, pour différentes contraintes de traction, les particules de sulfure de nickel ont des tailles critiques. Dans le verre trempé, plus la contrainte de traction est élevée, plus la taille critique des particules de sulfure de nickel est petite, plus les particules de sulfure de nickel auto-explosantes sont produites et plus la probabilité d'auto-explosion du verre trempé est grande.
En plus des particules de sulfure de nickel, le verre plat contient également des cailloux, des bulles et des impuretés. Le verre est un matériau fragile typique et son comportement mécanique suit la mécanique de la rupture. Les pierres, les bulles et les impuretés dans le verre formeront des fissures dans le verre, ce qui constitue le point faible du verre trempé, en particulier la pointe de la fissure est la zone de concentration des contraintes. Si des pierres, des bulles ou des impuretés se trouvent dans la zone de contrainte de traction du verre trempé, ou s'il est soumis à une contrainte de traction sous charge, le verre trempé peut se briser.
Selon les normes chinoises, la contrainte de surface du verre trempé ne doit pas être inférieure à 90 MPa, tandis que les normes américaines stipulent que la contrainte de compression superficielle du verre trempé doit être supérieure à 69 MPa. Il est très intéressant d'étudier si la contrainte de compression superficielle du verre trempé dans notre pays peut être réduite pour être conforme ou proche des normes des États-Unis.
Si cela est réalisable, cela réduira considérablement le taux d’auto-explosion du verre trempé. La réduction de la valeur limite de la contrainte de compression superficielle peut entraîner une taille plus grande des fragments de verre trempé. Cependant, même si la contrainte de compression superficielle du verre trempé est très élevée et que les fragments sont très petits, il ne peut pas être garanti que tous les fragments existent à l'état divisé. Dans de nombreux cas, les fragments sont fissurés mais pas brisés, formant un « couvercle en verre trempé ». Le résultat n’est pas très différent de celui obtenu avec des fragments plus gros et, dans certains cas, les dommages sont encore plus graves. Par conséquent, il peut être envisagé de réduire la valeur limite de la contrainte de compression superficielle du verre trempé.
De plus, la norme pour le verre semi-trempé dans notre pays stipule que la valeur limite de la contrainte de compression superficielle ne doit pas dépasser 60MPa, tandis que la norme pour le verre trempé stipule que la valeur limite de la contrainte de compression superficielle ne doit pas être inférieure à 90MPa. Si la contrainte de compression superficielle du verre est comprise entre 60MPa et 90MPa, il n'appartient ni au verre semi-trempé ni au verre trempé et est considéré comme un produit de qualité inférieure.
De ce point de vue, la valeur limite de la contrainte de compression superficielle du verre trempé doit également être réduite. S'il est difficile de relier la valeur limite de la contrainte de compression superficielle du verre semi-trempé à celle du verre trempé, au moins la valeur limite de la contrainte de compression superficielle du verre trempé peut être réduite pour réduire l'écart entre les deux. Pendant le traitement, le transport, le stockage et la construction de la surface et des bords du verre, des défauts tels que des rayures, des bords fissurés et des bords cassés peuvent survenir, ce qui peut facilement provoquer une concentration de contraintes et conduire à l'auto-explosion du verre trempé. Il existe déjà un grand nombre de microfissures à la surface du verre, ce qui est aussi la raison fondamentale pour laquelle le comportement mécanique du verre est conforme à la mécanique de la rupture.
Ces microfissures se dilateront sous certaines conditions, telles que l'action de charges de vapeur d'eau, etc., ce qui peut toutes accélérer l'expansion des microfissures. Dans des circonstances normales, la vitesse de propagation des microfissures est extrêmement lente, ce qui se manifeste par le fait que la résistance du verre est une valeur constante. Il existe cependant une valeur critique pour les microfissures à la surface du verre. Lorsque la taille des microfissures approche ou atteint la valeur critique, les fissures s’étendent rapidement, provoquant la rupture du verre. S'il existe des microfissures proches de la taille critique sur la surface et les bords du verre, telles que des rayures, des fissures et des bords ébréchés provoqués pendant le traitement, le transport, le stockage et la construction, qui sont de taille relativement importante, les microfissures sur la surface ou les bords du verre peuvent se développer rapidement sous des charges extrêmement faibles, conduisant finalement à la rupture du verre.
À cette fin, la qualité du traitement des bords du verre trempé doit être améliorée et les exigences relatives au traitement des bords doivent être clairement définies, telles que le meulage complet des bords des deux côtés ou le meulage incomplet des bords sur trois côtés, afin d'éviter les rayures et les bosses sur les bords et la surface du verre. L'analyse théorique et les expériences montrent que le degré de trempe du bord du verre trempé est relativement faible. Par conséquent, le bord du verre trempé doit bénéficier d'une protection prioritaire. Pour le verre de mur-rideau à appui ponctuel, si des trous sont percés dans le verre, les bords des trous doivent être finement meulés, de préférence jusqu'à une finition polie, car les bords des trous de verre sont des zones où les contraintes sont concentrées. Pendant le processus de production du verre trempé, un chauffage et un refroidissement sont nécessaires. Un traitement inégal le long de la surface de la plaque de verre et une asymétrie dans le sens de l'épaisseur entraîneront des contraintes inégales le long de la surface de la plaque et une répartition asymétrique des contraintes dans le sens de l'épaisseur du verre trempé. Tout cela peut provoquer une auto-explosion du verre trempé. Des contraintes inégales le long de la surface du verre trempé peuvent provoquer des contraintes de traction locales dans le verre. Si cette contrainte de traction est trop importante et dépasse la résistance à la rupture du verre, celui-ci éclatera. La répartition des contraintes dans le sens de l'épaisseur de la plaque de verre doit être symétrique, c'est-à-dire que les surfaces supérieure et inférieure sont soumises à une contrainte de compression et que la surface médiane est soumise à une contrainte de traction.
L'ampleur de la contrainte de compression sur les surfaces supérieure et inférieure, l'épaisseur et la variation de la couche de contrainte sont complètement symétriques. La capacité de la plaque de verre à résister à la pression du vent positive et négative est la même. Si la répartition des contraintes dans le sens de l'épaisseur de la plaque de verre est asymétrique, la capacité de la plaque de verre à résister à la pression du vent positive et négative sera différente. Un côté aura une capacité portante plus forte, tandis que l’autre côté aura une capacité portante plus faible. Autrement dit, le verre peut se briser sous une charge moindre. Dans les cas graves, la plaque de verre se déformera sans charge, provoquant une distorsion de l'image du verre du mur-rideau. À cette fin, l'uniformité des contraintes de surface et la symétrie dans le sens de l'épaisseur du verre trempé doivent être améliorées. En particulier pour la trempe du verre Low-E, une plus grande attention doit être accordée à la symétrie des contraintes dans le sens de l'épaisseur. Parce que la différence d'absorption du rayonnement thermique par les surfaces supérieure et inférieure du verre Low-E entraînera une différence de température dans le sens de l'épaisseur de la plaque de verre pendant le chauffage, et cette différence conduira finalement à l'asymétrie de la contrainte du verre trempé dans le sens de l'épaisseur.
À l'heure actuelle, dans le processus de trempe du verre, la méthode de convection forcée est adoptée pour éliminer ce facteur défavorable. La contrainte interne du verre trempé est inégale et il existe un gradient de contrainte important, ce qui peut provoquer une auto-explosion, se manifestant par une grande variation de la taille des fragments. Il existe cinq points de mesure pour la contrainte de compression superficielle et la valeur moyenne est prise. verre trempé. La réduction de la taille de la surface des plaques de verre trempé peut réduire le taux d'auto-explosion du verre trempé. À l'heure actuelle, en Chine, l'application du verre architectural montre une tendance à des surfaces de plaques de plus en plus grandes. Plus la taille du verre trempé est grande et plus la plaque de verre est épaisse, plus la probabilité d'auto-explosion est grande.
Dans un Plaque de verre trempé , tant qu'il y a un point d'auto-explosion et que cela conduit finalement à l'auto-explosion du verre trempé, quelle que soit la taille de la plaque de verre trempé, la plaque de verre trempé entière se brisera. Plus la plaque de verre est grande, plus les facteurs défavorables tels que les impuretés, les particules de sulfure de nickel, les défauts de traitement des bords, les rayures de surface et les contraintes inégales pouvant provoquer une auto-explosion du verre trempé seront importants. Sous la même charge, la probabilité d'auto-explosion augmentera. Par conséquent, la taille des plaques de verre trempé doit être limitée en fonction de l’épaisseur et de la qualité du verre plat.
Le « Verre trempé pour les portes, fenêtres et murs-rideaux des bâtiments » (JG/T455-2014) et le « Code technique pour l'application du verre de construction » (JGJ113-2015) ont tous deux établi des réglementations claires sur la production de verre trempé et l'application du verre de construction. Cet article procède à un examen complet des propriétés mécaniques du verre de construction et fournit quelques explications supplémentaires pour comprendre les normes ci-dessus.
